V nasprotju z zakoni klasične mehanike smo se naučili prenašati informacije hitreje od hitrosti svetlobe. RIA Novosti je izvedela, kako qubits izmenjuje podatke in zakaj ni mogoče teleportirati materialnega predmeta.
Skrivnostni kvantni svet
V kvantnem svetu se informacije merijo v kubitih. Za razliko od klasičnih bitov so sposobni bivati hkrati v dveh stanjih - logični ničli in eni - dokler jih ne izmerimo, ali bolje rečeno, ne preberejo informacij.
Vlogo qubita igra umetni atom z dvema energetskima nivojema. Če je atom na spodnji energijski ravni, je stanje sistema logično nič, na zgornjem pa logično. Fizično je kbit lahko utelešen v fotonu, molekuli, ionu, atomu, kvantni piki - v vsem, kar oddaja in absorbira kvant elektromagnetne energije. Na primer, superprevodni kubiti so električni tokokrog iz tankih plasti kovine, ohlajene do ultra nizkih temperatur, med katerimi pari elektronov predori skozi tanke plasti izolatorja.
Ker govorimo o kvantnem svetu, je nemogoče reči, v kakšnem stanju je elektron v kvitu v vsakem trenutku. To odpira možnosti za teleportacijo - prenos nečesa v vesolju.
Kvantna teleportacija zahteva tri superpozicionirane kvite. Recimo, da moramo informacije prenašati iz prvega elementa v tretji in ne smejo medsebojno vplivati, torej ne smejo biti blizu. Tretji in drugi qubits se zapleteta z logično operacijo - njuna stanja postaneta soodvisna, sama pa se imenujeta zapleteni. In če se meri eno od njih, bo stanje drugega samodejno nasprotno. To je kot metanje črno-belih kroglic v škatlo in nato eno od njih naključno izvlečete: barva druge bo znana s 100-odstotno verjetnostjo, «pravi Ilya Besedin, inženir v laboratoriju za superprevodne metamateriale v NUST MISIS.
Nato mora drugi qubit medsebojno delovati s prvim. Obstajata dva glavna načina, kako priti do "klepeta". Najprej se spremeni resonančna frekvenca enega atoma, tako da sovpada s frekvenco drugega, po kateri vzbujanje iz enega preide v drugega skozi električno polje. Druga možnost je, da je sistem izpostavljen mikrovalovnemu sevanju, tako da je absorpcijski koeficient enega atoma odvisen od stanja drugega. Po tem, ko so se kviteti "pogovorili", se preberejo njihova stanja.
Promocijski video:
Pravzaprav se v tem trenutku kbit pretvori v klasične bite z znanimi informacijami. Nato se na tretjem kbittu opravi logična operacija in izkaže se, da je v stanju prvega. Spomnimo se, da prvi in tretji kubit nikoli nista komunicirala, razen posredno "komunikacijo" skozi drugi kbit. Poleg tega je bil tretji v stiku z drugim, preden je izmenjal informacije s prvim.
Zmeden? Nato si predstavljajte, da ste dobili izpit A in z veseljem delili očka. Potem sta šla k moji materi in ji povedala isto. In rekla ti je, da je opraskala avto. In po vašem pogovoru se oče na neznan način nauči te težave. Kvantno mehaniko je težko razumeti - bolje je le, da se sprijaznimo z njenimi zakoni.
Ne morete se prerekati s teorijo relativnosti
S pomočjo kvantne teleportacije se informacije lahko prenašajo na velike razdalje. Doslej rekord pripada kitajskim znanstvenikom, ki so podatke poslali z Zemlje na satelit v dolžini 1400 kilometrov. Poleg tega sami kitiji izmenjujejo podatke v trenutku, tudi hitreje od svetlobne hitrosti.
Znanstveniki so to potrdili s hkratnim merjenjem stanja dveh zapletenih kubitov na različnih lokacijah. Izkazalo se je, da v resnici "čutijo", da se drug drugega spreminjajo hitreje, kot se premika svetloba.
Če želite izvleči informacije iz kvita, ga je treba dekodirati s pomočjo klasičnih bitov, katerih hitrost prenosa ne more presegati svetlobne hitrosti. Čeprav kvantni svet ponuja neverjetne priložnosti, jih ljudje zaradi svoje klasične narave včasih preprosto ne morejo v celoti izkoristiti.
Toda kvantna teleportacija je kot nalašč za šifriran prenos podatkov. Seveda je mogoče podatke šifrirati tudi s pomočjo klasičnih algoritmov. Toda ta metoda ima slabost: izmenjava ključev. Z zadostno računalniško močjo lahko prestreženo šifriranje vedno preberemo, «pravi strokovnjak.
In protokoli, ki temeljijo na kvantni teleportaciji, vam omogočajo, da matematično dokažete, da se kvantna črta ne dotika. Takoj, ko se nanjo priključi zunanji sodelavec, se kakovost prenosa kvantnega stanja bistveno poslabša, ne glede na tehnično opremo vsiljivca. In obe strani takoj odkrijeta, da njun pogovor ni več zaseben.
Ali ne bo teleporta?
Če želite s prijateljem deliti zabaven videoposnetek, potrebujete računalnike ali pametne telefone. Enako je s teleportacijo podatkov med qubits: za prenos stanja potrebujete oddajnik qubit in sprejemnik qubit, ki sta že na pravem mestu. To pomeni, da morate pred pošiljanjem podatkov fizično premakniti predmet, ki ga bo prejel. In doslej lahko to storimo le na klasičen način: po dobro znani poti - od točke "A" do točke "B". In nikakor ne v trenutku.
Kaj pa teleportacija katerega koli materialnega predmeta kot celote - na primer človeka? Konec koncev je materija v končni analizi sestavljena iz atomov, to je kvantnih sistemov, med katerimi se lahko prenašajo informacije. Če želite to narediti, boste morali teleportirati podatke o vseh atomih telesa na druge atome, ki se nahajajo na drugem mestu, in s tem ponovno ustvariti človeka.
Toda za vsako dejanje prenosa je potrebna zapletena tehnična oprema. Oseba, ki tehta približno 70 kilogramov, vsebuje 6,7 * 1027 atomov. Podatke o vseh delcih je neverjetno težko prenašati s 100-odstotno natančnostjo - in to trenutno ni tehnično izvedljivo. Kljub temu je teleportacija materialnega predmeta preveč privlačna naloga, da bi jo zavrnili.