Kvantu pasaule bieži ir pretrunā ar veselo saprātu. Nobela prēmijas laureāts Ričards Feinmans reiz teica: "Es domāju, ka es varu droši teikt, ka neviens nesaprot kvantu mehāniku." Kvantu teleportācija ir tikai viena no tām dīvainajām un šķietami neloģiskajām parādībām.
2017. gadā pētnieki no Ķīnas teleportēja objektu uz kosmosu. Tas nebija cilvēks, ne suns, ne pat molekula. Tas bija fotons. Vai drīzāk - informācija, kas apraksta konkrētu fotonu. Bet kāpēc to sauc par teleportāciju?
Rezultāts ir tāds, ka kvantu teleportācijai ir maz sakara ar teleportāciju kā tādu. Drīzāk ir jāizveido internets, kuru nevar uzlauzt. Bet pirms mēs pievērsīsimies tieši šim jautājumam, runāsim par paradoksu.
Lieliskais fiziķis un speciālo un vispārīgo relativitātes teoriju autors Alberts Einšteins kvantu mehāniku uzskatīja par kļūdainu teoriju. 1935. gadā viņš kopā ar fiziķiem Borisu Podolski un Nathan Rosen uzrakstīja rakstu, kurā viņš definēja paradoksu, kas rada šaubas gandrīz par visu, kas saistīts ar kvantu mehāniku - EPR paradoksu.
Kvantu mehānika ir zinātne par visuma mazākajiem aspektiem: atomiem, elektroniem, kvarkiem, fotoniem utt. Tas atklāj paradoksālus un dažreiz pretrunīgus fiziskās realitātes aspektus. Viens no šādiem aspektiem ir fakts, ka, izmērot daļiņu, jūs to "maināt". Šo parādību galu galā sauca par novērotāja efektu: parādības mērīšanas darbība to neatgriezeniski ietekmē.
Shēma eksperimentālai shēmai fotona teleportēšanai kosmosā / Ķīnas Zinātņu akadēmija.
Bieži vien, lai novērotu atomu, mēs tam spīdam. Šīs gaismas fotoni mijiedarbojas ar daļiņu, tādējādi ietekmējot tās stāvokli, leņķisko impulsu, griešanos vai citas īpašības. Kvantu pasaulē fotonu izmantošana atoma novērošanai ir tāda pati kā boulinga bumbiņu izmantošana, lai saskaitītu tapas boulinga alejas galā. Tā rezultātā nav iespējams precīzi zināt visas daļiņas īpašības, jo tās izmeklēšanas laikā novērotājs ietekmē rezultātu.
Novērotāja efektu bieži sajauc ar domu, ka apziņa kaut kā var ietekmēt vai pat radīt realitāti. Faktiski šajā efektā nav nekā pārdabiska, jo tas vispār neprasa apziņu.
Reklāmas video:
Fotoniem, kas saduras ar atomu, ir tāds pats novērotāja efekts neatkarīgi no tā, vai tie virzās uz to, pateicoties darbībām no cilvēka apziņas puses, vai ne. Šajā gadījumā "novērot" ir vienkārši mijiedarboties.
Mēs nevaram būt ārējie novērotāji. Kvantu sistēmās cilvēks vienmēr aktīvi piedalās, izplūdinot rezultātus.
Tas bija tieši tas, kas Albertam Einšteinam nepatika. Viņam šī raksturīgā neskaidrība liecināja par kvantu mehānikas nepilnīgumu, kas bija jānovērš. Zinātnieks uzskatīja, ka realitāte nevar būt tik neuzticama. Tieši uz to atsaucas viņa slavenā frāze: "Dievs nespēlē kauliņus ar Visumu."
Un nekas vairāk nav uzsvēris kvantu mehānikas vājumu, nevis kvantu saķeres paradoksu.
Dažreiz kvantu skalā daļiņas var savstarpēji savienoties tādā veidā, ka vienas daļiņas īpašību mērīšana uzreiz ietekmē citu, neatkarīgi no tā, cik tālu tās atrodas. Tā ir kvantu sapīšanās.
Saskaņā ar Einšteina relativitātes teoriju nekas nevar ceļot ātrāk par gaismu. Tomēr šķita, ka kvantu sapīšanās pārkāpj šo noteikumu. Ja viena daļiņa ir sapinušies ar otru, un visas iespējamās izmaiņas, kas notiek ar vienu no tām, ietekmē otru, tad starp tām ir jābūt zināmam savienojumam. Pretējā gadījumā kā viņi var ietekmēt viens otru? Bet, ja tas notiek uzreiz, neskatoties uz attālumiem, šim savienojumam jānotiek ātrāk nekā gaismas ātrumam - tātad ļoti EPR paradokss.
Ja eksperimenta laikā ar diviem spraugām mēģināsit izmērīt, caur kuru spraugu iziet elektrons, jūs nesaņemsit traucējumus. Tā vietā elektroni izturēsies nevis kā viļņi, bet gan kā “klasiskās” daļiņas.
Einšteins šo parādību nosauca par “spocīgu rīcību no attāluma”. Viss kvantu mehānikas lauks viņam šķita tikpat nepieklājīgs kā it kā šķietama kvantu saķeršanās. Līdz mūža beigām fiziķis neveiksmīgi mēģināja "uzlabot" teoriju, taču no tās nekas neiznāca. Vienkārši nebija ko labot.
