Будущее квантовой телепортации
Автор: Administrator   
01.02.2014 02:59

В 1997 году ученые на практике реализовали квантовую телепортацию информации. Сейчас физики подошли к телепортации энергии, пока только в теории. Возможно ли что в будущем квантовая телепортация материи станет реальностью?

Как известно, атомы состоят из более простых субатомных частиц – положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, образующих ядро, и отрицательно заряженных электронов, которые составляют электронное облако, окружающее ядро. По величине спина, то есть момента импульса, или, грубо говоря, момента вращения, элементарные частицы делятся на два класса: фермионы с полуцелым спином – это как раз упомянутые электроны, протоны, нейтроны и нейтрино, – и бозоны с целым спином – это фотоны, мезоны и глюон.

В отличие от "большого мира", в микромире объекты могут находиться в так называемой суперпозиции, то есть одновременно пребывать в неких промежуточных, альтернативных и взаимоисключающих с точки зрения классической механики состояниях. Если прибегнуть к двоичному коду, то некая частица может одновременно означать и ноль, и единицу, а вероятность того, какое значение она примет, описывается волновой функцией. Пока мы не измерили это значение, частица пребывает именно в этом вероятностном состоянии, а измерив, мы немедленно изменяем частицу и получаем на выходе одно из вероятных значений.

Ещё одно важнейшее явление микромира – так называемая квантовая сцепленность или запутанность. Смысл этого явления заключается в том, что квантовые состояния двух или более частиц может быть связаны друг с другом, даже если эти частицы разнесены в пространстве. Квантовая сцепленность объясняет самые различные природные процессы, например, фотосинтез в растениях, при котором энергия солнечного света мгновенно "телепортируется" от "принимающих" молекул к молекулам, ответственным за электрохимические преобразования. Причём передаётся именно некоторое вероятностное состояние частицы, а не какая-то информация о нём, ведь частица находится в суперпозиции.

Здесь мы, наконец, приближаемся к сути явления квантовой телепортации. Сцепленность можно задать искусственно, поместив несколько частиц в одинаковые условия и воздействуя на них, например, лучом лазера при температуре, максимально близкой к абсолютному нулю, остановив хаотическое движение. В результате, если измерить состояние одной частицы, можно мгновенно определить и состояние всех, запутанных с ней. При этом исходная частица, состояние которой перенесется на новую, изменится сама, поскольку двух частиц с одинаковыми квантовыми состояниями быть не может: согласно теореме о запрете клонирования, невозможно создать идеальную копию произвольного неизвестного квантового состояния. То есть уничтожение начального квантового состояния – это необходимое условие телепортации.

Первый успешный эксперимент по телепортации поляризационного состояния фотона провели в 1997 году группы физиков из австрийского Университета Инсбрука и Университета Рима. В 2004 году учёным из того же Университета Инсбрука и американского Национального института стандартов и технологий удалось телепортировать уже квантовые состояния атома (точнее, ионов атома кальция и бериллия).

Для передачи состояний использовалась классическая схема с тремя частицами А, В и C. Выглядит она так. У отправителя имеется частица A, квантовое состояние которой нужно передать получателю – точнее, нужно сделать так, чтобы в распоряжении получателя оказалась частица B в том же самом квантовом состоянии. Сначала создаётся запутанная пара С и B, квантовые состояния которых связаны, но не известны. У отправителя остаётся частица С, а B будет доставлена получателю. Отправитель производит измерение системы AC, получив одно из четырёх возможных значений и разрушив изначальное состояние A. Полученный результат измерений пересылается по обычным каналам связи получателю, который на его основании определяет, какое преобразование нужно применить к частице B, чтобы восстановить исходное состояние A. Таким образом, информация, полученная по обычным каналам, позволяет установить волновую функцию, "телепортированную" с С на B, которые составляют сцепленную пару.

В 2012 году физики из Университета Вены и Академии наук Австрии установили новый рекорд в квантовой телепортации - 143 километра. В будущем исследователи надеются увеличить этот показатель как минимум до 500, а возможно и до 1000 км, что сделает возможным квантовую передачу со спутников на землю.

В 2008 году один физик Масахиро Хотта в составе другой научной группы разработал теорию, согласно которой телепортировать можно не только информацию, но и энергию. Теоретически это обосновывается свойствами вакуума, который, как известно, не пуст – в нем постоянно возникают и тут же исчезают так называемые виртуальные частицы, среди которых есть некоторое количество связанных пар.

Однако этот метод позволяет передавать энергию только на очень небольшие расстояния, что для практического применения интереса не представляет, поскольку законы физики гласят, что чем больше энергии передается, тем меньше расстояние передачи. Хотта на этот раз обосновал способ обойти это ограничение: нужно сжать вакуум, тогда он будет порождать, тут же уничтожая большее количество виртуальных пар, что позволяет телепортировать энергию уже на практические расстояния.

В том же 2008 году, был найден способ сжимать свет, а значит, и сжимать вакуум. Таким образом, чисто теоретическая идея вполне может быть воплощена в реальности уже сейчас.

К сожалению, пока современная физика не видит даже теоретических предпосылок для реализации телепортации материи, которую так любят описывать фантасты и которую мы постоянно видим в самых разных фантастических фильмах. Проблема в том, что для этого необходимо передать сразу все квантовые параметры частиц, а как только мы начнём изменять один из них, мы сразу безвозвратно поменяем и все остальные.

По материалам cyberenergy.ru

Обновлено 25.01.2016 08:31
 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Поисковый анализ сайта

Мифологическая энциклопедия монстров, духов и богов со всего мираКаталог сайтов Всего.RUТаинственное, неведомое, загадочное Орден Пути

Рейтинг@Mail.ru