Учените активно експериментират с квантовата телепортация

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

За героите на научнофантастичните филми телепортацията е нещо обичайно. Едно натискане на бутон - и те се разтварят във въздуха, така че за няколко секунди се оказват на стотици и хиляди километри разстояние: в друга страна или дори на друга планета.

Възможно ли е наистина такова движение или телепортацията завинаги ще остане мечта на писатели и сценаристи? Правят ли се някакви изследвания в тази област – и дали сме малко по-близо до внедряването на технологията, толкова позната на героите от фантастичните екшън филми?

Краткият отговор на този въпрос е да, експериментите се провеждат и то много активно. Освен това учените редовно публикуват статии в научни списания за успешни експерименти на квантова телепортация - на все по-големи и по-големи разстояния.

И въпреки че много известни физици се съмняват, че някога ще можем да телепортираме хора, някои експерти са много по-оптимистични и уверяват, че телепортирането ще стане реалност след няколко десетилетия.

Този материал е изготвен в отговор на един от изследователски въпроси изпратени от нашите читатели.

Лъжи, слухове и истории

Първо, нека изясним за какво точно говорим. Под телепортация имаме предвид моменталното движение на обекти на произволно разстояние, в идеалния случай по-бързо от скоростта на светлината.

Самата дума е изобретена през 1931 г. от американския публицист Чарлз Форт, който обича да изследва паранормалното. По аналогия с „телевизия“, произлизаща от гръцкото τῆλε („далеч“) и латинското video („да виждам“), в книгата си „Вулканите на небето“той изобретява термин за описание на необяснимите движения на обекти в пространството (Латинското porto означава "носене") …

"В тази книга разглеждам преди всичко доказателствата, че има някаква сила за пренасяне, която аз наричам телепортация. Ще бъда обвинен, че събирам откровени лъжи, слухове, басни, измами и суеверия. В известен смисъл мисля така себе си. И в известен смисъл не. Просто предоставям данни", пише Форт.

Наистина има много митове за подобни движения - например широко разпространената легенда за експеримента във Филаделфия от 1943 г., по време на който се твърди, че американският разрушител Елдридж е бил телепортиран на 320 км.

Същият разрушител, за който се твърди, че се е движил в космоса

На практика обаче всички подобни истории се оказват нищо повече от спекулации на теоретици на конспирацията, според които властите крият от широката общественост всякакви доказателства за случаи на телепортация като военна тайна.

Всъщност е точно обратното: всякакви постижения в тази област се обсъждат широко в научната общност. Например, само преди седмица американски учени говориха за нов успешен експеримент в квантовата телепортация.

Нека преминем от градски легенди и фантастична литература към строга наука.

От точка А до точка Б…

Историята на реалната, а не измислената телепортация започва през 1993 г., когато американският физик Чарлз Бенет математически – с помощта на формули – доказва теоретичната възможност за мигновени квантови измествания.

Разбира се, това бяха чисто теоретични изчисления: абстрактни уравнения, които нямат практическо приложение. Но по същия начин – математически – например вече са открити черни дупки, гравитационни вълни и други явления, чието съществуване е експериментално потвърдено много по-късно.

Така изчисленията на Бенет се превърнаха в истинска сензация. Учените започнаха активно да провеждат изследвания в тази посока - и първият успешен експеримент на квантовата телепортация беше проведен в рамките на няколко години.

Тук трябва да се подчертае, че говорим за квантова телепортация, а това не е точно същото нещо, което сме свикнали да виждаме в научнофантастичните филми. От едно място на друго се предава не самият материален обект (например фотон или атом - в края на краищата всичко се състои от атоми), а информация за неговото квантово състояние. На теория обаче това е достатъчно, за да "възстанови" оригиналния обект на ново място, след като получи точно копие от него. Освен това подобни експерименти вече се провеждат успешно в лаборатории - но повече за това по-долу.

В света, с който сме свикнали, тази технология е най-лесна за сравняване с копирна машина или факс: изпращате не самия документ, а информация за него в електронен вид - но в резултат на това получателят има точно копие. С съществената разлика, че при телепортацията самият изпратен материален обект се унищожава, тоест изчезва – и остава само копие.

Нека се опитаме да разберем как се случва това.

Бог играе ли на зарове?

Чували ли сте за котката на Шрьодингер - тази, която седи в кутията нито жива, нито мъртва? Тази оригинална метафора е изобретена от австрийския физик Ервин Шрьодингер, за да опише мистериозното свойство на елементарните частици – суперпозиция. Факт е, че квантовите частици могат да бъдат едновременно в няколко състояния наведнъж, които в света сме свикнали напълно да се изключват взаимно. Например, електронът не се върти около ядрото на атома, както сме свикнали да мислим, а се намира едновременно във всички точки на орбитата (с различни вероятности).

Докато не отворихме кутията на котката, тоест не измерихме характеристиките на частицата (в нашия пример не определихме точното местоположение на електрона), котката, която седи там, не е просто жива или мъртва - тя е и двете жив и мъртъв едновременно. Но когато кутията е отворена, тоест измерването е направено, частицата е в едно от възможните състояния - и вече не се променя. Нашата котка е или жива, или мъртва.

Ако в този момент напълно сте престанали да разбирате нещо - не се притеснявайте, никой не разбира това. Природата на квантовата механика не е била обяснявана от най-брилянтните физици в света в продължение на много десетилетия

Феноменът квантово заплитане се използва за телепортация. Това е, когато две елементарни частици имат еднакъв произход и са във взаимозависимо състояние – с други думи, между тях има някаква необяснима връзка. Поради това заплетените частици могат да "комуникират" помежду си, дори да са на огромно разстояние една от друга. И след като знаете състоянието на една частица, можете да предскажете състоянието на друга с абсолютна сигурност.

