Kvanteverden er ofte i strid med sunn fornuft. Nobelprisvinneren Richard Feynman sa en gang: "Jeg tror jeg trygt kan si at ingen forstår kvantemekanikk." Kvanteteleportering er bare et av de rare og tilsynelatende ulogiske fenomenene.
I 2017 teleporterte forskere fra Kina gjenstanden ut i det ytre rom. Det var ikke en mann, ikke en hund, eller til og med et molekyl. Det var et foton. Eller rettere sagt informasjon som beskriver et spesifikt foton. Men hvorfor kalles dette teleportering?
Hovedpoenget er at kvanteteleportering har lite å gjøre med teleportering som sådan. Snarere dreier det seg om å lage et internett som ikke kan hackes. Men før vi går direkte til denne saken, la oss snakke om et paradoks.
Den geniale fysikeren og forfatteren av Spesielle og generelle teorier om relativitet, Albert Einstein, anså kvantemekanikk for å være en mangelfull teori. I 1935 skrev han sammen med fysikerne Boris Podolsky og Nathan Rosen en artikkel der han definerte et paradoks som stiller tvil om nesten alt knyttet til kvantemekanikk - EPJ-paradokset.
Kvantemekanikk er vitenskapen om de minste aspektene av universet: atomer, elektroner, kvarker, fotoner og så videre. Det avslører paradoksale og noen ganger motstridende aspekter ved fysisk virkelighet. Et slikt aspekt er det faktum at ved å måle en partikkel, "endrer" du den. Dette fenomenet ble til slutt kalt observatørens virkning: handlingen om å måle et fenomen påvirker det uopprettelig.
Skjematisk beskrivelse av et eksperimentelt oppsett for teleportering av et foton i det ytre rom / China Academy of Sciences.
Ofte, for å observere et atom, lyser vi av det. Fotonene til dette lyset samvirker med partikkelen, og påvirker derved dens posisjon, vinkelmoment, spinn eller andre egenskaper. I kvanteverdenen er det å bruke fotoner for å observere et atom, pålitelig med å bruke bowlingballer for å telle pinnene på slutten av en bowlinghall. Som et resultat er det umulig å vite nøyaktig alle egenskapene til en partikkel, siden observatøren i løpet av undersøkelsen påvirker resultatet.
Observatøreffekten forveksles ofte med ideen om at bevissthet på en eller annen måte kan påvirke eller til og med skape virkelighet. Det er faktisk ikke noe overnaturlig ved denne effekten, siden den ikke krever bevissthet i det hele tatt.
Salgsfremmende video:
Fotoner som kolliderer med et atom gir den samme observatøreffekten uavhengig av om de beveger seg mot det på grunn av handlinger fra siden av menneskelig bevissthet eller ikke. I dette tilfellet er "observere" ganske enkelt å samhandle.
Vi kan ikke være utenfor observatører. I kvantesystemer tar en person alltid en aktiv del og gjør resultatene uskarpe.
Dette var nettopp det Albert Einstein ikke likte. For ham indikerte denne iboende tvetydigheten en ufullstendighet i kvantemekanikken som måtte fjernes. Forskeren mente at virkeligheten ikke kunne være så upålitelig. Dette er nettopp det den berømte setningen hans refererer til: "Gud spiller ikke terninger med universet."
Og ingenting har lagt vekt på kvantemekanikkens svakhet mer enn kvanteforviklingens paradoks.
Noen ganger i kvanteskala kan partikler kobles sammen på en slik måte at måling av egenskapene til en partikkel øyeblikkelig påvirker en annen, uansett hvor langt fra hverandre de er. Dette er kvanteforvikling.
I følge Einsteins relativitetsteori kan ingenting reise raskere enn lys. Imidlertid syntes kvanteforviklinger å bryte denne regelen. Hvis den ene partikkelen er sammenfiltret med en annen, og enhver mulig endring som skjer med den ene av dem påvirker den andre, må det være en slags forbindelse mellom dem. Ellers, hvordan kan de påvirke hverandre? Men hvis dette skjer øyeblikkelig, til tross for avstandene, må denne forbindelsen skje raskere enn lysets hastighet - derav selve EPJ-paradokset.
Hvis du prøver å måle gjennom hvilken spalte et elektron passerer under et eksperiment med to spalter, får du ikke et interferensmønster. I stedet vil elektronene ikke oppføre seg som bølger, men som "klassiske" partikler.
Einstein kalte dette fenomenet "nifs handling på avstand." Hele feltet for kvantemekanikk virket for ham like spinkelt som antatt kvanteforvikling. Frem til slutten av livet prøvde fysikeren uten hell å "lappe" teorien, men ingenting kom ut av det. Det var rett og slett ingenting å fikse.
