Till skillnad från lagarna i klassisk mekanik har vi lärt oss att överföra information snabbare än ljusets hastighet. RIA Novosti fick reda på hur qubits utbyter data och varför det är omöjligt att teleportera ett materiellt objekt.
Mystisk kvantvärld
I kvantvärlden mäts information i qubits. Till skillnad från klassiska bitar kan de stanna samtidigt i två tillstånd - logisk noll och en - tills det mäts, eller snarare, information läses.
Rollen som en kvbit spelas av en konstgjord atom med två energinivåer. Om atomen är på den lägre energinivån är systemets tillstånd logiskt noll, vid det övre är det logiskt. Fysiskt kan en kvbit förkroppsligas i en foton, molekyl, jon, atom, kvantprick - i allt som avger och absorberar kvanta av elektromagnetisk energi. Exempelvis är superledande qubits en elektrisk krets tillverkad av tunna skikt av metall kylda till ultra-låga temperaturer, mellan vilka par av elektroner leder genom tunna lager av isolator.
Eftersom vi talar om kvantvärlden är det omöjligt att säga i vilket tillstånd elektronen i kvittan är vid en viss tidpunkt. Detta öppnar möjligheter för teleportering - överföring av något i rymden.
”Kvantteleportering kräver tre superpositionerade qubits. Låt oss säga att vi måste överföra information från det första elementet till det tredje, och de ska inte interagera, det vill säga att de inte ska vara nära. Sedan är den tredje och den andra qubiten förvirrad med en logisk operation - deras tillstånd blir beroende av varandra, och de kallas själva intrasslade. Och om tillståndet för en av dem mäts, kommer läget för den andra automatiskt att vara motsatt. Det är som att kasta svarta och vita bollar i en låda och sedan dra ut en av dem slumpmässigt: färgen på den andra kommer att vara känd med 100% sannolikhet, säger Ilya Besedin, ingenjör vid Superconducting Metamaterials Laboratory på NUST MISIS.
Då måste den andra qubitten interagera med den första. Det finns två huvudsakliga sätt att få dem att "chatta". Först ändras resonansfrekvensen för en atom så att den sammanfaller med frekvensen för en annan, varefter excitationen från en överförs till en annan genom det elektriska fältet. Det andra alternativet är att systemet utsätts för mikrovågsstrålning så att en atoms absorptionskoefficient beror på tillståndet för en annan. Efter att qubitsna har "pratat" läses deras stater.
Kampanjvideo:
I detta ögonblick förvandlas faktiskt qubits till klassiska bitar med känd information. Sedan utförs en logisk operation på den tredje qubitten, och det visar sig vara i den första tillståndet. Kom ihåg att den första och tredje qubiten aldrig har samverkat, förutom indirekt "kommunikation" genom den andra qubit. Dessutom var den tredje i kontakt med den andra innan han utbytte information med den första.
Förvirrad? Föreställ dig då att du fick ett A för tentamen och delade din glädje med din pappa. Sedan gick de till min mamma och berättade för henne samma sak. Och hon berättade för dig att hon repade bilen. Och efter din konversation lär pappa på ett okänt sätt om detta problem. Det är svårt att förstå kvantmekanik - det är bättre att bara lösa sina lagar.
Du kan inte argumentera med relativitetsteorin
Med hjälp av kvantteleportering kan information överföras över långa avstånd. Rekorden hittills tillhör kinesiska forskare, som skickade data från jorden till en satellit över 1400 kilometer. Dessutom utbyter qubits själva data direkt, ännu snabbare än ljusets hastighet.
Forskare har bekräftat detta genom att samtidigt mäta tillståndet för två intrasslade qubits på olika platser. Det visade sig att de verkligen "känner" varandras förändringar snabbare än ljuset rör sig.
För att extrahera information från en kvbit måste den avkodas med klassiska bitar, vars överföringshastighet inte kan överstiga ljusets hastighet. Även om kvantvärlden ger otroliga möjligheter kan människor på grund av sin klassiska natur ibland helt enkelt inte dra full nytta av dem.
”Men kvantteleportering är perfekt för krypterad dataöverföring. Naturligtvis kan information också krypteras med klassiska algoritmer. Men den här metoden har en svaghet: nyckelutbyte. Med tillräcklig datakraft kan den avlyssnade krypteringen alltid läsas, säger experten.
Och protokoll baserade på kvantteleportering tillåter dig att matematiskt bevisa att kvantlinjen inte tappas. Så fort en utomstående ansluter till den försämras kvaliteten på överföringen av kvanttillståndet avsevärt, oavsett inkräktarens tekniska utrustning. Och båda parter upptäcker omedelbart att deras konversation inte längre är privat.
Finns det ingen teleporter?
För att dela en rolig video med en vän behöver du båda datorer eller smartphones. Detsamma är med teleporteringen av data mellan qubits: för att överföra tillståndet behöver du en sändarkvbit och en mottagarkvbit, som redan finns på rätt plats. Det vill säga, innan du skickar data måste du fysiskt flytta objektet som kommer att ta emot det. Och hittills kan vi göra detta endast på ett klassiskt sätt: längs en välkänd bana - från punkt "A" till punkt "B". Och inte alls omedelbart.
Och vad sägs om teleporteringen av något materiellt objekt som helhet - till exempel en person? När allt kommer omkring består materien i den slutliga analysen av atomer, dvs kvantsystem mellan vilka information kan överföras. För att göra detta måste du teleportera data om kroppens atomer till andra atomer som finns på en annan plats och därmed återskapa en person.
Men för varje överföringshandling krävs komplex teknisk utrustning. En person som väger cirka 70 kg innehåller 6,7 * 1027 atomer. Det är oerhört svårt att överföra information om alla partiklar med 100% noggrannhet - och för tillfället är det inte tekniskt genomförbart. Fortfarande är teleportering av ett materiellt objekt för attraktiv för att vägra.