В продължение на много години Алберт Айнщайн спори за необяснимия феномен на заплетените частици с един от основателите на квантовата теория, Нилс Бор (вляво). По време на един от подобни спорове Айнщайн произнася известната си фраза „Бог не играе на зарове“, на която получава отговор от Бор: „Алберт, не казвай на Бог какво да прави!“

Представете си, че имате два зара, които винаги събирайте до седем … Разтърси ги в чаша и хвърли едната кост зад гърба си, а другата пред себе си и я покри с дланта си. Вдигайки ръка, видяхте, че сте хвърлили, да речем, шестица - и сега можете уверено да твърдите, че втората кост зад гърба ви е паднала една нагоре. В крайна сметка сборът от две числа трябва да е равен на седем.

Звучи невероятно, нали? С заровете, с които сме свикнали, такъв брой няма да работи, но заплетените частици се държат точно по този начин – и само по този начин, въпреки че природата на това явление също не се поддава на обяснение.

"Това е най-невероятният феномен на квантовата механика, невъзможно е дори да се разбере", казва професорът от Масачузетския технологичен институт Уолтър Левин, един от най-уважаваните физици в света. колани! Всичко, което можем да кажем е, че очевидно така работи нашият свят."

Това обаче изобщо не означава, че този мистериозен феномен не може да бъде използван на практика - в края на краищата той многократно се потвърждава както от формули, така и от експерименти.

Символ на квантово заплитане

Практическа телепортация

Практическите експерименти по телепортация започнаха преди около 10 години на Канарските острови под ръководството на австрийския физик, професор във Виенския университет Антон Цайлингер.

В лаборатория на остров Палма учените създават двойка заплетени фотони (A и B), а след това един от тях се изпраща с лазерен лъч в друга лаборатория, разположена на съседния остров Тенерифе, на 144 км. Още повече, че и двете частици са в състояние на суперпозиция – тоест все още не сме „отварили котешка кутия“.

След това към корпуса се свързва третият фотон (C) – този, който трябва да бъде телепортиран – и те го карат да взаимодейства с една от заплетените частици. След това физиците измерват параметрите на това взаимодействие (A + C) и предават получената стойност в лаборатория в Тенерифе, където се намира вторият заплетен фотон (B).

Необяснимата връзка между A и B ще направи възможно превръщането на B в точно копие на частица C (A + C-B) - сякаш мигновено се премества от един остров на друг, без да пресича океана. Тоест тя се телепортира.

Антон Цайлингер ръководи практическата телепортация

„Ние извличаме информацията, която носи оригиналът – и създаваме нов оригинал на друго място“, обяснява Цайлингер, който вече е телепортирал хиляди и хиляди елементарни частици по този начин.

Означава ли това, че в бъдеще учените ще могат да телепортират всякакви обекти и дори хора по този начин – все пак и ние сме съставени от такива частици?

На теория това е много възможно. Просто трябва да създадете достатъчен брой заплетени двойки и да ги пренесете на различни места, като ги поставите в "телепортационни кабини" - да речем, в Лондон и Москва. Влизате в третата кабина, която работи като скенер: компютърът анализира квантовото състояние на вашите частици, сравнявайки ги със заплетените, и изпраща тази информация до друг град. И там протича обратният процес - и точното ви копие се пресъздава от заплетените частици.

Основните проблеми са разрешени

На практика нещата са малко по-сложни. Факт е, че в нашето тяло има около 7 октилона атома (след седем има 27 нули, тоест седем милиарда милиарда милиарда) - това е повече от звезди в наблюдаваната част на Вселената.

И в края на краищата е необходимо да се анализира и опише не само всяка отделна частица, но и всички връзки между тях - в края на краищата, на ново място те трябва да бъдат събрани в идеално правилен ред.

Почти невъзможно е да се събере и предаде такова количество информация - поне при сегашното ниво на развитие на технологиите. Не е известно кога ще се появят компютри, способни да обработват такива обеми данни. Сега, така или иначе, се работи за увеличаване на разстоянието между лабораториите, а не на броя на телепортируемите частици.

Ето защо много учени смятат, че мечтата за телепортация на човека е трудно осъществима. Въпреки че например професор в Ню Йорк Сити Колидж и известен популяризатор на науката Мичио Каку е убеден, че телепортацията ще стане реалност до края на 21 век – а може би дори 50 години по-късно. Без да посочват конкретни дати, някои други експерти като цяло са съгласни с него.

"Това е въпрос на подобряване на технологията, подобряване на качеството. Но бих казал, че основните проблеми са разрешени - и няма граници за по-нататъшно съвършенство", казва Юджийн Ползик, професор в Института Нилс Бор в Копенхагенския университет.

По пътя обаче възникват много други въпроси. Например, дали „копието на мен“, получено в резултат на такава телепортация, ще бъде ли истинският аз? Ще мисли ли по същия начин, ще има ли същите спомени? В края на краищата, както беше споменато по-рано, оригиналът на изпратения елемент се унищожава в резултат на квантов анализ.

„За квантовата телепортация унищожаването на телепортируемия обект в процеса е абсолютно необходимо и неизбежно“, потвърждава Едуард Фархи, който ръководи Центъра за теоретична физика в MIT от 2004 до 2016 г. и сега работи в Google. „Мисля, че просто бихте се превърне в куп неутрони, протони и електрони. Няма да изглеждате най-добре."

От друга страна, от чисто материалистична гледна точка, ние не се определяме от частиците, от които сме направени, а от тяхното състояние – и тази информация, казват учените, се предава изключително точно.

Бих искал да вярвам, че това е така. И че мечтата на човечеството за телепортация няма да се превърне в реалност в известния филм на ужасите, където главният герой не забеляза как муха случайно влетя в кабината му за телепортация …