Kvanttiteleportaatio on toinen haaste terveelle järjelle. Kvanttiteleportaatio: fyysikkojen suuret löydöt
Avaintutkimus, joka todistaa fotonien kvanttiteleportaation perustavanlaatuisen mahdollisuuden.
Tämä on välttämätöntä perustavanlaatuisen fysikaalisen perustelun kannalta geneettisen ja metabolisen tiedon etäkääntämisen perustavanlaatuiselle mahdollisuudelle käyttämällä polarisoituja (pyöriviä) fotoneja. Todisteet, jotka soveltuvat sekä in vitro (laserilla) että in vivo -translaatioon, ts. itse biosysteemissä solujen välissä.
Kokeellinen kvanttiteleportaatio
Kvanttiteleportaatio on kokeellisesti osoitettu - kvanttijärjestelmän tilan siirto ja palauttaminen millä tahansa mielivaltaisella etäisyydellä. Teleportaatioprosessissa ensisijainen fotoni polarisoituu, ja tämä polarisaatio on etälähetetty tila. Tässä tapauksessa sotkeutuneiden fotonien pari on mittauskohde, jossa kietoutuvan parin toinen fotoni voi olla mielivaltaisen kaukana alkuperäisestä. Kvanttiteleportaatio tulee olemaan avainelementti kvanttilaskentaverkoissa.
Teleportaation unelma on unelma matkustamisesta yksinkertaisesti esiintymällä jonkin matkan päässä. Teleportaation kohde voidaan täysin luonnehtia sen ominaisuuksilla klassisen fysiikan avulla mittausten avulla. Jotta tästä esineestä voidaan tehdä kopio jonkin matkan päästä, sen osia tai fragmentteja ei tarvitse siirtää sinne. Ainoa mitä tällaiseen siirtoon tarvitaan, on objektista otettu täydellinen tieto siitä, jota voidaan käyttää objektin uudelleenluomiseen. Mutta kuinka tarkkoja näiden tietojen on oltava, jotta voidaan luoda tarkka kopio alkuperäisestä? Entä jos näitä osia ja fragmentteja edustavat elektronit, atomit ja molekyylit? Mitä tapahtuu niiden yksittäisille kvanttiominaisuuksille, joita Heisenbergin epävarmuusperiaatteen mukaan ei voida mitata mielivaltaisella tarkkuudella?
Bennett ym. osoittivat, että on mahdollista siirtää hiukkasen kvanttitila toiseen, ts. kvanttiteleportaatioprosessi, joka ei takaa minkään tiedon välittämistä tästä tilasta lähetysprosessissa. Tämä vaikeus voidaan poistaa käyttämällä sotkeutumisperiaatetta, kuten erityinen omaisuus kvanttimekaniikka. Se kartoittaa kvanttijärjestelmien väliset korrelaatiot paljon tiukemmin kuin mikään klassinen korrelaatio voi tehdä. Kyky siirtää kvanttiinformaatiota on yksi aaltokvanttiviestinnän ja kvanttilaskennan perusrakenteista. Vaikka kvanttiinformaation käsittelyn kuvauksessa edistytään nopeasti, kvanttijärjestelmien hallinnan vaikeudet eivät mahdollista riittävää edistystä uusien ehdotusten kokeellisessa toteutuksessa. Vaikka emme lupaa nopeaa kehitystä kvanttisalauksessa (ensisijaiset näkökohdat salaisten tietojen siirtämisessä), olemme aiemmin vain onnistuneesti osoittaneet kvanttitiheyden koodauksen mahdollisuuden kvanttimekaanisen tiedon pakkaamisen tehostamiseen. Pääsyy tälle hitaalle kokeelliselle edistymiselle on se, että vaikka on olemassa menetelmiä kietoutuneiden fotoniparien muodostamiseksi, atomien kietoutuneita tiloja ollaan vasta alkamassa tutkia, eivätkä ne ole sen enempää mahdollisia kuin kietoutuneet tilat kahdelle kvantille.
Täällä julkaisemme ensimmäisen kvanttiteleportaation kokeellisen verifioinnin. Luomalla kietoutuneiden fotonien pareja käyttämällä parametrista alasmuunnosprosessia ja myös käyttämällä kahden fotonin interferometriaa kietoutumisprosessin analysointiin, voimme siirtää kvanttiominaisuudet (tässä tapauksessamme polarisaatiotilan) fotonista toiseen. Tässä kokeessa kehitetyillä menetelmillä on hyvin tärkeä sekä kvanttimekaniikan alan tutkimukseen että tuleviin kvanttimekaniikan perusteita koskeviin kokeisiin.
Venäläiset ja tšekkiläis-slovakialaiset fyysikot ehdottivat säilytysmenetelmää kvanttikettuminen fotoneja, kun ne kulkevat vahvistimen läpi tai lähettävät pitkän matkan.
Kvanttikietoutuminen tai hiukkasten kietoutuminen on ilmiö niiden kvanttiominaisuuksien välisestä yhteydestä. Se voi syntyä hiukkasten syntyessä yhdessä tapahtumassa tai niiden vuorovaikutuksessa. Tämä yhteys voidaan säilyttää, vaikka hiukkaset eroavat suurelta etäisyydeltä, mikä mahdollistaa tiedon välittämisen niiden avulla. Tosiasia on, että jos yhden sidotun hiukkasen kvanttiominaisuudet mitataan, toisen ominaisuudet tulevat automaattisesti tunnetuiksi. Vaikutuksella ei ole analogeja klassisessa fysiikassa. Se todistettiin kokeellisesti 1970- ja 80-luvuilla, ja sitä on tutkittu aktiivisesti viime vuosikymmeninä. Tulevaisuudessa siitä voi tulla useiden tulevaisuuden tietoteknologioiden perusta.
