I motsetning til lovene i klassisk mekanikk, har vi lært å overføre informasjon raskere enn lysets hastighet. RIA Novosti fant ut hvordan qubits utveksler data og hvorfor det er umulig å teleportere et materiell objekt.
Mystisk kvanteverden
I kvanteverden måles informasjon i qubits. I motsetning til klassiske biter, er de i stand til å holde seg samtidig i to tilstander - logisk null og en - til de blir målt, eller rettere sagt, informasjon blir lest.
Rollen til en kvbit spilles av et kunstig atom med to energinivåer. Hvis atomet er på det lavere energinivået, er tilstanden til systemet logisk null, på det øvre er det logisk. Fysisk kan en kvbit legemliggjøres i et foton, molekyl, ion, atom, kvantepunkt - i alt som avgir og absorberer kvanta av elektromagnetisk energi. For eksempel er superledende qubits en elektrisk krets laget av tynne lag av metall som er avkjølt til ultra-lave temperaturer, mellom hvilke par elektroner som går gjennom tynne lag med isolator.
Siden vi snakker om kvanteverdenen, er det umulig å si i hvilken tilstand elektronet i kvittet er i hvert øyeblikk. Dette åpner for muligheter for teleportering - overføring av noe i verdensrommet.
“Kvanteteleportering krever tre superposisjonerte qubits. La oss si at vi må overføre informasjon fra det første elementet til det tredje, og at de ikke skal samhandle, det vil si at de ikke skal være i nærheten. Deretter blir tredje og andre kvittbit viklet inn ved hjelp av en logisk operasjon - deres tilstander blir avhengige av hverandre, og de kalles selv sammensveiset. Og hvis tilstanden til en av dem blir målt, vil tilstanden til den andre automatisk være motsatt. Det er som å kaste svarte og hvite baller i en boks, og så trekke ut en av dem tilfeldig: fargen på den andre vil være kjent med 100% sannsynlighet, sier Ilya Besedin, ingeniør ved Superconducting Metamaterials Laboratory på NUST MISIS.
Da må den andre kvbitten samhandle med den første. Det er to hovedmåter å få dem til å "chatte". For det første endres resonansfrekvensen til et atom slik at det faller sammen med frekvensen til et annet, hvoretter eksitasjonen fra det ene går til det andre gjennom det elektriske feltet. Det andre alternativet er at systemet blir utsatt for mikrobølgestråling, slik at absorpsjonskoeffisienten til ett atom avhenger av tilstanden til et annet. Etter at qubits har "snakket", leses deres stater.
Salgsfremmende video:
Faktisk, i dette øyeblikket, blir qubits til klassiske biter med kjent informasjon. Deretter utføres en logisk operasjon på den tredje kvittingen, og den viser seg å være i tilstanden til den første. Husk at den første og tredje kvittingen aldri har interaksjon, bortsett fra indirekte "kommunikasjon" gjennom den andre kvbit. I tillegg var den tredje i kontakt med den andre før han utvekslet informasjon med den første.
Forvirret? Tenk deg at du fikk et A til eksamen og delte gleden din med faren din. Så gikk de til moren min og fortalte henne det samme. Og hun fortalte deg at hun klødde bilen. Og etter samtalen, lærer far på en ukjent måte om dette problemet. Det er vanskelig å forstå kvantemekanikk - det er bedre å bare innrette seg om dens lover.
Du kan ikke krangle med relativitetsteorien
Ved hjelp av kvanteteleportering kan informasjon overføres over lange avstander. Rekorden hittil tilhører kinesiske forskere, som sendte data fra Jorden til en satellitt over 1400 kilometer. Dessuten utveksler qubitsene data umiddelbart, enda raskere enn lysets hastighet.
Forskere har bekreftet dette ved samtidig å måle tilstanden til to sammenfiltrede qubits på forskjellige steder. Det viste seg at de virkelig "føler" hverandres forandringer raskere enn lys beveger seg.
For å hente ut informasjon fra en kvbit, må den dekodes ved hjelp av klassiske biter, hvis overføringshastighet ikke kan overstige lysets hastighet. Selv om kvanteverdenen gir utrolige muligheter, kan folk på grunn av sin klassiske natur noen ganger ganske enkelt ikke dra full nytte av dem.
“Men kvanteteleportering er perfekt for kryptert dataoverføring. Naturligvis kan informasjon også krypteres ved bruk av klassiske algoritmer. Men denne metoden har en svakhet: nøkkelutveksling. Med tilstrekkelig datakraft kan den avskjærte krypteringen alltid leses, sier eksperten.
Og protokoller basert på kvanteteleportering lar deg matematisk bevise at kvantelinjen ikke blir tappet. Så snart en utenforstående kobles til den, forverres kvaliteten på overføringen av kvantetilstanden betydelig, uavhengig av det inntrengernes tekniske utstyr. Og begge parter oppdager umiddelbart at samtalen deres ikke lenger er privat.
Blir det ingen teleporter?
For å dele en morsom video med en venn, trenger du begge datamaskiner eller smarttelefoner. Det samme er med teleportering av data mellom qubits: for å overføre staten trenger du en senderkvbit og en mottakerkvbit, som allerede er plassert på rett sted. Det vil si at før du sender data, må du fysisk flytte objektet som vil motta det. Og så langt kan vi gjøre dette bare på en klassisk måte: langs en kjent bane - fra punkt "A" til punkt "B". Og på ingen måte øyeblikkelig.
Og hva med teleporteringen av en hvilken som helst materiell gjenstand som helhet - for eksempel en person? I den endelige analysen består materien tross alt av atomer, det vil si kvantesystemer mellom hvilke informasjon som kan overføres mellom. For å gjøre dette, må du teleportere data om alle kroppens atomer til andre atomer som befinner seg på et annet sted, og derved gjenskape en person.
Men for hver overføringshandling er det nødvendig med komplekst teknisk utstyr. En person som veier rundt 70 kilo inneholder 6,7 * 1027 atomer. Det er utrolig vanskelig å overføre informasjon om alle partikler med 100% nøyaktighet - og for øyeblikket er det ikke teknisk gjennomførbart. Fortsatt er teleportering av et materiell objekt for attraktiv til å nekte.
