Как будет работать телепортация.

Телепортация получила подтверждение, и это вызвало множество рассуждений. Каких видов она бывает, какова ее механика? Узнайте подробнее об этом!

Существует ли телепортация?

Телепортация¹ - общие название процессов, при которых объект перемещается из одного места в другое, за очень короткий промежуток времени (практически мгновенно), не существуя в промежуточных точках между ними, при помощи технологических методов или паранормальных явлений.

Телепортация изучается наукой и описывается научной фантастикой; возможность преодоления огромного расстояния за мгновение всегда привлекала людей в силу и удобства, и одновременной загадочности феномена.

В этой статье описаны несколько теоретических точек зрения на то, что являет из себя телепортация.

На самом деле возможность телепортации уже подтверждена научно: в лабораторных условиях была подтверждена квантовая телепортация.

В 2004 году удалось телепортировать одиночные кванты². Казалось бы, это мало что меняет в материальной жизни, но дает большой задел на будущее: вся материя состоит из квантов и других субатомных частиц; если найти способ, то можно также перемещать более объемные и сложные вещи.

Эта идея завладела умами многих ученых, которые начали создавать теоретические обоснования, как можно перемещаться мгновенно материальным вещам и живым существам (в том числе и человеку).

Изыскания ученых привели к тому, что телепортация бывает разных видов; была предложена определенная классификация.

По признаку быстродействия:

• мгновенная телепортация;
• немгновенная телепортация.

По способу физической реализации:

• квантовая телепортация;
• дырочная телепортация.

По одновременности перемещения частей:

• последовательная телепортация;
• объемная телепортация.

Что такое последовательная телепортация?

Это способ телепортации основан на перемещении по некому каналу связи с одновременным «разрушением» объекта на стороне передатчика и воссоздании его на стороне приёмника.

Эта идея создала среди научного сообщества несколько принципиальных вопросов:

1. Необходимость точнейшей детализации предмета для его сохранной транспортировки вплоть до атомарной структуры.

Даже самых поверхностных познаний в области физики достаточно, чтобы оценить сложность реализации этой инженерной задачи. Передача таких больших объёмов информации может сопровождаться ошибками. С точки зрения закона термодинамики этот способ практически не реализуем.

Хотя на этой основе действуют 3d-принтеры для «печати» твёрдых предметов по шаблонам, хранящимся в памяти компьютера.

2. То же касается перемещения одушевленных предметов, в частности, людей. В данном случае проблемы усугубляются.

Человечество до конца не поняло, что такое жизнь, разум и сознание, не решило вопрос о том, что такое душа; как в таком случае телепортировать человека? Что «соберется» в итоге? Этот же человек или другой при внешней идентичности? Или просто мертвое тело?

Соответственно при этом способе возникают вопросы этического, философского и теологического характера: «разрушение» тела в пункте отправки может быть расценено как убийство, а воссоздание его в другом - как воскрешение.

Особенности объёмной телепортации

Ситуация с объёмной телепортацией по сравнению с предыдущим пунктом несколько проще. Идея ее сводится к «проколу» пространства-времени с передачей материи через этот прокол. Некоторые исследователи считают, что для такой телепортации нужны черные дыры.

1. Этот вид телепортации выглядит достаточно наукообразно и не противоречит общей теории относительности: та допускает существование и искусственное создание таких «проколов» (кротовых нор, червоточин).

2. Но существует серьёзное препятствие, и оно заключается в том, что телепортация происходит мгновенно, то есть быстрее скорости света, что входит в конфликт с теорией относительности.

Совмещение пространства: наиболее понятный способ

Совмещение пространства - интуитивно понятный вид телепортации. Его можно представить просто как врата, ведущие в другое место. При всей своей легкости понимания, этот тип также вступает в противоречие с теорией относительности.

Они сводятся к тому, что в этом случае человек или физический предмет попадает в совершенно другие условия, в том числе атмосферные: разница в давлении, магнитное притяжение планеты и т.д.

Организм не сможет перенастроиться, что приведет к сбоям во внутренней работе.

Возможно создание своеобразных барокамер при перемещении может решить эту дилемму.

Также нужно сказать, что ученые рассматривают телепортацию как технологический процесс, упуская из внимания психологический аспект.