Hauskan jokapäiväisen analogian tästä ilmiöstä keksi yksi sen tutkijoista, teoreettinen fyysikko John Bell. Hänen kollegansa Reinhold Bertlman kärsi häiriötekijöistä ja tuli usein töihin sukissa. eri väriä. Näitä värejä oli mahdotonta ennustaa, mutta Bell vitsaili, että Bertlemanin vasemmassa jalassa riitti vaaleanpunaisen sukan näkeminen päättämään, että hänellä oli erivärinen sukka oikeassa jalassaan näkemättä sitä.
Eräs kvanttikietoutumisilmiön käytännön käytön ongelmista on kommunikoinnin katkeaminen hiukkasten vuorovaikutuksessa ympäröivän maailman kanssa. Tämä voi tapahtua, kun signaalia vahvistetaan tai kun se lähetetään pitkän matkan päähän. Nämä kaksi tekijää voivat myös toimia yhdessä, koska signaalin lähettämiseksi pitkän matkan päähän sitä on vahvistettava. Siksi, kun fotonit ovat kulkeneet useiden kilometrien optisen kuidun läpi, ne lakkaavat useimmissa tapauksissa olemasta kvanttikietoutuneita ja muuttuvat tavallisiksi, toisiinsa liittymättömiksi valokvanteiksi. Jotta vältetään sidoksen katkeaminen kvanttilaskentakokeissa, on käytettävä jäähdytystä absoluuttisen nollan lähellä oleviin lämpötiloihin.
Fyysikot Sergey Filippov (MIPT ja venäläinen kvanttikeskus Skolkovossa) ja Mario Ziman (Masarykin yliopisto Brnossa, Tšekin tasavallassa ja fysiikan instituutti Bratislavassa, Slovakiassa) ovat löytäneet tavan säilyttää fotonien kvanttikettuminen, kun ne kulkevat vahvistimen läpi. tai päinvastoin, kun lähetetään pitkän matkan . Artikkelissa julkaistut tiedot (ks. myös preprint) lehteen Fyysinen arvostelu A.
Heidän ehdotuksensa ydin on, että tietyntyyppisten signaalien lähettämiseksi on välttämätöntä, että "koordinaattiesityksen hiukkasten aaltofunktio ei saisi olla Gaussin aaltopaketin muotoa". Tässä tapauksessa todennäköisyys tuhota kvanttitakautuminen tulee paljon pienemmäksi.
Aaltofunktio on yksi kvanttimekaniikan peruskäsitteistä. Sitä käytetään kuvaamaan kvanttijärjestelmän tilaa. Erityisesti kvanttikietoutumisilmiöä kuvataan tietyn aaltofunktion omaavien sitoutuneiden hiukkasten yleistä tilaa koskevien käsitysten perusteella. Kööpenhaminan kvanttimekaniikan tulkinnan mukaan kvanttimekaniikan aaltofunktion fyysinen merkitys koordinaattiesituksessa on, että sen moduulin neliö määrittää todennäköisyyden löytää kohde tietystä pisteestä. Sitä voidaan käyttää myös tiedon saamiseksi kohteen liikemäärästä, energiasta tai jostain muusta fysikaalisesta suuresta.
Gaussin funktio on yksi tärkeimmistä matemaattisista funktioista, jolle on löydetty käyttöä paitsi fysiikassa, myös monissa muissa tieteissä, mukaan lukien sosiologia ja taloustiede, jotka käsittelevät todennäköisyyspohjaisia tapahtumia ja käyttävät tilastollisia menetelmiä. Hyvin monet luonnon prosessit johtavat tähän toimintoon havaintojen tulosten matemaattisen käsittelyn aikana. Sen kaavio näyttää kellokäyrältä.
Tavallisia fotoneja, joita käytetään nykyään useimmissa kvanttikietoutumiskokeissa, kuvataan myös Gaussin funktiolla: todennäköisyydellä löytää fotoni yhdessä tai toisessa pisteessä, riippuen pisteen koordinaateista, on kellomainen Gaussin muoto. Kuten työn tekijät ovat osoittaneet, tässä tapauksessa sotkeutumisen lähettäminen ei ole läheskään mahdollista, vaikka signaali olisi erittäin voimakas.
Sellaisten fotonien käytön, joiden aaltofunktio on erilainen, ei-gaussinen muoto, pitäisi merkittävästi lisätä määränpäähän saavuttavien sotkeutuneiden fotoniparien määrää. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että signaali voitaisiin välittää mielivaltaisen läpinäkymättömän väliaineen kautta tai mielivaltaisen suuren matkan päässä - jos signaali-kohinasuhde putoaa tietyn kriittisen kynnyksen alapuolelle, kvanttisekoittumisen vaikutus katoaa joka tapauksessa.
Fyysikot ovat jo oppineet luomaan sotkeutuneita fotoneja useiden satojen kilometrien päässä toisistaan ja löytäneet niille erittäin lupaavia sovelluksia. Esimerkiksi kvanttitietokoneen luomiseen. Tämä suunta näyttää lupaavalta johtuen fotonilaitteiden suuresta nopeudesta ja alhaisesta virrankulutuksesta.
Toinen suunta on kvanttisalaus, jonka avulla voit luoda viestintälinjoja, joissa voit aina havaita "kuuntelun". Se perustuu siihen, että mikä tahansa kohteen havainnointi vaikuttaa siihen. Ja vaikutus kvanttiobjektiin muuttaa aina sen tilaa. Tämä tarkoittaa, että yrityksen siepata viesti täytyy johtaa hämmennyksen tuhoon, joka tulee välittömästi vastaanottajan tietoon.
