Как устроена телепортация
Квантовая телепортация — это передача квантового состояния на расстояние. Отдельно ее объяснить трудно, это можно сделать только вкупе со всей квантовой физикой. В своей лекции, состоявшейся в рамках «Лектория 2035» на ВДНХ, профессор физического факультета Университет Калгари (Канада), член Канадского института высших исследований Александр Львовский постарался простым языком рассказать о принципах квантовой телепортации и квантовой криптографии. «Лента.ру» публикует выдержки из его выступления.
Криптография — это искусство общения защищенным образом по незащищенному каналу. То есть у вас есть некая линия, которую могут прослушивать, и вам нужно передать по ней секретное сообщение, которое никто посторонний не сможет прочесть.
Представим, что, скажем, если у Алисы и Боба есть так называемый секретный ключ, а именно — тайная последовательность нулей и единиц, которой нет ни у кого другого, они могут зашифровать сообщение с помощью этого ключа, применив операцию исключающего ИЛИ, чтобы ноль совпадал с нулем, а единица — с единицей. Такое зашифрованное послание уже можно передать по открытому каналу. Если его кто-то перехватит, это не страшно, ведь его никто не сможет прочесть, кроме Боба, у которого есть копия секретного ключа.
В любой криптографии, в любой коммуникации самым дорогим ресурсом является случайная последовательность нулей и единиц, которой владеют только два общающихся. Но в большей части случаев используется криптография с открытым ключом. Допустим, вы покупаете что-то с помощью кредитной карты в интернет-магазине по безопасному протоколу HTTPS. По нему ваш компьютер переговаривается с каким-то сервером, с которым до этого никогда не общался, и у него не было возможности обменяться с этим сервером секретным ключом.
Тайна этого диалога обеспечивается решением сложной математической задачи, в частности — разложения на простые множители. Перемножить два простых числа легко, а если уже дано их произведение, то найти два сомножителя трудно. Если число достаточно большое, оно потребует от обычного компьютера многолетних вычислений.
Однако если этот компьютер не обычный, а квантовый, он такую задачу решит легко. Когда он будет наконец изобретен, приведенный выше широко используемый метод окажется бесполезным, что, как ожидается, будет иметь катастрофические последствия для общества.
Если помните, в первой книге про Гарри Поттера главному герою нужно было пройти через защиту, чтобы добраться до Философского камня. Тут нечто похожее: тому, кто установил защиту, будет легко пройти ее. Гарри пришлось очень трудно, но в итоге он ее все же преодолел.
Этот пример очень хорошо иллюстрирует криптографию с открытым ключом. Тот, кто его не знает, в принципе имеет возможность расшифровать сообщения, однако ему будет очень трудно, и на это потенциально потребуется много лет. Абсолютной безопасности криптография с открытым ключом не дает.
Квантовая криптография
Все это объясняет необходимость квантовой криптографии. Она дает нам лучшее из обоих миров. Есть метод одноразового блокнота, надежный, но, с другой стороны, требующий «дорогого» секретного ключа. Чтобы Алиса могла общаться с Бобом, она должна послать ему курьера с чемоданом, полным дисков с такими ключами. Он их будет постепенно расходовать, так как каждый из них можно использовать только один раз. С другой стороны, у нас есть метод открытого ключа, который «дешев», но не дает абсолютной надежности.
Квантовая криптография, с одной стороны, «дешевая», она позволяет безопасную передачу ключа по каналу, в который могут залезть, а с другой стороны — гарантирует секретность благодаря фундаментальным законам физики. Смысл ее заключается в том, чтобы кодировать информацию в квантовом состоянии отдельных фотонов.
В соответствии с постулатами квантовой физики, квантовое состояние в момент, когда его пытаются измерить, разрушается и изменяется. Таким образом, если на линии между Алисой и Бобом есть какой-то шпион, пытающийся подслушать или подсмотреть, он неизбежно изменит состояние фотонов, общающиеся заметят, что линию прослушивают, прекратят коммуникацию и примут меры.
В отличие от многих других квантовых технологий, квантовая криптография является коммерческой, это не научная фантастика. Уже сейчас есть компании, производящие серверы, подключаемые к обычной оптоволоконной линии, с помощью которых можно осуществлять безопасное общение.
Как работает поляризационный светоделитель
Свет — это поперечная электромагнитная волна, колеблющаяся не вдоль, а поперек. Это свойство называется поляризацией, и оно присутствует даже в отдельных фотонах. С помощью них можно кодировать информацию. Например, горизонтальный фотон — это ноль, а вертикальный — единица (то же верно для фотонов с поляризацией плюс 45 градусов и минус 45 градусов).