Человек обладает нереализованным потенциалом: его мозг работает всего на 3-5 процентов. Сейчас цивилизация проходит качественно новый этап развития, в котором вновь пробуждаются сверхспособности людей, скрытые в .

Телепортация может быть осуществлена с использованием силы сознания и психической энергии человека. Конечно для этого нужно тренироваться, но это реально!

На нашем сайте вы можете найти необходимые техники и материалы, которые помогут вам освоить телепортацию!

Примечания и тематические статьи для более глубокого понимания материала

¹ Телепортация - изменение координат объекта (перемещение), при котором траектория объекта не может быть описана математически непрерывной функцией времени (Википедия).

² Квант - неделимая порция какой-либо величины в физике; общее название определенных порций энергии (квант энергии ), момента количества движения (углового момента), его проекции и других величин, которыми характеризуют физические свойства микро- (квантовых) систем (

Телепортацию можно назвать вековой мечтой человечества. Представьте, что вы из одного места практически мгновенно попадаете в другое… Но телепортация людей пока только в проекте, а вот предметы… Команда немецких инженеров во главе со Штефани Мюллер из Института Хассо Платнера разработала технологию передачи через Сеть неодушевленных объектов.

Чтобы телепортировать объект, его нужно сначала уничтожить

Аппарат сканирует предмет, который в него помещают, и пересылает данные о нем в то место, куда требуется. Там объект воссоздают при помощи трехмерной печати. Прибор получил название Scotty в честь старшего механика корабля Starship Enterprise из фантастического сериала "Звездный путь", где действует аналогичный телепортатор.

Правда, у технологии телепортации имеется весьма существенный недостаток — для того, чтобы "телепортировать" предмет, машина должна сначала его уничтожить. Допустим, фигурку из пластмассы она нарезает слоями, чтобы, просканировав каждый из них, получить макет в деталях. Полученная модель оцифровывается на компьютере, а затем файл передается по Сети на другое устройство, которое, в свою очередь, печатает предмет на 3D-принтере.

Все, что требуется от пользователя — это положить телепортируемый объект в сканер-отправитель, набрать конечный адрес и нажать опцию "переместить". Таким образом, например, удобно делать друг другу подарки, если вас разделяет слишком большое расстояние.

Пока, впрочем, разработка по телепортации еще не слишком совершенна и скорее представляет собой пробный образец. Так, "телепортируемый" объект непременно должен быть черного цвета, чтобы создать контрастный фон, необходимый для работы сканера.

К тому же, некоторые мелкие детали при сканировании "опускаются", и в итоге копия не является идентичной оригиналу. Правда, авторы обещают доработать устройство, чтобы оно воссоздавало модели точнее и в большем разрешении.

Технология телепортации далека от совершенства

Есть и еще одно обстоятельство. Как показали исследования, проведенные психологами, любая копия, даже если она полностью идентична оригинальной вещи, имеет для человека меньшую ценность, чем оригинал.

Поэтому не факт, что подобная технология телепортации будет широко востребована. Не говоря уж о том, что для воссоздания копий необходимо будет соответствующее сырье…

Хотя в принципе у трехмерной печати неплохие перспективы. В прошлом году команда молодых ученых из Томска запатентовала 3D-ручку, которая способна изготавливать объекты прямо в воздухе. От других аналогичных устройств 3D-pen отличает то, что в ней используется не привычный для трехмерных принтеров пластик, а холодные чернила.

Но они только называются чернилами, а на самом деле представляют собой полимерную пасту, которая под воздействием встроенной в ручку ультрафиолетовой лампы становится твердой буквально за пару секунд…

3D-ручка позволяет изготавливать, например, недорогую бижутерию в виде висячих украшений; декоративные предметы вроде магнитов на холодильник; чехлы для телефонов, планшетов, письменных принадлежностей и так далее… Кстати, 3D-ручка может работать на любых поверхностях, к которым можно применить трехмерный рисунок.

Недавно в США удалось создать на 3D-принтере протезы для собаки, родившейся с недоразвитыми передними лапами. А специалисты из Колумбийского университета таким способом реконструировали коленный мениск для человеческого организма. Из биоразлагаемого материала на принтере был сформирован каркас имплантата, который впоследствии вживили пациенту.