Lisäksi kvanttikettuminen mahdollistaa ns. kvanttiteleportaation toteuttamisen. Sitä ei pidä sekoittaa tieteiselokuvien esineiden ja ihmisten teleportaatioon (siirto avaruudessa). Kvanttiteleportaation tapauksessa etäisyydelle ei välity itse esine, vaan tieto sen kvanttitilasta. Asia on siinä, että kaikki kvanttiobjektit (fotonit, alkuainehiukkasia), ja yhdessä niiden kanssa samantyyppiset atomit ovat täsmälleen samat. Siksi, jos atomi vastaanottavassa pisteessä saa kvanttitilan, joka on identtinen lähetyspisteen atomin kanssa, tämä vastaa kopion luomista atomista vastaanottopisteessä. Jos olisi mahdollista siirtää kohteen kaikkien atomien kvanttitila, niin sen ihanteellinen kopio syntyisi vastaanottopaikasta. Tiedon siirtämiseksi voit teleportoida kubitit - pienimmät elementit tiedon tallentamiseksi kvanttitietokoneeseen.
Perustuu MIPT-sivuston materiaaliin
Kvanttiteleportaatio on yksi mielenkiintoisimmista ja paradoksaalisimmista aineen kvanttiluonteen ilmenemismuodoista, mikä aiheuttaa viime vuodet asiantuntijoiden ja suuren yleisön kiinnostus. Termi teleportaatio on otettu tieteiskirjallisuudesta, mutta sitä käytetään nykyään laajalti tieteellisessä kirjallisuudessa. Kvanttiteleportaatio tarkoittaa kvanttitilan välitöntä siirtymistä avaruuden pisteestä toiseen, kaukana.
EPR paradoksi
Kvanttiteorian aktiivisen kehityksen aikana vuonna 1935 Albert Einsteinin, Boris Podolskyn ja Nathan Rosenin kuuluisassa teoksessa "Voiko kvanttimekaaninen todellisuuden kuvaus olla täydellinen?" niin sanottu EPR-paradoksi (Einstein-Podolsky-Rosen paradoksi) muotoiltiin.
Paradoksin ytimessä on kysymys siitä, voidaanko universumi hajottaa erikseen olemassa oleviksi "todellisuuden elementeiksi" siten, että jokaisella näistä elementeistä on oma matemaattinen kuvaus.
Kirjoittajat osoittivat, että kvanttiteoriasta seuraa, että jos on kaksi hiukkasta A ja B, joilla on yhteinen menneisyys (jotka ovat hajallaan törmäyksen jälkeen tai muodostuneet jonkin hiukkasen hajoamisen aikana), niin hiukkasen B tila riippuu hiukkasen tilasta. A ja tämän riippuvuuden pitäisi ilmetä välittömästi ja miltä tahansa etäisyydeltä. Tällaisia hiukkasia kutsutaan EPR-pariksi, ja niiden sanotaan olevan "kietoutuneessa" tilassa.
Vuonna 1980 Alan Aspect osoitti kokeellisesti, että EPR-paradoksi on todellakin olemassa kvanttimaailmassa. Erikoismittaukset EPR-hiukkasten A ja B tilasta osoittivat, että EPR-paria ei vain yhdistä yhteinen menneisyys, vaan hiukkanen B jollain tapaa "tietää" kuinka hiukkanen A mitattiin (mikä sen ominaisuus mitattiin) ja mikä oli tulos. .
Vuonna 1993 Charles Bennett ja hänen kollegansa keksivät, kuinka käyttää EPR-parien upeita ominaisuuksia: he keksivät tavan siirtää kohteen kvanttitila toiseen kvanttiobjektiin EPR-parin avulla ja kutsuivat tätä menetelmää kvanttiteleportaatioksi. Ja vuonna 1997 Anton Zeilingerin johtama kokeilijoiden ryhmä suoritti ensimmäistä kertaa fotonin tilan kvanttiteleportaation.
Kvanttiteleportaation kokeellinen vahvistus
Kvanttiteleportaation ilmiö - kvanttiinformaation (esimerkiksi hiukkasen spinin suunta tai fotonin polarisaatio) siirtyminen etäisyyden yli kantajasta toiseen - on havaittu käytännössä jo kahden fotonit, fotonit ja atomiryhmä sekä kaksi atomia, joiden välissä oli kolmas. Mikään ehdotetuista menetelmistä ei kuitenkaan sovellu käytännön käyttöön.
Tätä taustaa vasten Marylandin yliopiston (USA) asiantuntijoiden vuonna 2008 ehdottama järjestelmä näyttää realistisimmalta ja helpoimmin toteutettavalta. Christopher Monroen johdolla tutkijat onnistuivat siirtämään kvanttitietoa kahden metrin päässä toisistaan sijaitsevien varautuneiden hiukkasten (ytterbium-ionien) välillä, ja toimitusvarmuus ylitti 90 prosenttia. Jokainen niistä asetettiin tyhjiöön ja pidettiin paikallaan sähkökentällä. Sitten ne pakotettiin ultranopean laserpulssin avulla emittoimaan samanaikaisesti fotoneja, joiden vuorovaikutuksen seurauksena hiukkaset joutuivat ns. kvanttikettumuksen tilaan ja "atomi B sai atomin A ominaisuudet huolimatta tosiasia, että ne olivat eri kammioissa metrin etäisyydellä toisistaan."
"Järjestelmämme perusteella on mahdollista rakentaa laajamittainen "kvanttitoistin", jolla siirretään tietoa pitkiä matkoja", Christopher Monroe tiivisti tulokset.
Maa optinen asema
Euroopan avaruusjärjestö
noin. Teneriffa - signaalin vastaanottopaikka
Vuonna 2012 Wienin yliopiston ja Itävallan tiedeakatemian fyysikot suorittivat onnistuneesti kvanttiteleportaation ennätysmatkalla, 143 km - Kanarian saariston kahden saaren - La Palman ja Teneriffan - välillä. Edellinen ennätys saavutettiin muutama kuukausi aiemmin kiinalaisten tiedemiesten toimesta, jotka teleportoivat kvanttitilan 97 km:n päähän. Asiantuntijat uskovat, että nämä kokeet mahdollistavat satelliittien kvanttiviestintäverkon luomisen tulevaisuudessa.