Etter Einsteins død ble det gjentatte ganger bevist at kvantemekanikk er riktig og fungerer, selv om det ofte er i strid med sunn fornuft. Forskere har bekreftet at kvantefviklingsparadokset er et reelt fenomen, og generelt er det ikke et paradoks. Til tross for at forviklinger skjer øyeblikkelig, kan ingen informasjon overføres mellom partikler raskere enn lysets hastighet.
Hvordan har alt dette å gjøre med kvanteteleportering? La oss komme tilbake til temaet vårt. Fakta er at på denne måten informasjon fortsatt kan overføres. Dette er nøyaktig hva forskere fra Kina gjorde i 2017. Selv om det kalles "teleportering", har forskere faktisk utført overføring av informasjon mellom to sammenfiltrede fotoner.
Når en laserstråle ledes gjennom en spesiell krystall, blir fotonene som avgis av den, viklet inn. Så når det ene fotonet måles i et sammenfiltret par, blir tilstanden til den andre umiddelbart kjent. Hvis du bruker kvantetilstandene deres som en signalbærer, kan informasjon overføres mellom to fotoner. Dette har blitt gjort før i laboratorier rundt om i verden, men aldri før har denne prosessen foregått på en slik avstand.
Kinesiske forskere har sendt et viklet foton til en satellitt 1400 kilometer over jorden. De viklet så fotonet som var igjen på planeten med det tredje fotonet, som tillot det å sende sin kvantetilstand til fotonet på satellitten, og kopierte dermed effektivt det tredje fotonet i bane. Det tredje fotonet ble imidlertid ikke fysisk overført til satellitten. Bare informasjon om kvantetilstanden ble overført og gjenopprettet.
Så det var ikke Star Trek-teleportering. Men det største gjennombruddet i dette eksperimentet var ikke teleportering, men kommunikasjon.
Et kvanteinternett basert på sammenfiltrede partikler ville være nesten umulig å hacke. Og alt takket være observatøreffekten.
Hvis noen prøver å avskjære en av disse kvanteoverføringene, i hovedsak, vil det være et forsøk på å observere partikkelen, som - som vi allerede vet - vil endre den. En kompromittert overføring vil være umiddelbart synlig, da partiklene ville slutte å være sammenfiltret eller transmisjonen ville bli fullstendig ødelagt.
Quantum Internet ville være et nesten 100% sikkert kommunikasjonsnettverk. Uten tilgang til sammenfiltrede partikler kunne ingen hacke det. Og hvis noen fikk tilgang til en av de sammenfiltrede partiklene, ville de umiddelbart legge merke til den, siden partikkelen ville forsvinne, noe som betyr at Internett ville slutte å fungere. Slik kan det være mer nyttig enn en fotonteleporteringsenhet.
Forskere måtte gjøre over en million forsøk på å vellykke sammen over 900 partikler. Siden fotoner må passere gjennom atmosfæren vår, er det stor sannsynlighet for at de vil samhandle med andre partikler, derfor vil bli "observert", eliminere sammenfiltring og fullføre overføringen.
Kvanteteleportering mister all informasjon om den opprinnelige partikkelen, men oppretter en identisk kopi i den andre enden / & copy; Jim Al-Khalili / Under kvanteteleportering går all informasjon om den opprinnelige partikkelen tapt, men en identisk kopi opprettes i andre enden / Jim Al-Khalili.
Vil vi en dag - en gang i fjern fremtid - bruke den samme teknikken for å teleportere store gjenstander eller til og med mennesker? I teorien, ja. Dette vil sammenfiltrere hver partikkel i kroppen med samme antall partikler på destinasjonen. Hver tilstand og posisjon av alle partiklene dine må skannes og overføres til et annet sted. De ventende partiklene vil bli forfiltret og akseptere informasjonen som er gitt til dem, med en gang forutsatt en tilstand som er identisk med de opprinnelige partiklene. Dette er egentlig det samme som skjedde med fotoner i det kinesiske eksperimentet. Den eneste forskjellen er at det handler om hver partikkel i kroppen din.
Imidlertid bør du ikke være overlykkelig. Teleportering er også underlagt observatøreffekten. En skanneprosess som måler alle partiklene dine, vil umiddelbart endre dem alle. Det er mulig at endringene var ubehagelige for deg, du ville bli til en ugjenkjennelig kvanteslime. Du ville slutte å eksistere på det opprinnelige punktet og vises på et annet - nøyaktig det samme, men med et nytt sett med partikler. Men om du forblir deg selv eller ikke, er et helt annet spørsmål.
Vladimir Guillen