Не исключено, что технологии трехмерной печати помогут решить и проблему снабжения колоний на других планетах, если те когда-нибудь возникнут. Специалисты из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США) считают, что все необходимое можно будет изготовить прямо на месте.

Кадр из фильма "Муха" 1958 года
Фото: sky.com

Темы дня

Самые популярные и наиболее научные теории о перемещении в пространстве.

Сегодня в СМИ появилась информация, что в России существует правительственная программа, которая изучает вопросы возможности телепортации . Ученые ставят себе очень смелую задачу: научиться телепортации к 2035 году.

Теории о телепортации

Идея о телепортации, как можно догадаться, пришла из сферы научной фантастики. Впервые термин употребил писатель из США Чарльз Форт в 1931 году, описывая в своих публикациях случаи необычных исчезновений и появлений. Наиболее популярным в России оказался его труд "Книга проклятых" ("1001 забытое чудо"), в котором он как раз описывал необъяснимые с точки зрения науки явления.

Однако впервые в теорию идея оформилась еще до появления термина. В 1899 году ученый Амброз Бирс (тоже из США) высказал гипотезу, что наш мир состоит их отверстий и пустот и сравнил его со свитером: "Его можно надеть, хотя, если присмотреться, свитер состоит из дыр. Предположим, на рукав попал муравей. Он может случайно провалиться между петлями и попасть в совершенно иной для него мир, где темно и душно, а вместо привычных еловых иголок - теплая, мягкая кожа". Бирс считал, что через дыры в пространстве можно путешествовать, если найти проводник.

По другой теории, в пространстве существуют черные дыры, которые могут всасывать в себя материю с помощью гравитации, и если искусственно создать такую дыру, она сможет послужить пространственно-временным порталом, воспользовавшись которым, можно преодолеть любое расстояние за миг. Путешествие же совершается по некоему ходу, в котором пространство и время отсутствуют. Теорию о существовании в трехмерных мирах (как наш) "мостов", представляющих собой четвертое измерение, первым высказал Альберт Эйнштейн.

Еще одна теория - о параллельных мирах - принадлежит физику Ральфу Харрисону. Ученый допускал, что эти параллельные миры пронизывают наш и что есть точки наибольшего соприкосновения миров - большие завихрения воздуха или воды. Харрисон также считал, что такие точки-завихрения могут появляться спонтанно, например, из-за погоды. Одной из точек пересечения нашего мира с параллельными назывались знаменитые Бермудские острова, вблизи которых проходит течение Гольфистрим. При стечении определенных условий завихрения могут превращаться в порталы и переносить объекты в пространстве. Но Харрисон всегда подчеркивал: такие путешествия опасны, поскольку стихийны и непредсказуемы.



Квантовая телепортация

Современной науке доступен лишь один вид телепортации - квантовая, в рамках которой на расстояние можно передать даже не саму элементарную частицу, а лишь ее состояние. Если взять пару сцепленных (запутанных) частиц и разнести их на любое расстояние, изменение состояния одной из частиц мгновенно вызовет такое же изменение другой частицы. Это уже стало правилом. Использовать запутанные частицы (частицы с общим прошлым, которые образовались при распаде некой одной частицы и состояния которых независимо от местоположения находятся во взаимосвязи) для переноса состояний одного объекта на другой придумал Чарльз Беннет в 1990-е годы.

Квантовая телепортация состояния фотона впервые была зарегистрирована в 1997 году.

Теорию о квантовой телепортации пытались развить: если точно знать квантовое состояние всех атомов человеческого тела и иметь столько же атомов в конечной точке телепортации, можно передать это состояние от одних атомов другим. При этом первое тело (в пункте А) существовать перестанет, а в пункте Б появится точно такое же. Теоретически это возможно, но на практике, когда заходит речь о живом существе, встает вопрос: сохранит ли новое тело жизнь и разум. Нейробиология утверждает, что в пункте Б будет воссозданное мертвое тело.

Пока невозможно "отсканировать" все атомы человеческого тела так быстро (взрослый состоит примерно из 7 000 000 000 000 000 000 000 000 000 атомов), чтобы ни один из них не успел изменить свое положение, что является залогом сохранения жизни телепортируемого существа. Проблемой является и передача полученных данных об атомах: самая совершенная линия связи может развить скорость до 100 терабит в секунду. С такими возможностями на передачу данных о каждом атоме, закодированном одним байтом, понадобится порядка 12 млн лет.