Itävaltalaisen fyysikon Anton Zeilingerin johtaman kansainvälisen tutkijaryhmän johtama kokeilu luo perustan maailmanlaajuiselle tietoverkolle, joka käyttää kvanttimekaanisia vaikutuksia viestintäturvallisuuden parantamiseen ja tietyntyyppisten laskelmien tehostamiseen. Tässä "kvantti-internetissä" kvanttiteleportaatio on keskeinen viestintäprotokolla kvanttitietokoneiden välillä.
Tässä kokeessa kvanttitiloja - mutta ei ainetta tai energiaa - siirretään etäisyyden yli, joka periaatteessa voi olla mielivaltaisen suuri. Prosessi voi toimia, vaikka vastaanottajan sijainti olisi tuntematon. Kvanttiteleportaatiota voidaan käyttää sekä viestien lähettämiseen että kvanttitietokoneiden toimintojen suorittamiseen. Näiden tavoitteiden saavuttamiseksi on tarpeen tarjota luotettava tapa fotonien siirtyminen pitkiä matkoja, jolloin niiden hauras kvanttitila säilyy muuttumattomana.
Kvanttiteleportaation käytön näkymät
AT eri maista ohjelmia käsitellään kvanttiteleportaation vaikutuksen soveltamiseksi kvanttioptisten tietokoneiden luomiseen, joissa fotonit ovat tiedon kantajia. Ensimmäiset elektroniset tietokoneet kuluttivat kymmeniä kilowatteja energiaa. Kvanttitietokoneiden nopeus ja tiedon määrä tulee olemaan kymmeniä suuruusluokkaa suurempia kuin olemassa olevilla tietokoneilla. Jatkossa kvanttiteleportaatioverkoilla on sama jakelu kuin nykyaikaisilla tietoliikenneverkoilla. Muuten, kvanttivirukset ovat paljon vaarallisempia kuin nykyiset verkkovirukset, koska niiden teleportaation jälkeen ne voivat olla olemassa tietokoneen ulkopuolella. Kvanttitietokoneet toteuttavat "kylmän" tietojenkäsittelyn, joka toimii käytännössä ilman energiankulutusta. Loppujen lopuksi kitka, joka johtaa turhaan energiankulutukseen, on makroskooppinen käsite. Kvanttimaailmassa päätuholainen on melu, joka syntyy esineiden korreloimattomasta vuorovaikutuksesta keskenään.
Tähän mennessä kvanttiinformatiikka on hankkinut kaikki eksaktin tieteen piirteet, mukaan lukien määritelmät, postulaatit ja tiukat lauseet. Viimeksi mainittuihin kuuluu erityisesti lause kubitin* kloonauksen mahdottomuudesta, joka todistettiin tiukasti käyttämällä kvanttievoluution unitaarioperaattorin teoriaa. Toisin sanoen on mahdotonta, kun on saatu täydelliset tiedot kvanttiobjektista A (alun perin sen tilaa ei tiedetä), luoda toista, täsmälleen samaa objektia tuhoamatta ensimmäistä. Tosiasia on, että kahden kubitin - toistensa absoluuttisten kopioiden - luominen johtaa ristiriitaan, jota voitaisiin kutsua kvanttikaksosten paradoksiksi. On kuitenkin jo selvää, että kahden elektronin luominen samassa kvanttitilassa on mahdotonta Paulin periaatteen asettaman rajoituksen vuoksi. Kaksoisparadoksi ei esiinny, jos kloonattaessa toimitetaan kopioita tunnusmerkkejä: aika-avaruus, vaihe jne. Tällöin lasersäteilyn tuottaminen voidaan ymmärtää prosessina, jossa kloonataan siemenfotoni, joka on tullut väliaineeseen optisella vahvistuksella. Jos suhtaudumme kvanttikopiointiin tiukasti, niin kloonin syntymän pitäisi liittyä alkuperäisen tuhoamiseen. Ja se on teleportaatio.
______________________
* Kubitti on "kvanttibitti", kvanttitiedon yksikkö, joka ei tallenna diskreettiä "0" tai "1" tilaa, vaan niiden superpositiota - päällekkäin tiloja, joita ei klassisen näkökulman mukaan voida toteuttaa. samanaikaisesti.
Ihmisen kvanttiluonteesta
Ihminen ei ole vain se, mitä näemme, vaan vertaansa vailla enemmän - mitä kuulemme, tunnemme, tunnemme. Koko ihmiskeho on täynnä kvanttienergiaa, joka muodostaa älyllisen verkoston, ei vain aivojen, vaan myös muiden viidenkymmenen biljoonan kehon solun kollektiivisen mielen, joka reagoi välittömästi pienimpiinkin ajatusten ja tunteiden ilmenemismuotoihin mahdollistaen jatkuvan muutoksia hienovaraisissa värähtelyissä.
Fysiikka sanoo, että luonnon peruskudos on kvanttitasolla, paljon syvemmällä kuin atomien ja molekyylien taso, tämä on rakentamisen perusta. Kvantti on aineen tai energian perusyksikkö, joka on kymmeniä miljoonia kertoja pienempi kuin pienin atomi. Tällä tasolla aineesta ja energiasta tulee samanarvoisia. Kaikki kvantit koostuvat valon näkymättömistä heilahteluista – energian haamuista – jotka ovat valmiita ottamaan fyysisen muodon.