Алиса закодировала таким образом информацию, и Бобу нужно ее принять. Для этого используется специальный прибор — поляризационный светоделитель, куб, состоящий из двух призм, склеенных между собой. Он пропускает горизонтально поляризованный поток и отражает вертикально поляризованный, благодаря чему происходит декодирование информации. Если горизонтальный фотон — ноль, а вертикальный — единица, то тогда в случае логического ноля щелкнет один детектор, а в случае единицы — другой.
Но что будет, если мы пошлем диагональный фотон? Тогда начинает играть роль знаменитая квантовая случайность. Нельзя сказать, пройдет такой фотон или отразится — он с вероятностью 50 процентов сделает либо одно, либо другое. Предсказать его поведение невозможно в принципе. Более того, это свойство лежит в основе коммерческих генераторов случайных чисел.
Что же делать, если у нас стоит задача различить поляризации плюс 45 градусов и минус 45 градусов? Нужно повернуть светоделитель вокруг оси луча. Тогда закон квантовой случайности будет действовать для фотонов с горизонтальной и вертикальной поляризациями. Это свойство фундаментально. Мы не можем задать вопрос о том, какая поляризация у этого фотона.
Принцип квантовой криптографии
В чем же заключается идея квантовой криптографии? Предположим, Алиса посылает Бобу фотон, который она кодирует либо горизонтально-вертикальным образом, либо диагональным. Боб тоже подбрасывает монетку, решая случайным образом, каким будет его базис: горизонтально-вертикальным или диагональным. Если их способы кодировки совпадут — Боб получит данные, которые послала Алиса, если же нет — то какую-то ерунду. Они проводят эту операцию много тысяч раз, а потом «созваниваются» по открытому каналу и сообщают друг другу, в каких базисах совершали передачу, — можно считать, что эта информация теперь доступна кому угодно. Далее Боб и Алиса смогут отсеять события, в которых базисы были разные, и оставить те, в которых они были одинаковые (их будет примерно половина).
Допустим, в линию вклинился какой-то шпион, желающий подслушать сообщения, но ему тоже необходимо измерять информацию в каком-то базисе. Представим, что у Алисы и Боба он совпал, а у шпиона — нет. В ситуации, когда данные были посланы в горизонтально-вертикальном базисе, а подслушивающий измерил передачу в диагональном, он получит случайное значение и перешлет дальше какой-то произвольный фотон Бобу, так как не знает, каким он должен быть. Таким образом, его вмешательство будет замечено.
Самая главная проблема квантовой криптографии — это потери. Даже самое лучшее и современное оптоволокно дает 50 процентов потерь на каждые 10-12 километров кабеля. Допустим, мы посылаем наш секретный ключ из Москвы в Петербург — на 750 километров, и только один из миллиарда миллиардов фотонов достигнет цели. Все это делает технологию совершенно непрактичной. Именно поэтому современная квантовая криптография работает только на расстоянии примерно 100 километров. Теоретически известно, как эту проблему решить, — с помощью квантовых повторителей, но для их реализации нужна квантовая телепортация.
Квантовая запутанность
Научное определение квантовой запутанности — это делокализованное состояние суперпозиции. Звучит сложно, но можно привести простой пример. Предположим, у нас есть два фотона: горизонтальный и вертикальный, квантовые состояния которых взаимозависимы. Один из них мы посылаем Алисе, а другой — Бобу, которые делают измерения на поляризационном светоделителе.
Когда эти измерения совершаются в обычном горизонтально-вертикальном базисе, понятно, что результат будет скоррелирован. Если Алиса заметила горизонтальный фотон, то второй, естественно, будет вертикальным, и наоборот. Это можно представить проще: у нас есть синий и красный шарик, мы не глядя запечатываем каждый из них в конверт и посылаем двум получателям — если одному придет красный, второй обязательно получит синий.
Но в случае квантовой запутанности этим дело не ограничивается. Эта корреляция имеет место не только в горизонтально-вертикальном базисе, но и в любом другом. Например, если Алиса и Боб одновременно повернут свои светоделители на 45 градусов, у них опять будет полное совпадение.
Это очень странное квантовое явление. Допустим, Алиса повернула каким-то образом свой светоделитель и обнаружила какой-то фотон с поляризацией ?, который прошел через него. Если Боб измерит свой фотон в том же самом базисе, он обнаружит поляризацию 90 градусов +?.