Дырочная телепортация

Еще один вид телепортации, который рассматривают в науке, - дырочная. Теория, разработанная Константином Лешаном, подразумевает непосредственное перемещение объекта, без уничтожения и воссоздания копий. Путешествия в пространстве, по ней, могут осуществляться через "нуль-переходы" - эти самые дырки, своеобразные двери телепорта. Нуль-переходы можно искусственно создать или найти естественные (естественные следует искать в соответствии с теорией о параллельных мирах и завихрениях).

Такой вариант телепортации, несомненно, был бы более безопасен для человека, так как его атомарное строение не меняется. Минус - место материализации объекта предсказать невозможно, что по-своему тоже небезопасно. Еще больший минус - для дальнейшего развития теории дырочной телепортации необходимо, чтобы естественные дыры себя обнаружили с большей или меньшей определенностью.

На практике

Самым известным экспериментом по телепортации, который уже стал легендой, является опыт Эйнштейна в 1943 году на морской верфи в Филадельфии. В надежде получить от ученых прибор, делающий корабли невидимыми, США выделило для эксперимента эсминец "Элдридж" с командой на борту.

С помощью магнитных генераторов большой частоты исследователям удалось создать вокруг судна магнитное поле огромной напряженности. Как свидетельствовали очевидцы, эсминец перестал быть видимым, его также не могли зарегистрировать радары. Одновременно с исчезновением "Элдриж" увидели в порту Ньюарк, что в 100 километрах от Филадельфии. Когда поле было выключено, эсминец вновь появился на морской верфи.

Поскольку ВМС США официально открестилось от этого опыта, эксперимент, которого могло и не быть, начал обрастать слухами: кто-то из моряков из-за перемещения в пространстве сошел с ума, кто-то умер, застряв в теле самого корабля. Эйнштейн же уничтожил работы о филадельфийском эксперименте, которые посчитал опасными для человечества.

Зарегистрировали случаи квантовой телепортации (не такие грандиозные, как в Филадельфии) и в наше время: под руководством австрийского ученого Антона Цайлингера в 2012 году была проведена телепортация фотона на расстояние 143 километров. Результат остается до сих пор рекордным, но в путешествиях в пространстве человека никак не помог.

В декабре 2014 года успешно завершился еще одни эксперимент в области квантовой телепортации - ученые из Великобритании переместили фотон на 25 километров по оптоволоконному кабелю. Фотон в точке А и фотон в точке Б являются одним целым.

Любая телепортация пока что возможна только в рамках микромира - на уровне атомов. Перемещение в пространстве человека требует множества точных измерений и массу энергии.



Как художники видят результат филадельфийского эксперимента

Телепортация глазами режиссеров

Наиболее известен фильм "Муха" Курта Ньюммана, снятый в 1958 году. В основе сюжета - эксперимент ученого по телепортации. К его несчастью, в кабину-телепорт залетает муха, из-за чего с ученым происходят ужасающие мутации. По фильму сняли два продолжения, а также полноценный ремейк в 1986 году с Джеффом Голдблюмом в главной роли. В 1989 году было сняло продолжение "Мухи"-ремейка о невеселой судьбе сына ученого-Голдблюма, которому ген мутации передался по наследству.

Если фильмы "Муха" принадлежат к жанру ужаса, то вышедший в 2008 году фильм Дага Лаймана "Телепорт" - приключенческий. Главного героя (Хейден Кристенсен), открывшего в себе унаследованную способность телепортироваться в юном возрасте, вдруг начинают преследовать члены тайной организации, веками истребляющие людей-телепортов.

Не мог обойти стороной мировой кинематограф и историю с филадельфийским экспериментом - в 2012 году Пол Циллер снял одноименный фильм, а до этого, в 1984 году, ленту с аналогичным сюжетом снял Стюарт Раффил.

На телепортации построен сериал "Звездные врата". Но для телепортации землянам ничего создавать не приходится: в недрах планеты ученые обнаруживают уже готовые врата в форме кольца, которые оказываются порталом не только для путешествий в пространстве, но и в других мирах.