Ihmiskeho on aluksi voimakkaita, mutta näkymättömiä vaihteluita, joita kutsutaan kvanttivaihteluiksi, ja vasta sitten se yhdistyy energiaimpulsseiksi ja ainehiukkasiksi. Kvanttikeho on perusta kaikelle, mistä me koostuu: ajatuksista, tunteista, proteiineista, soluista, elimistä - yleensä kaikista näkyvistä ja näkymättömistä komponenteista.
Kvanttitasolla keho lähettää kaikenlaisia näkymättömiä signaaleja odottaen niiden vastaanottamista. Kaikilla kehomme prosesseilla ja elimillä on oma kvanttivastineensa. Tietoisuutemme pystyy havaitsemaan hienovaraisia värähtelyjä sen uskomattoman herkkyyden ansiosta. hermosto, joka vastaanottaa, lähettää ja sitten vahvistaa ne siten, että aistimme alkavat havaita nämä signaalit. Ja me pidämme sen kaiken intuitiolla.
Meillä kaikilla on tapana nähdä kehomme jäätyneinä veistoksina - jäykkinä, liikkumattomina aineellisina esineinä - vaikka todellisuudessa ne ovat enemmän kuin jokia, jotka muuttavat jatkuvasti älymme mallia. Joka vuosi 98 % kehosi atomeista korvataan uusilla. Kehotietoisuusjärjestelmä ohjaa tätä muutosvirtaa kvanttitasolla.
Kvanttitasolla mikään kehon osa ei elä erillään muusta. Kun ihminen on onnellinen kemialliset aineet aivojen erittämä "matkustaa" läpi kehon kertoen jokaiselle solulle onnen tunteesta. Huono mieliala välittyy myös kemiallisesti jokaiseen soluun, mikä heikentää toimintaa immuunijärjestelmä. Kaikki mitä ajattelemme ja teemme, syntyy ensin kvanttikehon syvyyksistä ja sitten leijuu elämän pinnalle.
Ihminen voi opettaa tietoisuutensa hallitsemaan itseään tällä hienovaraisella tasolla; pohjimmiltaan se, mitä hän kutsuu ajatuksiksi ja tunteiksi, ovat vain ilmaisuja näistä kvanttivaihteluista. Ihmisen ajattelu on eräänlainen kvanttiteleportaatio, joka lähettää kvanttipaketin kohteesta toiseen mielivaltaisella etäisyydellä sijaitsevaan kohteeseen. Tällainen tiedonsiirto on mahdollista "hämärtämisen" vaikutuksesta, jossa kaksi objektia "tietää" toistensa olemassaolosta. Ajatus heti saatuaan maamerkin lähtee matkalle tutkimuskohteeseen ja voi määrittää minkä tahansa parametrinsa ja tilansa, ja jo päässä olevasta nestenäön näytöstä näyttää välittömästi kohteen suorituskyvyn, ja aivot arvioivat ja tunnistavat tehden omat tuomionsa.
Ajatuksen "teleportaatio" ympäröivään tilaan
Kirjassaan "Quantum Magic" S.I. Doronin vetää mielenkiintoisen analogian kvanttiteleportaation alan tutkimuksen ja ihmisen kvanttiluonteisen psyyken erityispiirteiden välille. Erityisesti hän huomauttaa:
”...kvanttikytkintä rakennettaessa oletetaan, että käyttäjiä on tietty määrä (N) ja keskuskytkin, johon ne kaikki on yhdistetty kvanttiviestintäkanavalla. piirikaavio Tällaisen kytkimen toiminta voidaan selittää seuraavasti. Olkoon jokaisella käyttäjällä (yksinkertaisimmassa tapauksessa) yksi mahdollisimman hämmentävä pari. He antavat paristaan yhden hiukkasen keskuskommutaattorille, jossa ne yhdistetään. Tässä tapauksessa kaikki käyttäjille jäävät hiukkaset osoittautuvat kvanttisekoittuneiksi. Kaikista N hiukkasista, joita heillä on vielä, on tullut kvanttikorreloituneita, eli kaikkia käyttäjiä yhdistävät kvanttikorrelaatiot, ne ovat ikään kuin "sisältyneet" yhteen kvanttiverkkoon ja voivat "telepaattisesti" kommunikoida keskenään.
Yllä kuvattua kvanttikytkintä voidaan pitää yksinkertaisimpana fyysinen malli, joka kuvaa egregorien (esoteerinen termi) ja demonien työtä (uskonnollisessa perinteessä). Kun annamme ajatuksemme ja tunteemme "yleiseen käyttöön", huomaamme olevansa "sisältynyt" erilaisiin "kvanttikytkimiin" ajatustemme ja tunteidemme suunnan mukaisesti. Jotta egregori (demoni) voisi "toimia" kvanttikytkimenä ja aloittaa olemassaolonsa objektiivisena todellisuuden elementtinä ("energianippu" maan kvanttihalossa), riittää, että useat ihmiset ovat samoja (tai läheisiä). Yleensä välillä erilaisia järjestelmiä oli vuorovaikutusta, niillä pitäisi olla samat tilat. Silloin näiden tilojen väliset siirtymät ja sen seurauksena energian muodostuminen ja imeytyminen johtavat vuorovaikutukseen ja korrelaatioihin. Identtiset energiat voivat olla vuorovaikutuksessa. Lisäksi mitä pienempi on tasojen välinen energiaero, sitä heikompi on klassinen vuorovaikutus, sitä suurempi on tässä tapauksessa kvanttikorrelaatioiden suhteellinen arvo. Meillä kaikilla on esimerkiksi suunnilleen samat emotionaaliset ja henkiset perustilat, eli yksisuuntaiset ajatukset ja tunteet (eli useiden ihmisten siirtyminen tiettyyn henkiseen tai tunnetila) johtavat automaattisesti läheisten energiavirtojen syntymiseen ja vuorovaikutukseen näillä tasoilla. Toisin sanoen uusien muodostumiseen tai jo olemassa olevien "kvanttikytkimien" - egregorien (demonien) - ruokkimiseen. Tunteet sisältävät samanaikaisesti enemmän energiaa, mutta vähemmän kvanttiinformaatiota, ajatuksia - päinvastoin vähemmän energiaa, mutta enemmän kvanttiinformaatiota (kietoutumisen mitta on suurempi).