Итак, в начале мы имеем состояние запутанности: фотон Алисы полностью неопределен и фотон Боба полностью неопределен. Когда Алиса измерила свой фотон, обнаружила какое-то значение, то теперь известно точно, какой фотон у Боба, как бы далеко он ни находился. Этот эффект многократно подтвержден экспериментами, это не фантазия.
Квантовая телепортация
Допустим, у Алисы есть некий фотон с поляризацией ?, которую она еще не знает, то есть находящийся в неизвестном состоянии. Между ней и Бобом нет прямого канала. Если бы канал был, то Алиса смогла бы зарегистрировать состояние фотона и донести эту информацию до Боба. Но квантовое состояние за одно измерение узнать невозможно, поэтому такой способ не годится. Однако между Алисой и Бобом есть заранее приготовленная запутанная пара фотонов. За счет этого можно заставить фотон Боба принять первоначальное состояние фотона Алисы, «созвонившись» потом по условной телефонной линии.
Вот классический (хотя и очень отдаленный аналог) всего этого. Алиса и Боб получают в конверте по шарику — синий или красный. Алиса хочет послать Бобу информацию о том, какой у нее. Для этого ей нужно, «созвонившись» с Бобом, сравнить шарики, сказав ему «у меня такой же» или «у нас разные». Если кто-то подслушивает эту линию, то это не поможет ему узнать их цвет.
Таким образом, существуют четыре варианта исхода событий (условно, у получателей синие шарики, красные шарики, красный и синий или синий и красный — прим. «Ленты.ру»). Они интересны тем, что образуют базис. Если у нас есть два каких-то фотона с неизвестной поляризацией, то им можно «задать вопрос», в каком из этих состояний они находятся, и получить ответ. Но если хотя бы один из них окажется запутан с каким-то другим фотоном, то произойдет эффект удаленного приготовления, и третий, удаленный фотон «приготовится» в определенном состоянии. На этом и основана квантовая телепортация.
Как это все работает? У нас есть запутанное состояние и фотон, который мы хотим телепортировать. Алиса должна произвести соответствующее измерение исходного телепортированного фотона и задать вопрос, в каком состоянии находится другой. Случайным образом она получает один из четырех возможных ответов. В результате эффекта дистанционного приготовления оказывается, что после этого измерения в зависимости от результата фотон Боба перешел в определенное состояние. До этого он был запутан с фотоном Алисы, пребывая в неопределенном состоянии.
Алиса сообщает Бобу по телефону, каким был результат ее измерений. Если ее результат, допустим, оказался ?-, то Боб знает, что его фотон автоматически преобразовался в это состояние. Если же Алиса сообщила, что ее измерение дало результат ?+, то фотон Боба принял поляризацию -?. В конце эксперимента по телепортации у Боба оказывается копия первоначального фотона Алисы, а ее фотон и информация о нем в процессе разрушаются.
Технология телепортации
Сейчас мы умеем телепортировать поляризацию фотонов и некоторые состояния атомов. Но когда пишут, мол, ученые научились телепортировать атомы — это обман, ведь у атомов очень много квантовых состояний, бесконечное множество. В лучшем случае мы придумали, как телепортировать пару из них.
Мой любимый вопрос — когда будет телепортация человека? Ответ — никогда. Допустим, у нас есть капитан Пикард из сериала «Звездный путь», которого нужно телепортировать на поверхность планеты с корабля. Для этого, как нам уже известно, нужно сделать еще пару таких же Пикардов, привести их в запутанное состояние, которое включает все его возможные состояния (трезвого, пьяного, спящего, курящего — абсолютно все) и провести измерения на обоих. Понятно, насколько это сложно и нереализуемо.
Квантовая телепортация — это интересное, но лабораторное явление. До телепортации живых существ дело не дойдет (по крайней мере, в ближайшем будущем). Однако его можно использовать на практике для создания квантовых повторителей, для передачи информации на далекие расстояния.
https://lenta.ru/articles/2016/08/04/teleportation/
© 2000-2017 Подписка на новостой RSS-канал сайта (живые закладки) http://ufonews.su/rss.xml
Получать новости сайта по почте rest.mystery.news-sub@subscribe.ru?subj=subscribe
Контактный адрес для любых сообщений ufosergo@mail.ru
При использовании материалов с сайта активная гиперссылка на него обязательна
МЕНЮ
Архив материалов
Подписка на новости
Новости криптозоологии
Хроники природных катастроф
ПОСЛЕДНИЕ НОВОСТИ
17.04.2016 - 19.05.2016 (999)
20.05.2016 - 22.06.2016 (993)
23.06.2016 - 01.08.2016 (995)
02.08.2016 - 12.09.2016 (990)
13.09.2016 - 25.10.2016 (989)
26.10.2016 - 05.12.2016 (995)
06.12.2016 - 15.01.2017 (995)
16.01.2017 - ...
Последние аномальные новости

