|
На что способна квантовая телепортация
|
|
|
|
Вопреки законам классической механики, мы научились передавать информацию быстрее скорости света. РИА Новости выяснило, как обмениваются данными кубиты и почему нельзя телепортировать материальный объект. В квантовом мире информацию измеряют кубитами. В отличие от классических битов, они способны пребывать одновременно в двух состояниях — логических нуле и единице — до того момента, пока их не измерят, вернее, не прочтут информацию.
|
|
|
|
Роль кубита выполняет искусственный атом с двумя уровнями энергии. Если атом находится на нижнем энергетическом уровне, состояние системы — логический ноль, на верхнем — логическая единица. Физически кубит можно воплотить в фотоне, молекуле, ионе, атоме, квантовой точке — во всем, что излучает и поглощает кванты электромагнитной энергии. К примеру, сверхпроводящие кубиты представляют собой электрическую цепь из тонких слоев металла, охлажденного до сверхнизких температур, между которыми через тонкие слои изолятора туннелируют пары электронов. Поскольку речь идет о квантовом мире, нельзя сказать, в каком состоянии находится электрон в кубите в каждый момент времени. Это открывает возможности для телепортации — передачи чего-либо в пространстве.
|
|
|
"Для квантовой телепортации необходимы три кубита в состоянии суперпозиции. Допустим, нам нужно передать информацию с первого элемента на третий, причем взаимодействовать, то есть находиться рядом, они не должны. Тогда третий и второй кубиты запутывают с помощью логической операции — их состояния становятся взаимозависимыми, а сами они называются запутанными. И если состояние одного из них измерить, то состояние второго автоматически будет противоположным. Все равно что бросить в ящик черный и белый шарики, а потом наугад извлечь один из них: цвет второго будет известен со стопроцентной вероятностью", — рассказывает Илья Беседин, инженер лаборатории "Сверхпроводящие метаматериалы" НИТУ "МИСиС".
|
|
|
|
Затем второй кубит должен провзаимодействовать с первым. Есть два основных способа заставить их "пообщаться". Во-первых, резонансную частоту одного атома изменяют так, чтобы она совпала с частотой другого, после чего возбуждение с одного переходит на другой через электрическое поле. Второй вариант — на систему воздействуют микроволновым излучением, чтобы коэффициент поглощения одного атома зависел от состояния другого. После того как кубиты "пообщались", их состояния считывают.
|
|
|
|
По сути, в этот момент кубиты превращаются в классические биты с известной информацией. Затем над третьим кубитом проводят логическую операцию, и он оказывается в состоянии первого. Напомним, что первый и третий кубиты никогда не взаимодействовали, если не считать косвенного "общения" через второй кубит. К тому же третий контактировал со вторым до того, как тот обменялся информацией с первым.
|
|
|
|
Запутались? Тогда представьте, что вы получили пятерку за экзамен и поделились радостью с папой. После чего отправились к маме и рассказали ей то же самое. А она сообщила вам, что поцарапала машину. И после вашего разговора папа неведомым образом узнает об этой неприятности. Квантовую механику понять трудно — лучше просто смириться с ее законами.
|
|
|
|
С Теорией относительности не поспоришь
|
|
|
|
С помощью квантовой телепортации можно передать информацию на дальние расстояния. Рекорд пока принадлежит китайским ученым, отправившим данные с Земли на спутник за 1400 километров. Причем сами по себе кубиты обмениваются данными мгновенно, даже быстрее скорости света. Ученые подтвердили это, одновременно измерив состояние двух запутанных кубитов в разных местах. Оказалось, они действительно "чувствуют" изменения друг друга быстрее, чем движется свет.
|
|
|
|
Чтобы вытащить информацию из кубита, его нужно раскодировать, используя классические биты, скорость передачи которых не может превысить скорость света. Таким образом, хоть квантовый мир и предоставляет невероятные возможности, люди, ввиду своей классической природы, порой просто не могут воспользоваться ими в полной мере.
|
|
|
|
"Зато квантовая телепортация отлично подойдет для зашифрованной передачи данных. Конечно, информацию можно зашифровать и с помощью классических алгоритмов. Но у такого метода есть слабое место: обмен ключами. При наличии достаточных вычислительных мощностей перехваченную шифровку всегда можно прочитать", — говорит эксперт.
|
|
|
|
А протоколы на основе квантовой телепортации позволяют математически доказать, что квантовая линия не прослушивается. Как только к ней подключается посторонний, качество передачи квантового состояния значительно ухудшается, вне зависимости от технической оснащенности взломщика. И обе стороны сразу обнаруживают, что их разговор больше не приватный.
|
|
|
|
Телепорта не будет?
|
|
|
|
Чтобы поделиться с другом смешным видео, у вас обоих должны быть компьютеры или смартфоны. То же и с телепортацией данных между кубитами: чтобы передать состояние, необходимы кубит-передатчик и кубит-приемник, причем уже расположенный в нужном месте. То есть прежде чем отправить данные, необходимо физически переместить объект, который их примет. А осуществлять такое мы умеем пока только классическим образом: по известной траектории — из точки "А" в точку "Б". И отнюдь не мгновенно.
|
|
|
|
А что с телепортацией какого-либо материального объекта целиком — к примеру, человека? Ведь в конечном счете материя состоит из атомов, то есть квантовых систем, между которыми возможна передача информации. Для этого придется телепортировать данные обо всех атомах тела на иные атомы, расположенные в другом месте, и тем самым воссоздать человека.
|
|
|
|
Но для каждого акта передачи необходимо сложное техническое оснащение. В человеке весом около 70 килограммов — 6,7*1027 атомов. Передать информацию обо всех частицах со стопроцентной точностью невероятно сложно — и на данный момент технически неосуществимо. Но все же телепортация материального объекта — задача слишком привлекательная, чтобы от нее отказаться.
|
|
|
|
Источник
|
