Наука 23.05.2019

Как работает квантовая телепортация?

В 2017 году произошло невероятное: людям удалось телепортировать в космос объект. Правда, это был очень маленький объект — всего лишь фотон. И, строго говоря, это была не совсем телепортация, а передача информации. Но научный мир считает это именно телепортаций. Разбираемся почему.

Эффект наблюдателя и запутанные частицы

Чтобы понять, как работает квантовый телепорт, нужно немного углубиться в квантовую механику. Эта область — одна из самых парадоксальных. Квантовая механика изучает поведение самых маленьких частиц — атомов, фотонов, кварков и прочих. Одним из самых удивительных её аспектов является «парадокс наблюдателя».

Когда человек наблюдает за такими крохотными частицами, он… меняет их. Он светит на них, то есть подвергает бомбардировке фотонами. Из-за этого наблюдаемый объект меняется. Это значит, что человек не может наблюдать частицы с их первоначальными свойствами: если он посмотрел, то он их изменил. Эффект наблюдателя проще всего представить в виде дорожки для боулинга. Скажем, кегли — это то, что хочется наблюдать, и единственный способ для этого наблюдения — это шар для боулинга. Если вы его покатите, он изменит состояние кеглей, когда достигнет их. Вы увидите кегли после соприкосновения с шаром, но они будут уже в ином положении.

Описанный эффект сильно не нравился Альберту Эйнштейну. Из-за него он считал всю квантовую механику ненадежной и неполной. Больше эффекта наблюдателя гениальному физику не нравилась только квантовая запутанность. Дело в том, что частицы могут быть очень сильно связаны между собой. Если человек пытается измерить одну из запутанных частиц, то меняется не только она, но и другие запутанные частицы, причём мгновенно.

Теория относительности Эйнштейна гласит, что ничто не может двигаться быстрее скорости света, но квантовая запутанность рушит эту идею. Фотон меняет своё состояние мгновенно вне зависимости от того, на каком расстоянии от него находится другой запутанный фотон. Альберт назвал это парадоксом квантовой запутанности и при жизни с ним разобраться не успел. После смерти учёного было многократно доказано, что квантовая механика работает и она правдива, что, впрочем, не мешает ей противоречить и логике, и здравому смыслу.

Квантовый телепорт и интернет

Телепортацией исследователи назвали передачу информации между запутанными фотонами. Сначала учёные запутали их, пропустив лазером через специальный кристалл. Теперь изменение состояния одного фотона точно даёт понять, как изменится другой фотон. Это великолепный способ передавать информацию на сколь угодно большие расстояния.

Так исследователи отправили один из запутанных фотонов на спутник на расстоянии 1400 километров от Земли. После этого фотон, оставшийся на Земле, был запутан с третьим фотоном. Информация о квантовом состоянии третьего фотона была в точности передана через тот, который остался на Земле, на орбиту. Таким образом третий фотон был скопирован, и он оказался на орбите. Не физически, но своё квантовое состояние через запутанность он передал тому далекому фотону, и тот стал им. Поэтому это явление назвали телепортацией.

Можно ли изобрести телепорт с помощью запутанности? Да. Но только теоретически, так как для этого нужно запутать каждую частичку объекта с таким же количеством частичек в месте назначения. К тому же, никто не сможет гарантировать, что предмет после телепортации будет выглядеть так же, как выглядел, и сможет функционировать. Точно переместится набор его частиц, но вот структура может и не сохраниться. Из-за этого человек может стать похожим на бесформенную квантовую жижу с правильным набором частиц. Так что пока про телепорт говорить рановато — скорее всего, нам до конца жизни придётся перемещаться тривиальными самолётами, поездами, машинами и кораблями.

Еще:

Интересные факты из рубрики «Наука»