Wbrew prawom mechaniki klasycznej nauczyliśmy się przekazywać informacje szybciej niż prędkość światła. RIA Novosti dowiedziała się, jak kubity wymieniają dane i dlaczego niemożliwe jest teleportowanie obiektu materialnego.
Tajemniczy świat kwantowy
W świecie kwantowym informację mierzy się w kubitach. W przeciwieństwie do klasycznych bitów są one zdolne do jednoczesnego przebywania w dwóch stanach - logicznym zera i jedynce - do momentu ich pomiaru, a raczej odczytania informacji.
Rolę kubitu pełni sztuczny atom o dwóch poziomach energii. Jeśli atom jest na niższym poziomie energii, stan układu jest logiczny zero, na górnym jest logiczny. Fizycznie kubit może być ucieleśniony w fotonie, cząsteczce, jonie, atomie, kropce kwantowej - we wszystkim, co emituje i pochłania kwanty energii elektromagnetycznej. Na przykład kubity nadprzewodzące to obwód elektryczny złożony z cienkich warstw metalu schłodzonego do ultraniskich temperatur, pomiędzy którymi pary elektronów przechodzą przez cienkie warstwy izolatora.
Ponieważ mówimy o świecie kwantowym, nie można powiedzieć, w jakim stanie jest elektron w kubicie w każdym momencie. Otwiera to możliwości teleportacji - transmisji czegoś w przestrzeni.
„Teleportacja kwantowa wymaga trzech nałożonych na siebie kubitów. Powiedzmy, że musimy przenieść informacje z pierwszego elementu do trzeciego i nie powinny one wchodzić w interakcje, to znaczy nie powinny być blisko. Następnie trzeci i drugi kubit są splątane za pomocą operacji logicznej - ich stany stają się współzależne, a same nazywane są splątanymi. A jeśli zmierzymy stan jednego z nich, stan drugiego będzie automatycznie odwrotny. To jak wrzucenie czarno-białych kulek do pudełka, a następnie losowe wyciągnięcie jednej z nich: kolor drugiej będzie znany ze 100% prawdopodobieństwem”- mówi Ilya Besedin, inżynier z Laboratorium Nadprzewodzących Metamateriałów w NUST MISIS.
Następnie drugi kubit musi wejść w interakcję z pierwszym. Istnieją dwa główne sposoby zachęcania ich do „czatu”. Najpierw zmienia się częstotliwość rezonansową jednego atomu tak, aby pokrywała się z częstotliwością innego, po czym wzbudzenie z jednego atomu przechodzi na drugi przez pole elektryczne. Druga opcja polega na tym, że system jest wystawiony na działanie promieniowania mikrofalowego, więc współczynnik absorpcji jednego atomu zależy od stanu drugiego. Po „rozmowie” kubitów odczytywane są ich stany.
Film promocyjny:
W rzeczywistości w tym momencie kubity zamieniają się w klasyczne bity ze znanymi informacjami. Następnie wykonywana jest operacja logiczna na trzecim kubicie i okazuje się, że jest w stanie pierwszego. Przypomnij sobie, że pierwszy i trzeci kubit nigdy nie współdziałały, z wyjątkiem pośredniej „komunikacji” za pośrednictwem drugiego kubitu. Ponadto trzeci kontaktował się z drugim, zanim wymienił informacje z pierwszym.
Zmieszany? Następnie wyobraź sobie, że z egzaminu dostałeś piątkę i podzieliłeś się radością z tatą. Potem poszli do mojej matki i powiedzieli jej to samo. I powiedziała ci, że podrapała samochód. A po twojej rozmowie tata w nieznany sposób dowiaduje się o tym kłopocie. Trudno zrozumieć mechanikę kwantową - lepiej po prostu pogodzić się z jej prawami.
Nie można polemizować z teorią względności
Za pomocą teleportacji kwantowej informacje mogą być przesyłane na duże odległości. Jak dotąd rekord należy do chińskich naukowców, którzy przesłali dane z Ziemi do satelity na odległość ponad 1400 kilometrów. Co więcej, kubity same wymieniają dane błyskawicznie, nawet szybciej niż prędkość światła.
Naukowcy potwierdzili to, mierząc jednocześnie stan dwóch splątanych kubitów w różnych miejscach. Okazało się, że naprawdę „czują” nawzajem zmiany szybciej niż ruchy światła.
Aby wydobyć informacje z kubitu, należy je zdekodować za pomocą klasycznych bitów, których szybkość transmisji nie może przekraczać prędkości światła. Tak więc, chociaż świat kwantowy daje niesamowite możliwości, ludzie ze względu na ich klasyczny charakter czasami po prostu nie mogą ich w pełni wykorzystać.
„Ale teleportacja kwantowa jest idealna do szyfrowanej transmisji danych. Oczywiście informacje można również zaszyfrować za pomocą klasycznych algorytmów. Ale ta metoda ma słabość: wymiana kluczy. Przy wystarczającej mocy obliczeniowej przechwycone szyfrowanie można zawsze odczytać”- mówi ekspert.
A protokoły oparte na teleportacji kwantowej pozwalają matematycznie udowodnić, że linia kwantowa nie jest podsłuchiwana. Gdy tylko ktoś z zewnątrz połączy się z nim, jakość transferu stanu kwantowego znacznie się pogarsza, niezależnie od wyposażenia technicznego intruza. Obie strony od razu odkrywają, że ich rozmowa nie jest już prywatna.
Czy nie będzie teleportacji?
Aby udostępnić zabawny film znajomemu, oboje potrzebujecie komputerów lub smartfonów. To samo dotyczy teleportacji danych między kubitami: aby przesłać stan, potrzebny jest kubit nadajnika i kubit odbiornika, które już znajdują się we właściwym miejscu. Oznacza to, że przed wysłaniem danych musisz fizycznie przenieść obiekt, który je otrzyma. I na razie możemy to robić tylko w sposób klasyczny: po dobrze znanej trajektorii - od punktu „A” do punktu „B”. I bynajmniej nie od razu.
A co z teleportacją dowolnego obiektu materialnego jako całości - na przykład osoby? Przecież w ostatecznym rozrachunku materia składa się z atomów, czyli układów kwantowych, między którymi można przesyłać informacje. Aby to zrobić, będziesz musiał teleportować dane o wszystkich atomach ciała do innych atomów znajdujących się w innym miejscu, a tym samym odtworzyć osobę.
Ale do każdego przeniesienia wymagane jest złożone wyposażenie techniczne. Osoba ważąca około 70 kilogramów zawiera 6,7 * 1027 atomów. Przekazywanie informacji o wszystkich cząstkach ze 100% dokładnością jest niezwykle trudne - a obecnie nie jest to technicznie wykonalne. Mimo to teleportacja materialnego obiektu jest zbyt atrakcyjnym zadaniem, aby odmówić.