Американский Нострадамус пророчит революцию в США

Видения в небесах

Знаменитые паранормальные явления России

Космические угрозы для жизни на Земле

Морское чудовище вынесло на пляж Новой Зеландии

НЛО в небе над Восточным обводом Тулы

НЛО летал над Титовской сопкой Читы

НЛО на дне Балтийского моря

НЛО пролетел над Капитолийским холмом

Обама рассказал о НЛО для выполнения обещаний Клинтон

Обнаружено судно, пропавшее в Бермудском треугольнике 90 лет назад

Пензенцы обсуждают загадочный НЛО

Привидения водятся в пещерах

Пророки на службе спецслужб

Пять видов животных, способных лечить людей

Странное облако над мексиканским штатом Мичоакан

Тайну головы Будды хранит дерево бодхи

Толкования страшных предсказаний Нострадамуса

Экстрасенс Вера Лион видит в этом году много катастроф

Якутия является клондайком по части всякого рода мистики

В полной пустоте что-то есть

Военные открыли огонь по НЛО

Дискообразный НЛО пролетел над Новой Зеландией

Инопланетяне наблюдали за стыковкой грузовика с МКС

Инопланетяне прилетят на Землю этим летом

Когда искусственный интеллект начнет понимать эмоции

Мужчина продаёт кота-экстрасенса

Над вышками связи обнаружены четыре НЛО

Над Южным островом в Новой Зеландии парил белый НЛО

НАСА ухудшило качество видео, когда рядом с МКС появился НЛО

Несколько инопланетных кораблей замечены у Солнца

О чём рассказали рассекреченные архивы ЦРУ

Очередной НЛО на снимках миссии Аполлон

Под крылом самолёта Дональда Трампа пролетел НЛО

Почему люди верят в теории заговора

Распустившийся цветок нашли на Марсе

Стопу инопланетянина нашли на Марсе

Студенты получили шанс сварить пиво на Луне

Сфера Дайсона обнаружена в созвездии Водолея

Удивительные открытия на поверхности Плутона

Астролог Зараев предсказывает судьбу России и Украины

Байкальский шаманизм

Двойное солнечное гало на Аляске

Инопланетные элементы нашли на Церере

Инопланетный двигатель нашли на Марсе

Искусственный интеллект, который может создавать другие ИИ

Как россияне наводят друг на друга порчу

Климатическое оружие. Правда или вымысел

Мистическая Тюмень

Мистические истории российских городов

На Луне создадут сокровищницу культурного наследия

Нас ждет новый Всемирный потоп

Научились быстро создавать мутантов

Научная теория внеземной жизни

Начался эксперимент, имитирующий полет на Марс

НЛО пролетел над Находкой

НЛО сняли над Курганом

Огненный шар появился в небе над Колумбией

Осторожно, здесь аномальная зона

Отец и сын сняли НЛО

Поймали НЛО, летящий над Марсом

Полтергейст в отеле города Эймсбери

Предложили освещать Землю ночью

Предсказания французского писателя всколыхнули мир

Результаты работы заповедника Аркаим представят на конференции

Рычащее НЛО пролетело над Канадой

Система управления погодой должна быть международной

Таинственные места Самары

Таинственный гул расследует армия Канады

Тайны древней крепости Копорье

Бондарчук лично видел инопланетян

Вирусы умеют говорить друг с другом

Вопящий призрак сняли на скотобойне

Загадочные байкальские НЛО

Искусственный интеллект предсказал риск смерти

Какие тайны хранят кавказские дольмены

НЛО в небе над Малайзией

Обнаружена землеподобная планета в системе Вольф 1061

Обнаружили феномен - аллергия на мужа

Открыли три гигантских экзопланеты

Полтергейст, НЛО и невидимые чернила

Почему именно сейчас НЛО стали показываться людям

Программа ЦРУ по тренировке шпионов-экстрасенсов

Робот-журналист опубликовал свою первую статью

Серебристый НЛО пролетел над Таско

Случай телепортации сняли в Японии

Тайны острова Веры

Треугольный НЛО над Теннесси

Ужасный сценарий будущего от Билла Гейтса

Хакасские места силы

Бабушка нашла в Китае секрет долголетия

Гиперборея - страна летающих магов

Два НЛО пролетели над оживленной городской улицей

Доказательства наличия воды на Марсе

Жизнь на Земле несколько раз полностью исчезала

Загадочные ведьмины круги Намибии