Yksilötietoisuuden tulee kyetä tarkoituksenmukaisesti toimimaan tilojen avaruudessa, johon se on saavuttanut (muuttaa tilavektoria saavutetulla tasolla). Kyky muuttaa koko tilavektoria jollain todellisuuden tasolla mahdollistaa sen muuttamisen kaikilla alemmilla (tiheillä) tasoilla. Käytännössä tämä tarkoittaa, että tietoisuus pystyy jakamaan energiaa uudelleen oikealla tavalla ohjaten energiavirtoja. Huomaan, että tilan muutos on energian muutos, koska kvanttimekaniikassa se on tilan funktio.
Perustuu Internet-julkaisujen materiaaliin
Nature-lehden verkkosivuilla 9. elokuuta ilmestyi kiinalaisia tutkijoita, jotka onnistuivat suorittamaan kvanttiteleportaation noin 97 km:n etäisyydellä. se uusi ennätys, vaikka arXiv.orgissa 17. toukokuuta lähtien on toinen ryhmä, jota ei ole vielä julkaistu missään, ja joka raportoi onnistuneista teleportaatiokokeista noin 143 km:n etäisyydellä.
Huolimatta siitä, että kvanttiteleportaation ilmiötä on tutkittu melko pitkään, tieteestä kaukana olevilla ihmisillä ei ole käsitystä siitä, mitä se on. Yritän hälventää joitain tähän tieteen osaan liittyviä myyttejä.
Myytti 1: Kvanttiteleportaation avulla voit teoriassa teleportoida minkä tahansa kohteen.
Itse asiassa kvanttiteleportaation aikana ei lähetetä fyysisiä esineitä, vaan jotain tietoa, joka on tallennettu käyttämällä esineiden kvanttitiloja. Yleensä tämä tila on fotonien polarisaatio. Kuten tiedetään, fotonilla voi olla kaksi eri polarisaatiota: esimerkiksi vaaka- ja pystysuuntainen. Niitä voidaan käyttää bittiinformaation kantajina: sanotaan, että 0 vastaa vaakapolarisaatiota ja 1 vertikaalista. Sitten yhden fotonin tilan siirtyminen toiseen varmistaa tiedon siirron.
Kvanttiteleportaation tapauksessa tiedonsiirto tapahtuu seuraavasti. Ensin luodaan pari niin kutsuttuja takertuneita fotoneja. Tämä tarkoittaa, että niiden tilat osoittautuvat tietyssä mielessä kytkeytyneiksi: jos toinen niistä osoittautuu mittauksen aikana vaakapolarisaatioksi, niin toisella on aina pystypolarisaatio ja päinvastoin, ja molemmat vaihtoehdot tapahtuvat samalla todennäköisyydellä. Sitten nämä fotonit leviävät: toinen jää viestin lähteelle, ja toisen vastaanottaja kantaa pois.
Kun lähde haluaa välittää viestinsä, se yhdistää fotoninsa toiseen fotoniin, jonka tila (eli polarisaatio) tiedetään tarkasti, ja mittaa sitten molempien fotoniensa polarisaation. Tällä hetkellä myös vastaanottimessa sijaitsevan fotonin tila muuttuu johdonmukaisesti. Mittaamalla sen polarisaatiota ja oppimalla muista viestintäkanavista lähdefotonien mittaustulokset, vastaanotin voi määrittää tarkalleen, mikä bitti informaatiota on lähetetty.
Myytti 2: Kvanttiteleportaation avulla tietoa voidaan välittää valon nopeuden ylittävällä nopeudella.
Itse asiassa nykyaikaisten ideoiden mukaan tilojen siirtyminen sotkeutuneiden fotonien välillä tapahtuu välittömästi, joten voi olla tunne, että tieto välittyy välittömästi. Tämä ei kuitenkaan pidä paikkaansa, koska vaikka tila välitettiin, se on mahdollista lukea viestin purkamalla vasta sen jälkeen, kun on lähetetty lisätietoa lähteessä olevien kahden fotonin polarisaatioista. Tämä lisätieto välitetään klassisia viestintäkanavia pitkin, eikä sen siirtonopeus voi ylittää valon nopeutta.
Myytti 3: Osoittautuu, että kvanttiteleportaatio on täysin epäkiinnostavaa.
Käytännössä tietysti käy ilmi, että kvanttiteleportaation prosessi ei ehkä ole niin jännittävä kuin sen nimestä saattaa tuntua, mutta se voi saada myös tärkeitä etuja. käytännön käyttöä. Ensinnäkin se on turvallinen tiedonsiirto. Klassisia viestintäkanavia pitkin lähetetty viesti on aina mahdollista siepata, mutta vain se, jolla on toinen kytketty fotoni, voi käyttää sitä. Kaikki muut eivät voi lukea viestiä. Valitettavasti tämän vaikutuksen todellinen käyttö on vielä kaukana, tässä vaiheessa tehdään vain tieteellisiä kokeita, jotka vaativat melko kehittyneitä laitteita.