Когда телепортация идет не по плану

По теме

Все новости рубрики

В статье рассказывается о том, что такое телепортация, возможно ли это. Рассмотрены ее гипотетические способы реализации, для чего она была бы полезна.

Что такое телепортация?

Согласно научному определению, телепортация — это изменение координат какого-либо объекта. В этом случае перемещение не может быть обосновано и описано с математической точки зрения или функции непрерывного времени.

Но что такое телепортация? Это эффект мгновенного перемещения предмета или человека на любое расстояние, при котором он исчезает из начальной точки и появляется в конечной.

С самого начала освоения мира физики, по мере углубления в тайны природы и материи, человечество грезило о невероятном. Некоторые вещи и явления спустя годы или века воплотились в жизнь в виде привычных нам вещей: появились телефоны, радиосвязь, пересадка органов, и т. п. Но некоторые мечты писателей-фантастов или популяризаторов науки до сих пор не воплощены в жизнь. И одна из них - телепортация. Возможно ли это явление с научной точки зрения? Попробуем разобраться.

Существует ли она?

К сожалению большинства любителей фантастики, ученые не занимаются целенаправленным поиском и воплощением какой-то невероятной идеи. То же самое и с телепортацией. На данный момент ее не существует, и пока не очень понятно вообще, как такое может происходить. Есть несколько гипотез, но пока что опробовать их невозможно. Но все же разберем несколько из них, чтобы понять, что такое телепортация, возможно ли это явление хотя бы в отдаленном будущем.

Виды

Первый - так называемый транспортный луч. При такой телепортации происходит сканирование всех молекул в теле человека или предмета, их состояние записывается, после чего оригинал уничтожается, а в ином месте подобная машина создает полную копию на основе сохраненных данных.

Люди, хоть немного знакомые с физикой, уже понимают всю невозможность такого способа на данном этапе развития человечества. Да и в будущем тоже. Начнем с того, что число молекул в теле человека не поддается исчислению, и уж тем более запись всех их состояний, передача и воспроизведение за доли секунды. Кроме того, с точки зрения квантовой механики невозможно создать точную копию производного квантового состояния. К тому же при уничтожении оригинала уничтожается и сознание, которое неделимо с физическим телом.

Именно из этого процесса и состоит наиболее часто упоминаемая фантастами телепортация. Возможно ли это в наше время? Нет.

Портал

Еще один вид мгновенного перемещения - порталы. Некое физическое состояние определенного участка пространства, нахождение в котором перебрасывает объект в другой, заранее известный. Наиболее часто такой способ упоминается в компьютерных играх и фэнтези.

Магия

Подобный перенос объекта или человека вообще не объясняется с научной точки зрения. Поэтому рассматривать его можно лишь как атрибут ненаучной фантастики в различных произведениях искусства.

Нуль-Т

Это еще один вид телепортации, который можно более-менее обосновать со стороны науки. Смысл его в том, чтобы неким устройством открывать окно в другое специальное измерение, координаты которого соотносятся с нашим миром, но расстояния сжаты в миллионы раз, и, сделав очередной «прокол», человек появляется в совершенно другом месте. К примеру, в другом городе или галактике.

Такой способ широко описывали в своих книгах Аркадий и по такому же принципу и совершали межзвездные перелеты их герои.

Как научиться телепортации?

Подобный вопрос услышать можно часто, особенно на просторах Интернета. Ответ: никак. Конечно, если рассматривать эту тему со стороны материализма, отбросив всякую магию и прочие паранормальные проявления. Можно даже встретить сообщества, которые утверждают, что обучают этому процессу. Естественно, не бесплатно.

Если продолжать мистическую тему, то есть масса исторических записей о телепортации человека или же просто исчезновении из, к примеру, тюремной камеры. Но все они критики не выдерживают и привести весомые факты этого явления не могут.

Польза

Если человечество однажды и разовьется до подобных технологий, будь то прокол в иные пространства или нечто подобное, переоценить их пользу будет сложно. Ведь тогда осуществится многовековая мечта о мгновенных перемещениях куда угодно! Будь то другая страна, континент или планета.

Последний момент особенно актуален, ведь даже с постройкой самых быстрых и надежных космических кораблей достигнуть соседних звезд будет очень проблематично, даже со скоростью света, тем более нужно помнить об относительности времени. А мгновенные перемещения в пространстве значительно облегчают это занятие.

А пока на вопрос о том, существует ли телепорт, ответ, к сожалению, отрицательный. И скорее всего, если его изобретут, будет носить он совсем иные принципиальные свойства.

Квантовая телепортация - это передача квантового состояния на расстояние. Отдельно ее объяснить трудно, это можно сделать только вкупе со всей квантовой физикой. В своей лекции, состоявшейся в рамках «Лектория 2035» на ВДНХ, профессор физического факультета Университета Калгари (Канада), член Канадского института высших исследований Александр Львовский постарался простым языком рассказать о принципах квантовой телепортации и квантовой криптографии. «Лента.ру» публикует выдержки из его выступления.

Ключ к замку

Криптография - это искусство общения защищенным образом по незащищенному каналу. То есть у вас есть некая линия, которую могут прослушивать, и вам нужно передать по ней секретное сообщение, которое никто посторонний не сможет прочесть.

Представим, что, скажем, если у Алисы и Боба есть так называемый секретный ключ, а именно - тайная последовательность нулей и единиц, которой нет ни у кого другого, они могут зашифровать сообщение с помощью этого ключа, применив операцию исключающего ИЛИ, чтобы ноль совпадал с нулем, а единица - с единицей. Такое зашифрованное послание уже можно передать по открытому каналу. Если его кто-то перехватит, это не страшно, ведь его никто не сможет прочесть, кроме Боба, у которого есть копия секретного ключа.

В любой криптографии, в любой коммуникации самым дорогим ресурсом является случайная последовательность нулей и единиц, которой владеют только два общающихся. Но в большей части случаев используется криптография с открытым ключом. Допустим, вы покупаете что-то с помощью кредитной карты в интернет-магазине по безопасному протоколу HTTPS. По нему ваш компьютер переговаривается с каким-то сервером, с которым до этого никогда не общался, и у него не было возможности обменяться с этим сервером секретным ключом.

Тайна этого диалога обеспечивается решением сложной математической задачи, в частности - разложения на простые множители. Перемножить два простых числа легко, а если уже дано их произведение, то найти два сомножителя трудно. Если число достаточно большое, оно потребует от обычного компьютера многолетних вычислений.

Однако если этот компьютер не обычный, а квантовый, он такую задачу решит легко. Когда он будет наконец изобретен, приведенный выше широко используемый метод окажется бесполезным, что, как ожидается, будет иметь катастрофические последствия для общества.

Если помните, в первой книге про Гарри Поттера главному герою нужно было пройти через защиту, чтобы добраться до Философского камня. Тут нечто похожее: тому, кто установил защиту, будет легко пройти ее. Гарри пришлось очень трудно, но в итоге он ее все же преодолел.

Этот пример очень хорошо иллюстрирует криптографию с открытым ключом. Тот, кто его не знает, в принципе имеет возможность расшифровать сообщения, однако ему будет очень трудно, и на это потенциально потребуется много лет. Абсолютной безопасности криптография с открытым ключом не дает.

Квантовая криптография

Все это объясняет необходимость квантовой криптографии. Она дает нам лучшее из обоих миров. Есть метод одноразового блокнота, надежный, но, с другой стороны, требующий «дорогого» секретного ключа. Чтобы Алиса могла общаться с Бобом, она должна послать ему курьера с чемоданом, полным дисков с такими ключами. Он их будет постепенно расходовать, так как каждый из них можно использовать только один раз. С другой стороны, у нас есть метод открытого ключа, который «дешев», но не дает абсолютной надежности.

Изображение: Science Museum / Globallookpress.com

Квантовая криптография, с одной стороны, «дешевая», она позволяет безопасную передачу ключа по каналу, в который могут залезть, а с другой стороны - гарантирует секретность благодаря фундаментальным законам физики. Смысл ее заключается в том, чтобы кодировать информацию в квантовом состоянии отдельных фотонов.

В соответствии с постулатами квантовой физики, квантовое состояние в момент, когда его пытаются измерить, разрушается и изменяется. Таким образом, если на линии между Алисой и Бобом есть какой-то шпион, пытающийся подслушать или подсмотреть, он неизбежно изменит состояние фотонов, общающиеся заметят, что линию прослушивают, прекратят коммуникацию и примут меры.

В отличие от многих других квантовых технологий, квантовая криптография является коммерческой, это не научная фантастика. Уже сейчас есть компании, производящие серверы, подключаемые к обычной оптоволоконной линии, с помощью которых можно осуществлять безопасное общение.

Как работает поляризационный светоделитель

Свет - это поперечная электромагнитная волна, колеблющаяся не вдоль, а поперек. Это свойство называется поляризацией, и оно присутствует даже в отдельных фотонах. С помощью них можно кодировать информацию. Например, горизонтальный фотон - это ноль, а вертикальный - единица (то же верно для фотонов с поляризацией плюс 45 градусов и минус 45 градусов).

Алиса закодировала таким образом информацию, и Бобу нужно ее принять. Для этого используется специальный прибор - поляризационный светоделитель, куб, состоящий из двух призм, склеенных между собой. Он пропускает горизонтально поляризованный поток и отражает вертикально поляризованный, благодаря чему происходит декодирование информации. Если горизонтальный фотон - ноль, а вертикальный - единица, то тогда в случае логического ноля щелкнет один детектор, а в случае единицы - другой.

Но что будет, если мы пошлем диагональный фотон? Тогда начинает играть роль знаменитая квантовая случайность. Нельзя сказать, пройдет такой фотон или отразится - он с вероятностью 50 процентов сделает либо одно, либо другое. Предсказать его поведение невозможно в принципе. Более того, это свойство лежит в основе коммерческих генераторов случайных чисел.

Что же делать, если у нас стоит задача различить поляризации плюс 45 градусов и минус 45 градусов? Нужно повернуть светоделитель вокруг оси луча. Тогда закон квантовой случайности будет действовать для фотонов с горизонтальной и вертикальной поляризациями. Это свойство фундаментально. Мы не можем задать вопрос о том, какая поляризация у этого фотона.

Фото: Science Museum / Globallookpress.com

Принцип квантовой криптографии

В чем же заключается идея квантовой криптографии? Предположим, Алиса посылает Бобу фотон, который она кодирует либо горизонтально-вертикальным образом, либо диагональным. Боб тоже подбрасывает монетку, решая случайным образом, каким будет его базис: горизонтально-вертикальным или диагональным. Если их способы кодировки совпадут - Боб получит данные, которые послала Алиса, если же нет - то какую-то ерунду. Они проводят эту операцию много тысяч раз, а потом «созваниваются» по открытому каналу и сообщают друг другу, в каких базисах совершали передачу, - можно считать, что эта информация теперь доступна кому угодно. Далее Боб и Алиса смогут отсеять события, в которых базисы были разные, и оставить те, в которых они были одинаковые (их будет примерно половина).

Допустим, в линию вклинился какой-то шпион, желающий подслушать сообщения, но ему тоже необходимо измерять информацию в каком-то базисе. Представим, что у Алисы и Боба он совпал, а у шпиона - нет. В ситуации, когда данные были посланы в горизонтально-вертикальном базисе, а подслушивающий измерил передачу в диагональном, он получит случайное значение и перешлет дальше какой-то произвольный фотон Бобу, так как не знает, каким он должен быть. Таким образом, его вмешательство будет замечено.

Самая главная проблема квантовой криптографии - это потери. Даже самое лучшее и современное оптоволокно дает 50 процентов потерь на каждые 10-12 километров кабеля. Допустим, мы посылаем наш секретный ключ из Москвы в Петербург - на 750 километров, и только один из миллиарда миллиардов фотонов достигнет цели. Все это делает технологию совершенно непрактичной. Именно поэтому современная квантовая криптография работает только на расстоянии примерно 100 километров. Теоретически известно, как эту проблему решить, - с помощью квантовых повторителей, но для их реализации нужна квантовая телепортация.

Фото: Perry Mastrovito / Globallookpress.com

Квантовая запутанность

Научное определение квантовой запутанности - это делокализованное состояние суперпозиции. Звучит сложно, но можно привести простой пример. Предположим, у нас есть два фотона: горизонтальный и вертикальный, квантовые состояния которых взаимозависимы. Один из них мы посылаем Алисе, а другой - Бобу, которые делают измерения на поляризационном светоделителе.

Когда эти измерения совершаются в обычном горизонтально-вертикальном базисе, понятно, что результат будет скоррелирован. Если Алиса заметила горизонтальный фотон, то второй, естественно, будет вертикальным, и наоборот. Это можно представить проще: у нас есть синий и красный шарик, мы не глядя запечатываем каждый из них в конверт и посылаем двум получателям - если одному придет красный, второй обязательно получит синий.

Но в случае квантовой запутанности этим дело не ограничивается. Эта корреляция имеет место не только в горизонтально-вертикальном базисе, но и в любом другом. Например, если Алиса и Боб одновременно повернут свои светоделители на 45 градусов, у них опять будет полное совпадение.

Это очень странное квантовое явление. Допустим, Алиса повернула каким-то образом свой светоделитель и обнаружила какой-то фотон с поляризацией α, который прошел через него. Если Боб измерит свой фотон в том же самом базисе, он обнаружит поляризацию 90 градусов +α.

Итак, в начале мы имеем состояние запутанности: фотон Алисы полностью неопределен и фотон Боба полностью неопределен. Когда Алиса измерила свой фотон, обнаружила какое-то значение, то теперь известно точно, какой фотон у Боба, как бы далеко он ни находился. Этот эффект многократно подтвержден экспериментами, это не фантазия.

Квантовая телепортация

Допустим, у Алисы есть некий фотон с поляризацией α, которую она еще не знает, то есть находящийся в неизвестном состоянии. Между ней и Бобом нет прямого канала. Если бы канал был, то Алиса смогла бы зарегистрировать состояние фотона и донести эту информацию до Боба. Но квантовое состояние за одно измерение узнать невозможно, поэтому такой способ не годится. Однако между Алисой и Бобом есть заранее приготовленная запутанная пара фотонов. За счет этого можно заставить фотон Боба принять первоначальное состояние фотона Алисы, «созвонившись» потом по условной телефонной линии.

Вот классический (хотя и очень отдаленный аналог) всего этого. Алиса и Боб получают в конверте по шарику - синий или красный. Алиса хочет послать Бобу информацию о том, какой у нее. Для этого ей нужно, «созвонившись» с Бобом, сравнить шарики, сказав ему «у меня такой же» или «у нас разные». Если кто-то подслушивает эту линию, то это не поможет ему узнать их цвет.

Как это все работает? У нас есть запутанное состояние и фотон, который мы хотим телепортировать. Алиса должна произвести соответствующее измерение исходного телепортированного фотона и задать вопрос, в каком состоянии находится другой. Случайным образом она получает один из четырех возможных ответов. В результате эффекта дистанционного приготовления оказывается, что после этого измерения в зависимости от результата фотон Боба перешел в определенное состояние. До этого он был запутан с фотоном Алисы, пребывая в неопределенном состоянии.

Алиса сообщает Бобу по телефону, каким был результат ее измерений. Если ее результат, допустим, оказался ψ-, то Боб знает, что его фотон автоматически преобразовался в это состояние. Если же Алиса сообщила, что ее измерение дало результат ψ+, то фотон Боба принял поляризацию -α. В конце эксперимента по телепортации у Боба оказывается копия первоначального фотона Алисы, а ее фотон и информация о нем в процессе разрушаются.

Технология телепортации

Сейчас мы умеем телепортировать поляризацию фотонов и некоторые состояния атомов. Но когда пишут, мол, ученые научились телепортировать атомы - это обман, ведь у атомов очень много квантовых состояний, бесконечное множество. В лучшем случае мы придумали, как телепортировать пару из них.

Мой любимый вопрос - когда будет телепортация человека? Ответ - никогда. Допустим, у нас есть капитан Пикард из сериала «Звездный путь», которого нужно телепортировать на поверхность планеты с корабля. Для этого, как нам уже известно, нужно сделать еще пару таких же Пикардов, привести их в запутанное состояние, которое включает все его возможные состояния (трезвого, пьяного, спящего, курящего - абсолютно все) и провести измерения на обоих. Понятно, насколько это сложно и нереализуемо.

Квантовая телепортация - это интересное, но лабораторное явление. До телепортации живых существ дело не дойдет (по крайней мере, в ближайшем будущем). Однако его можно использовать на практике для создания квантовых повторителей, для передачи информации на далекие расстояния.