Pēc Einšteina nāves tika atkārtoti pierādīts, ka kvantu mehānika ir pareiza un darbojas, pat ja tā bieži ir pretrunā ar veselo saprātu. Zinātnieki ir apstiprinājuši, ka kvantu saķeres paradokss ir reāla parādība, un kopumā tas nav paradokss. Neskatoties uz to, ka sapīšanās notiek uzreiz, informāciju starp daļiņām nevar pārsūtīt ātrāk nekā gaismas ātrumu.
Kā tas viss attiecas uz kvantu teleportāciju? Atgriezīsimies pie mūsu tēmas. Fakts ir tāds, ka šādā veidā informāciju joprojām var pārsūtīt. Tas ir tieši tas, ko 2017. gadā veica pētnieki no Ķīnas. Lai gan to sauc par "teleportāciju", patiesībā zinātnieki ir veikuši informācijas pārsūtīšanu starp diviem sapinušiem fotoniem.
Kad lāzera stars tiek virzīts caur īpašu kristālu, tā izstarotie fotoni ir sapinušies. Tātad, kad viens fotons tiek mērīts sapinušies pārī, otra statuss ir uzreiz zināms. Ja kā signāla nesēju izmantojat to kvantu stāvokļus, tad informāciju var pārsūtīt starp diviem fotoniem. Tas jau tika darīts laboratorijās visā pasaulē, bet nekad agrāk šis process nav noticis tik tālu.
Ķīniešu pētnieki ir nosūtījuši sapinušos fotonu uz satelītu 1400 kilometru virs Zemes. Pēc tam viņi sapinuši planētas atlikušo fotonu ar trešo fotonu, kas ļāva tam nosūtīt savu kvantu stāvokli uz satelīta esošo fotonu, tādējādi efektīvi kopējot trešo fotonu orbītā. Tomēr trešais fotons nebija fiziski pārsūtīts uz satelītu. Tika pārsūtīta un atjaunota tikai informācija par tā kvantu stāvokli.
Tātad tā nebija Star Trek stila teleportācija. Bet lielākais sasniegums šajā eksperimentā nebija teleportācija, bet komunikācija.
Kvantu internetu, kura pamatā ir sapinušās daļiņas, būtu gandrīz neiespējami uzlauzt. Un tas viss pateicoties novērotāja efektam.
Ja kāds mēģina pārtvert kādu no šīm kvantu pārraidēm, būtībā tas būs mēģinājums novērot daļiņu, kas - kā mēs jau zinām - to mainīs. Apdraudēta transmisija būs uzreiz redzama, jo daļiņas pārstāj sapīties vai transmisija tiks pilnībā iznīcināta.
Internets Quantum būtu gandrīz 100% drošs sakaru tīkls. Bez piekļuves sapinušām daļiņām neviens to nevarēja uzlauzt. Un, ja kāds piekļūtu vienai no sapinušajām daļiņām, viņš to nekavējoties pamanītu, jo daļiņa pazustu, kas nozīmē, ka internets pārstātu darboties. Tas var būt noderīgāk nekā fotonu teleportācijas ierīce.
Pētniekiem bija jāveic vairāk nekā miljons mēģinājumu, lai veiksmīgi sapītu nedaudz vairāk par 900 daļiņām. Tā kā fotoniem ir jāiet cauri mūsu atmosfērai, pastāv liela varbūtība, ka tie mijiedarbosies ar citām daļiņām, tāpēc tiks "novēroti", novēršot iespiešanos un pabeidzot pārraidi.
Kvantu teleportācija zaudē visu informāciju par oriģinālo daļiņu, bet otrā galā izveido identisku kopiju / & copy; Jim Al-Khalili / Kvantu teleportācija zaudē visu informāciju par oriģinālo daļiņu, bet otrā galā izveido identisku kopiju / Jim Al-Khalili.
Vai mēs kādu dienu - kaut kad tālā nākotnē - izmantosim šo pašu paņēmienu, lai teleportētu lielus objektus vai pat cilvēkus? Teorētiski jā. Tas ikvienu ķermeņa daļiņu sapītu ar vienādu daļiņu skaitu galapunktā. Katrs jūsu daļiņu stāvoklis un pozīcija būs jānoskenē un jāpārvieto uz citu vietu. Gaidīšanas daļiņas būs sapinušās un pieņems tām nodoto informāciju, uzreiz uzņemot stāvokli, kas identisks sākotnējām daļiņām. Tas būtībā ir tas pats, kas ķīniešu eksperimentā notika ar fotoniem. Vienīgā atšķirība ir tā, ka tas attiecas uz visām jūsu ķermeņa daļiņām.
Tomēr nevajadzētu priecāties. Teleportācija ir pakļauta arī novērotāja efektam. Skenēšanas process, kurā tiek izmērītas visas jūsu daļiņas, visas tās uzreiz mainīs. Iespējams, ka izmaiņas jums bija nepatīkamas, jūs pārvērtīsities neatpazīstamā kvantu gļotā. Jūs pārstātu eksistēt sākotnējā brīdī un parādītos citā - tieši tajā pašā, bet ar jaunu daļiņu komplektu. Bet tas, vai jūs paliekat pats vai nē, ir pavisam cits jautājums.
Vladimirs Guilēns