Jos olet kiinnostunut tästä aiheesta, saatat olla kiinnostunut myös lukemaan mistä
Kvanttimaailma on hyvin kaukana omastamme, joten sen lait näyttävät usein meistä oudolta ja intuitiivisilta. Tärkeitä uutisia kvanttifysiikasta on kuitenkin tulossa, joten niistä on nyt oltava oikea käsitys - muuten fyysikkojen työ muuttuu silmissämme tieteestä taikuuteen ja kasvaa myyteillä. Näyttävä esimerkki- kvanttiteleportaatio, jonka ympärille on kertynyt niin paljon väärinkäsityksiä, että edes tiedetoimittajat eivät yleensä pysty kuvailemaan tällaisia kokeita oikein. Selittäen mitä kvanttiteleportaatio todella on ja mitä se ei ole, aloitamme sarjan materiaaleja, jotka on valmistettu yhteistyössä Venäjän kvanttikeskuksen kanssa. Tänään kysymyksiimme vastaa Alexander Lvovsky, RCC:n työntekijä ja Calgaryn yliopiston professori.
Mitä on kvanttiteleportaatio, kuka sen keksi, miltä ensimmäinen ja yksinkertaisin tällainen kokeilu näyttää?
Kvanttiteleportaatiolla tarkoitetaan sitä, että jonkin fyysisen kohteen (esimerkiksi fotonin) kvanttitila siirretään muualla sijaitsevaan identtiseen kohteeseen käyttämättä suoraa kvanttihiukkasen siirtoa.
Ajatuksen kvanttiteleportaatiosta ehdotti vuonna 1993 joukko teoreetikoita, mukaan lukien Charles Bennett ja Gilles Brassard, samat ihmiset, jotka ehdottivat kvanttisalausta vuonna 1984. Mitä tulee kokeellisiin prioriteetteihin, se kiistelee kahden ryhmän välillä. Ensimmäisen fotoniteleportaatiokokeen teki professori Francesco De Martinin ryhmä Roomassa. Arvioijat "käärivät" kuitenkin artikkelin, jonka hän lähetti lehteen, teknisillä tekosyillä. Siksi toinen ryhmä tuli ensimmäisenä - professori Anton Zeilinger Innsbruckissa (Itävalta).
Perinteisesti kumppaneita kvanttiviestintälinjan kahdessa päässä kutsutaan Aliceksi ja Bobiksi. Joten voidakseen teleportoida fotonin Alicesta Bobille, heidän on lisäksi valmisteltava ja vaihdettava fotonipari sotkeutuneessa tilassa. Niinpä Alicella on alussa kaksi fotonia: se, jonka hän haluaa teleportoida, ja toinen kahdesta sotkeutuneesta fotonia, ja Bobilla on toinen näistä kahdesta. Teleportaation aikana Alice mittaa molempien fotoniensa kvanttitilan ja välittää tuloksen Bobille.
Mitä tarkoittaa "mittaa kvanttitilaa"? Miten se tehdään kokeessa?
Jos me puhumme optisen polarisaation tiloista (eli missä tasossa kenttä värähtelee sähkömagneettinen aalto), käytetään niin kutsuttuja polarisoivia säteenjakajia. Tämä on lasikuutio, joka lähettää vaakasuunnassa polarisoituja fotoneja ja heijastaa 90 asteen kulmassa - pystypolarisoituna. Jos fotoni on polarisoitu jollain muulla tavalla, eli se on pysty- ja vaakatilan superpositiossa, niin se kulkee satunnaisesti läpi tai heijastuu tietyllä todennäköisyydellä. Kuution taakse lähetys- ja heijastuskanaviin on sijoitettu yksittäisten fotonien ilmaisimet, jotka synnyttävät sähköimpulsseja valokvantien osuessa niihin.
Mistä kietoutuvat fotoniparit tulevat ja mitä niissä oikein on?
Sotkeutuneita fotonipareja muodostuu erityisissä kiteissä. Tällaisten kiteiden merkittävä ominaisuus on, että ne voivat "halkaista" fotoneja. Jos voimakas lasersäde johdetaan niiden läpi, osa tämän säteen fotoneista hajoaa pienemmän energian fotoneipareiksi. Nämä parit voivat sotkeutua erilaisiin parametreihin, ei vain polarisaatioon, vaan myös taajuuksiin, generointiaikoihin ja päästösuuntiin.
Mitä ovat takertuneet hiukkaset? Otimme esimerkiksi pari fotonia, hajotimme ne erilleen ja mittasimme yhden tilan. Tapahtuiko toiselle jotain sillä hetkellä? Vai opimmeko hänestä vain jotain, kuten kokeilussa kahdella pallolla, jotka voit heittää pussiin, vetää ulos ja selvittää tarkalleen, kumpi on jäljellä?
Kietoutunut tila on superpositiotila, jossa kaksi erillistä kvanttiobjektia on samanaikaisesti. Esimerkiksi kahden fotonin tilojen superpositio, joista ensimmäisessä Alicen fotonilla on vaakasuora polarisaatio ja Bobin fotoni on pystysuora, ja toisessa - päinvastoin, se on sotkeutunut.
Kietoutuneiden esineiden kvanttiominaisuudet korreloivat. Tämä ei tarkoita vain sitä, että jos toinen osapuolista havaitsee fotonin vaakapolarisaatiossa, toisen polarisaatio on pystysuora (samalainen korrelaatio esiintyy klassisissa esineissä, kuten mainitsemasi pussin palloissa). Kvanttikorrelaation tapauksessa aivan sama Alice ei löydä polarisaatiokulmaa, Bob löytää varmasti polarisaation, joka on kohtisuorassa Aliceen nähden. Palloihin verrattuna ero on siinä, että niillä on tietty väri itsessään - jo ennen kuin näimme ne. Kvanttiobjektin kanssa tilanne on toinen - ei voida sanoa, että niissä olisi minkäänlaista polarisaatiota ennen kuin mittaamme sen. Ennen mittausta ne ovat eri polarisaatioiden superpositiossa.
