Kvantový svet je často v rozpore so zdravým rozumom. Laureát Nobelovej ceny Richard Feynman raz povedal: „Myslím, že môžem bezpečne povedať, že nikto nerozumie kvantovej mechanike.“Kvantová teleportácia je len jedným z tých podivných a zdanlivo nelogických javov.
V roku 2017 vedci z Číny teleportovali objekt do vesmíru. Nebol to človek, ani pes, ani molekula. Bol to fotón. Alebo skôr informácia opisujúca konkrétny fotón. Prečo sa to však nazýva teleportácia?
Pointa je, že kvantová teleportácia nemá nič spoločné s teleportáciou ako takou. Ide skôr o vytvorenie internetu, ktorý nemožno napadnúť. Ale predtým, ako pôjdeme priamo k tejto otázke, poďme hovoriť o paradoxe.
Brilantný fyzik a autor špeciálnych a všeobecných teórií relativity Albert Einstein považoval kvantovú mechaniku za chybnú teóriu. V roku 1935 spolu s fyzikmi Borisom Podolským a Nathanom Rosenom napísal článok, v ktorom definoval paradox, ktorý spochybňuje takmer všetko, čo súvisí s kvantovou mechanikou - paradox EPR.
Kvantová mechanika je veda o najmenších aspektoch vesmíru: atómy, elektróny, kvarky, fotóny atď. Odhaľuje paradoxné a niekedy protichodné aspekty fyzickej reality. Jedným takým aspektom je skutočnosť, že meraním častice ju „zmeníte“. Tento jav sa nakoniec nazýval účinkom pozorovateľa: akt merania javu ho nenapraviteľne ovplyvňuje.
Schematický opis experimentálneho usporiadania na teleportáciu fotónu do vesmíru / Čínska akadémia vied.
Aby sme pozorovali atóm, často naň žiaríme. Fotóny tohto svetla interagujú s časticou, a tým ovplyvňujú jej polohu, uhlovú hybnosť, rotáciu alebo iné vlastnosti. V kvantovom svete je použitie fotónov na pozorovanie atómu podobné tomu, že pomocou bowlingových guličiek sa spočítajú kolíky na konci bowlingovej dráhy. Výsledkom je, že nie je možné presne poznať všetky vlastnosti častice, pretože v procese skúmania výsledok ovplyvňuje pozorovateľ.
Pozorovateľský efekt je často zamieňaný s myšlienkou, že vedomie môže nejakým spôsobom ovplyvniť alebo dokonca vytvoriť realitu. V skutočnosti o tomto účinku nie je nič nadprirodzené, pretože si vôbec nevyžaduje vedomie.
Propagačné video:
Fotóny zrážajúce sa s atómom majú rovnaký pozorovateľný efekt bez ohľadu na to, či sa k nemu pohybujú v dôsledku akcií zo strany ľudského vedomia alebo nie. V tomto prípade „pozorovať“znamená jednoducho interakciu.
Nemôžeme byť vonkajšími pozorovateľmi. V kvantových systémoch človek vždy zohráva aktívnu úlohu a rozmazáva výsledky.
Presne to sa Albertovi Einsteinovi nepáčilo. Pre neho táto inherentná nejednoznačnosť naznačovala neúplnosť kvantovej mechaniky, ktorú bolo potrebné odstrániť. Vedec veril, že realita nemôže byť tak nespoľahlivá. To je presne to, čo hovorí jeho slávna veta: „Boh nehrá kocky s vesmírom.“
A nič zdôraznilo slabosť kvantovej mechaniky viac ako paradox kvantového zapletenia.
Niekedy sa v kvantovom meradle môžu častice vzájomne prepojiť takým spôsobom, že meranie vlastností jednej častice okamžite ovplyvní inú, bez ohľadu na to, ako ďaleko sú od seba. Toto je kvantové zapletenie.
Podľa Einsteinovej teórie relativity nemôže nič cestovať rýchlejšie ako svetlo. Zdá sa však, že kvantové zapletenie porušuje toto pravidlo. Ak je jedna častica zamotaná s druhou a každá možná zmena, ku ktorej dôjde u jednej z nich, ovplyvní druhú, musí medzi nimi existovať nejaká súvislosť. Ako inak sa môžu navzájom ovplyvňovať? Ak sa to však stane okamžite, aj napriek vzdialenostiam, toto spojenie musí nastať rýchlejšie ako rýchlosť svetla - a teda aj samotný paradox EPR.
Ak sa pokúsite zmerať, cez ktorú štrbinu prechádza elektrón počas experimentu s dvoma štrbinami, nedostanete interferenčný obrazec. Namiesto toho sa elektróny nebudú správať ako vlny, ale ako „klasické“častice.