Как наладить контакт с пришельцами

Космонавт Леонов назвал полным бредом документы ЦРУ о НЛО

Места во Вселенной, где возможна жизнь

Молния сбила НЛО во Франции

На Солнце обнаружена черепаха

Нашли источник загадочных радиосигналов

Озеро Чеко не является кратером Тунгусского метеорита

Опубликован новый каталог обитаемых экзопланет

Призрак на заброшенном ракетном заводе

Проклятый Данвич действительно ушел под воду

Психологи и физиологи рассказали о развитии сверхспособностей

Рядом с Зоной 51 кружили два НЛО

Самые загадочные паранормальные видео

Самые невероятные скалы Земли

Снежный человек оказался насильником

Современные сложные организмы не первые на Земле

Странного вида НЛО двигался на одной скорости с МКС

Тысячи ледяных шаров появились на Великих озерах

Уфологи готовятся отмечать юбилей Розуэлльского инцидента

ЦРУ опубликовало архив документов о НЛО

Человек может слышать свет

Чиновник не сумел дать взятку Богу

Что-то неизвестное высасывает жизнь из галактик

Эдгар Кейси предсказал полное разрушение Нью-Йорка

База инопланетян найдена в Антарктиде

Вещи, которые были фантастикой, а стали реальностью

Видения призраков и демонов вызывает синдром Боннета

Где обитают призраки в сериале Игра престолов

Группа бигфутов обнаружена в Йеллоустонском парке

Женщина поверила в чудеса и потеряла все на свете

Женщине с 50 внуками исполнилось 105 лет

Земные микроорганизмы смогли выжить в марсианских условиях

Как привлечь финансовую удачу в 2017 году

Конспирологи нашли опровержение смерти Элвиса Пресли

Кофе является ключом к долголетию

Место падения НЛО в Приморье манит к себе любителей тайн

На МКС заглянул старый знакомый НЛО

На Проксима Центавра есть смена дня и ночи

НАСА выпустило игру по мотивам фильма Марсианин

Наука и мифы. Была ли Атлантида

Невероятные футуристические прогнозы прошлого

Неизвестный объект обнаружен у звезды Лебедь А

Низкокалорийная диета продлевает жизнь

НЛО более сложное явление, чем мы думаем

Открыли таинственно тускнеющую двойную звезду

Питьевая вода повышает уровень интеллекта

Победительница проекта Экстрасенсы Якутии рассказала о практике гадания

Потусторонние силы в квартире женщины

Регулярные доноры крови живут дольше

Родился ребенок с генетическим материалом трех родителей

Самые кошмарные теории о будущем

Странное существо сняли в Англии

Умные люди вымирают

Чупакабра убивает домашний скот в Омской области

Аномальный Корнуольский треугольник

Гениальный ученый Тесла

Динозавры не вымерли. Ужасный аллигатор

Загадочная волна в атмосфере Венеры

Как гадают на Крещение

Как долго человек может прожить без головы

Корабль инопланетян вмерз во льды Антарктиды

Над Бристольским каналом пролетел чёрный НЛО

Над Омском пролетело несколько болидов

НАСА скрыло планету Нибиру

Небесные привидения

НЛО в виде булыжника над Новой Зеландией

Обитают ли в озере Байкал неопознанные животные

Обнаружены микроорганизмы, ответственные за возникновение сложной жизни

Омоложение возможно

Отсутствие секса продлевает жизнь

Сроки появления, покоряющих космос, разумных машин

Странные звуки замерзшего озера

Татуины подходят для жизни больше Земли

Феномен световых столбов в небе

Аномалии Антарктиды

Аномальное затемнение звезды Табби

Аномальные зоны России

Белый квадратный НЛО около МКС

Бионический человек

Бразильские магические культы

Вооруженный инопланетянин следил за марсоходом

Еще одно объяснение поведению звезды Табби

Загадка Планеты Х

Китаец проснулся на собственных похоронах

Марсоход снова наткнулся на метеорит

Необычные животные появились в Австралии после наводнения

Новая технология оплодотворения позволит выбирать внешность ребенка

Первый частный полет к Луне скоро состоится

Почему ученые не верят в паранормальное

Таинственные скрытые древние тексты

Подписка на новости сайта
Наверх
Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика