Главная » 2019 » Октябрь » 17 » Телепортация - уже не фантастика, а реальность
17:39 Телепортация - уже не фантастика, а реальность |
Эффект телепортации иногда не совсем корректно называют "нуль-транспортировкой". Основы телепортации заложены Альбертом Эйнштейном, однако он не придал эффекту значения, посчитав его несущественным частным случаем квантовой статистики.
Квантовая телепортация означает мгновенный перенос квантового состояния из одной точки пространства в другую, удаленную на большое расстояние.
Эксперимент по квантовой телепортации впервые был поставлен еще в 1993 году группой специалистов исследовательского центра IBM под руководством Чарльза Беннета, который показал, что в принципе сцепленные частицы могут служить своего рода «транспортом». Посредством присоединения третьей – «информационной» – частицы к одной из сцепленных частиц, можно передавать ее свойства другой, причем даже без измерения этих свойств. Опыты доказали выполнимость передачи через световоды состояний поляризации между двумя фотонами посредством третьего на расстояниях до 10 километров.
В эксперименте неполяризованный свет, проходящий через кристалл, расщепляется на два поляризованных во взаимно перпендикулярном направлении луча. В оптическом смесителе фотон взаимодействовал с одним из пары связанных фотонов. Между ними в свою очередь возникала квантово-механическая связь, приводящая к поляризации новой пары. Согласно законам квантовой механики фотон не имеет точного значения поляризации, пока она не измерена детектором. Таким образом, измерение преобразует набор всех возможных поляризаций фотона в случайное, но совершенно конкретное значение. Измерение поляризации одного фотона связанной пары приводит к тому, что у второго фотона, как бы далеко он ни находился, мгновенно появляется соответствующая - перпендикулярная ей - поляризация.
Если к одному из двух исходных фотонов "подмешать" посторонний фотон, образуется новая пара, новая связанная квантовая система. Измерив ее параметры, можно мгновенно передать сколь угодно далеко - телепортировать - направление поляризации уже не исходного, а постороннего фотона. В принципе практически все, что происходит с одним фотоном пары, должно мгновенно влиять на другой, меняя его свойства вполне определенным образом. Однако на практике такая связь достаточно чувствительна к внешним воздействиям, поэтому необходимо изолировать частицы от внешних влияний.
Квантовая механика запрещает "клонирование" состояний, т.е. невозможно, получив полную информацию об одном квантовом объекте, состояние которого изначально неизвестно, создать второй, точно такой же, объект, не разрушив первый. Однако, как было теоретически показано в начале 90-х годов прошлого века, возможно, разрушив квантовое состояние объекта в одной точке пространства, создать точно такое же в другой точке; эта процедура получила название "квантовой телепортации". А в 2009 году ученым из института квантовой физики университета Мэриленда (Joint Quantum Institute) впервые удалось осуществить перемещение квантовой информации между двумя атомами, расположенными в метре друг от друга, причем показатель надежности доставки превысил 90 процентов. Ранее аналогичный "трюк" с атомами удавалось проделать с расстоянием передачи лишь в несколько микрометров, а частицы находились в одной ловушке. Теперь же квантовая телепортация атомов между двумя разными ловушками знаменует важный шаг в этой области физики.
Физическую реализуемость квантовой телепортации обеспечивает свойство квантовой запутанности, выражающееся в том, что состояния (а, следовательно, и некоторые физические свойства) двух связанных объектов — даже разнесенных в пространстве — оказываются взаимозависимыми. В эксперименте американских ученых связанными оказались два иона иттербия, помещенные в вакуумные ловушки и окруженные металлическими электродами. Непосредственно перед проведением опыта исследователи определили два основных состояния ионов, которые использовались в качестве элементов хранения квантовой информации — кубитов.
Группа исследователей заставила первый ион испускать фотоны, которые были квантово-механическим образом запутаны со своим родительским ионом. То же самое проделали и с ионом на стороне получателя. Поток фотонов от того и другого переправили по оптическому кабелю и также запутали (то есть связали их квантовые состояния). Тем самым была выполнена квантовая запутанность обоих ионов.
Далее физики измеряли состояние первого иона, при этом происходила редукция его волновой функции. Полученную информацию отправляли получателю, и она использовалась, чтобы выполнить над вторым атомом преобразования: волновая функция этого иона становилась такой, какой она была у первого иона до измерения.
Совсем упрощённо говоря, первый атом становился каким-то другим, а второй — "превращался" в первый. Речь идёт, разумеется, о переправке квантового состояния иона, а не его самого непосредственно. Однако поскольку исходное квантовое состояние оригинального иона в ходе передачи разрушается, а квантовое состояние у иона-получателя становится в точности таким, каким оно было у первого атома, можно в некотором роде говорить о телепортации частицы. Ведь атом на месте отправителя (до начала опыта) и атом на месте получателя (по его окончании) в таком случае идентичны. Сейчас обсуждаются программы по применению эффекта квантовой телепортации для создания квантовых оптических компьютеров, где носителями информации будут фотоны. Первые электронные компьютеры потребляли десятки киловатт энергии. Скорость работы квантовых компьютеров и объемы информации будут на десятки порядков превосходить таковые у существующих компьютеров. В будущем сети квантовой телепортации получат такое же распространение, как современные телекоммуникационные сети. Кстати, квантовые вирусы будут гораздо опаснее нынешних сетевых, так как после своей телепортации они смогут существовать вне компьютера. Квантовые компьютеры будут реализовывать холодные вычисления, работая практически без затрат энергии. Ведь трение, ведущее к бесполезному расходованию энергии, понятие макроскопическое.
На снимке: экспериментальная установка по квантовой телепортации атомов, использованная в данном опыте (фото Joint Quantum Institute).
Современная фантастика
|
|
Просмотров: 308 |
Добавил: liodere1984
| Рейтинг: 0.0/0 |
|