Einstein nazval tento jav „strašidelným konaním na diaľku“. Celé pole kvantovej mechaniky sa mu zdalo také chabé ako predpokladané kvantové zapletenie. Až do konca svojho života sa fyzik neúspešne pokúšal „záplatovať“teóriu, ale nič z toho neprišiel. Jednoducho nebolo čo napraviť.
Po Einsteinovej smrti sa opakovane preukázalo, že kvantová mechanika je správna a funguje, aj keď často odporuje zdravému rozumu. Vedci potvrdili, že paradox kvantového zapletenia je skutočným javom a vo všeobecnosti to nie je paradox. Napriek skutočnosti, že zapletenie nastáva okamžite, medzi časticami nemôžu byť prenášané žiadne informácie rýchlejšie ako je rýchlosť svetla.
Ako to všetko súvisí s kvantovou teleportáciou? Vráťme sa k našej téme. Faktom je, že týmto spôsobom je možné stále prenášať informácie. Presne to robili vedci z Číny v roku 2017. Hoci sa to nazýva „teleportácia“, vedci v skutočnosti uskutočnili prenos informácií medzi dvoma zapletenými fotónmi.
Keď je laserový lúč nasmerovaný cez špeciálny kryštál, fotóny ním emitované sú zamotané. Takže keď sa jeden fotón meria v zamotanom páre, stav druhého je okamžite známy. Ak použijete ich kvantové stavy ako nosič signálu, informácie sa môžu prenášať medzi dvoma fotónmi. Toto sa doteraz robilo v laboratóriách po celom svete, ale nikdy predtým sa tento proces nevykonával v takej vzdialenosti.
Čínski vedci poslali zamotaný fotón na satelit 1 400 kilometrov nad Zemou. Potom zaplietli fotón zostávajúci na planéte s tretím fotónom, ktorý mu umožnil vyslať svoj kvantový stav na fotón na satelite, čím účinne kopíroval tretí fotón na obežnú dráhu. Tretí fotón však nebol fyzicky prenesený na satelit. Boli prenesené a obnovené iba informácie o jeho kvantovom stave.
Takže to nebola teleportácia v štýle Star Trek. Najväčším prielomom v tomto experimente však nebola teleportácia, ale komunikácia.
Kvantový internet založený na zapletených časticiach by bolo takmer nemožné hacknúť. A to všetko vďaka efektu pozorovateľa.
Ak sa niekto pokúsi zachytiť jeden z týchto kvantových prenosov, bude to v podstate pokus o pozorovanie častice, ktorá - ako už vieme - ju zmení. Zhoršený prenos by bol okamžite viditeľný, pretože častice by prestali byť zamotané alebo by bol prenos úplne zničený.
Kvantový internet by bol takmer 100% bezpečnou komunikačnou sieťou. Bez prístupu k zamotaným časticiam to nikto nemohol zaseknúť. A ak niekto získa prístup k jednej zo zamotaných častíc, okamžite si to všimne, pretože častice zmiznú, čo znamená, že internet prestane fungovať. Takto môže byť užitočnejšia ako fotonové teleportačné zariadenie.
Vedci museli urobiť viac ako milión pokusov o úspešné zapletenie niečoho viac ako 900 častíc. Keďže fotóny musia prechádzať cez našu atmosféru, existuje vysoká pravdepodobnosť, že budú interagovať s inými časticami, a preto budú „pozorované“, čo eliminuje zapletenie a dokončenie prenosu.
Kvantová teleportácia stráca všetky informácie o pôvodnej častici, ale vytvára identickú kópiu na druhom konci / & copy; Jim Al-Khalili / Počas kvantovej teleportácie sa stratia všetky informácie o pôvodnej častici, ale na druhom konci sa vytvorí rovnaká kópia / Jim Al-Khalili.
Budeme jedného dňa - niekedy v ďalekej budúcnosti - používať rovnakú techniku na teleportovanie veľkých objektov alebo dokonca ľudí? Teoreticky áno. To by zamotalo každú časticu v tele s rovnakým počtom častíc v cieľovom mieste. Každý stav a poloha všetkých vašich častíc bude potrebné naskenovať a preniesť na iné miesto. Čakajúce častice sa zapletú a prijmú informácie, ktoré sa im odovzdajú, okamžite za predpokladu, že stav je totožný s pôvodnými časticami. To je v podstate to isté, čo sa stalo s fotónmi v čínskom experimente. Jediným rozdielom je, že ide o každú časticu vo vašom tele.
Nemali by ste sa však tešiť. Teleportácia je tiež predmetom pozorovacieho účinku. Proces skenovania, ktorý meria všetky vaše častice, ich okamžite zmení. Je možné, že zmeny boli pre vás nepríjemné, zmenili by ste sa na nerozpoznateľného kvantového slizu. V pôvodnom bode by ste prestali existovať a objavili by ste sa v inom - presne rovnakom, ale s novým súborom častíc. Ale to, či zostanete sami alebo nie, je úplne iná otázka.
Vladimir Guillen