Oletetaan esimerkiksi, että Alice asetti 30 asteen polarisoivan säteen jakajan fotoninsa reitille ja havaitsi, että heti sen takana oleva ilmaisin "naksahti". Tämä tarkoittaa, että fotoni kulki säteenjakajan läpi - Alice havaitsi fotonin, jonka polarisaatio oli 30 astetta. Sitten, jos Bob tekee samanlaisen mittauksen, hänen säteenjakajansa heijastaa fotonia varmasti, mikä osoittaa, että Bobin fotonin polarisaatio on 120 astetta. Osoittautuu, että Alice voi säteenjakajansa kulmaa muuttamalla valmistaa Bobin fotonin etänä tietyssä tilassa - riippumatta siitä, kuinka kaukana Bob on, välittömästi ja ilman vuorovaikutusta! Tätä ilmiötä kutsutaan kvanttiepälokaalisuudeksi. Valitettavasti ei-paikallisuudella on mahdotonta välittää tietoa kaukaa (muuten tällainen viestintä olisi välitöntä, mikä on nimenomaan ristiriidassa suhteellisuusteorian ja yleensä terveen järjen kanssa). Sitä voidaan kuitenkin käyttää teleportaatioon, eikä se ole ristiriidassa SRT:n kanssa.
Käsittelimme sotkeutuneita pareja, nyt - miten toteutamme kvanttiteleportaation?
Teleportaatiossa käytetään monimutkaisempaa ei-paikallisuuden muotoa. Alice tekee yhteismittauksen fotoniparista, joka hänellä on "kädessään" - alkuperäisestä fotonista (jonka hän haluaa teleportoida) ja sotkeutuneessa parissa olevasta fotonista.
Sitten Bobin fotoni muunnetaan tilaan, jonka polarisaatio on identtinen Alice'n fotonin alkuperäisen polarisoinnin kanssa, tai tilaan, joka voidaan saada tähän polarisaatioon yksinkertaisella toimenpiteellä. Liisan fotoni tuhoutuu, mikä kunnioittaa kvanttikloonauksen kieltoa.
Tämä on temppu, vain hiukkasen tila teleportoidaan, ei itse hiukkasta. Miksi sitä sitten kutsutaan teleportaatioksi?
Ensinnäkin kvanttiteleportaatio on fyysinen termi, jolla on tiukasti määritelty merkitys, kun taas "tavallinen" teleportaatio on tieteiskirjallisuuden termi. Nämä ovat siis yleisesti ottaen erilaisia käsitteitä. On kuitenkin muistettava, että kaikki maailmassa - myös ihmiskeho - on suurelta osin pelkistävissä erottamattomiksi hiukkasiksi. Me koostumme hapesta, vedystä ja hiilestä, muutamien muiden kanssa kemiallisia alkuaineita. Jos keräämme oikea määrä tarvittavien alkuaineiden atomit, ja sitten teleportaation avulla saatamme ne tilaan, joka on identtinen niiden tilan kanssa teleportoidun henkilön kehossa - saamme saman henkilön. Se on fyysisesti mahdoton erottaa alkuperäisestä paitsi sen sijainti avaruudessa (identtiset kvanttihiukkaset eivät ole erotettavissa). Tietenkin liioittelen äärimmilleen - koko ikuisuus erottaa meidät ihmisten teleportaatiosta. Tämä on kuitenkin juuri asian ydin: identtisiä kvanttihiukkasia löytyy kaikkialta, mutta niitä ei ole ollenkaan helppo saada haluttuun kvanttitilaan.
Okei, miksi teleportoida mitään?
Makroskooppisten esineiden - esimerkiksi ihmisten - teleportointi ei kuulu kvanttiteknologian kiireellisiin tehtäviin. Mikroskooppisten hiukkasten - fotonien, atomien - kvanttitilojen teleportaatio osoittautuu kuitenkin hyödylliseksi kvanttitietoteknologioille. Se on esimerkiksi tärkeä komponentti tietyissä kvanttitietokoneiden ja toistimien (toistimien) malleissa.
Ja miten voit muodostaa yhteyden teleportaation avulla?
Kvanttiviestintä perustuu yksittäisten fotonien tiloihin olevien bittien koodaukseen. AT nykyaikaiset järjestelmät Kvanttiviestinnässä nämä fotonit lähetetään Alicesta Bobille suoraan valokuitukanavan kautta. Ongelmana on, että tällaisissa kanavissa on merkittäviä häviöitä: puolet kaikista fotoneista katoaa 10-15 kilometrin välein. Tämä rajoittaa käytännöllisen siirtomatkan noin sataan kilometriin. Tämä vaikeus voidaan kuitenkin kiertää lähettämällä fotoneja suoraan, vaan teleporttaa niitä. Sitten Alicen fotonin on katettava vain lyhyt matka.
Ja miten tämä toimii käytännössä? Mikä on nopeus, teleportaatioalue, entä toistimet?
Menemättä teknisiin yksityiskohtiin sanon, että tällaisen järjestelmän toteuttamiseksi on välttämätöntä pystyä teleportoimaan fotonien kvanttitilat myös Tallentaa ne ovat muuttumattomina suhteellisen pitkään (ainakin muutaman millisekunnin). Tätä varten on tarpeen kehittää kvanttimuistisolu fotoneille, eikä meillä vielä ole sellaista laitetta tarvittavilla parametreilla. Siksi kvanttitoistinta ei ole vielä toteutettu. Toivon kuitenkin, että voimme voittaa vaikeudet muutaman seuraavan vuoden aikana.
Mitkä ovat kvanttiteleportaation tärkeimmät ongelmat, mikä lupaa meidän ratkaista ne?
"Kvantti-Internetin" ja muiden kvanttitietoteknologioiden toteuttamiseksi meidän on opittava siirtämään kvanttitiloja erilaisten fysikaalisten objektien välillä - fotonien, atomien, kvanttipisteet, suprajohtavat piirit ja niin edelleen.
Valmisteli Alexander Ershov
