Что такое квантовая телепортация и чем она отличается от DHL

,

Teleport7_1

Иллюстрация: Максим Чатский

С точки зрения физики телепортировать танк из точки А в точку Б очень просто. Нужно взять танк в точке А, измерить все его элементы, сделать чертежи и отправить их в точку Б. Потом в точке Б по этим чертежам собрать такой же танк. Но с квантовыми объектами дело обстоит значительно сложнее.

Все в этом мире состоит из протонов, нейтронов и электронов, но все эти элементы по-разному собраны и по-разному движутся. Говоря научно, они находятся в разном квантовом состоянии. И даже если бы у нас была машина, которая могла бы манипулировать отдельными частицами: собирать из них атомы, из атомов молекулы, мы все равно не смогли бы телепортировать даже амебу. Дело в том, что у маленьких квантовых объектов нельзя одновременно измерить все их параметры: разобрать квантовый танк на части мы бы еще смогли, а вот измерить их уже нет.

Эту-то проблему и решает квантовая телепортация. Она позволяет перенести свойства одного объекта на другой объект-болванку: квантовое состояние одного атома на другой атом, скорость и координату одного электрона на другой электрон. Смысл в том, что не имея никакой возможности узнать, в каком состоянии находится исходный атом, мы можем сделать так, что другой атом будет находиться в таком же неведомом, но конкретном состоянии. Правда, при этом состояние первого атома необратимо изменится, и, получив копию, мы потеряем оригинал.

Итак, телепортация — это перенос состояния с оригинала на атом-болванку. Для этого физики берут специальные частицы-близнецы. Лучше всего на эту роль подходит пара красных фотонов, полученных в результате распада одного фиолетового. Эти фотоны-близнецы обладают уникальным квантовым свойством: как бы далеко они ни были разнесены, они не перестают чувствовать друг друга. Как только изменяется состояние одного из фотонов — немедленно изменяется состояние другого.

Так вот, для телепортации квантового состояния из точки А в точку Б берутся эти два фотона. Один отправляется в точку А, другой — в точку Б. Фотон в точке А взаимодействует с атомом, состояние которого нужно передать в точку Б. Фотон здесь выступает в роли курьера DHL — он приехал к атому, забрал у него пакет документов, таким образом навсегда лишив его этих документов, но собрав нужную информацию, после чего садится в грузовик и увозит документы. В точке Б пакет получает другой фотон и везет его новому владельцу.

Teleport8_1

Иллюстрация: Максим Чатский

В точке Б производятся специальные преобразования со вторым фотоном, а затем происходит взаимодействие этого фотона со вторым атомом-болванкой, на который переносится нужное квантовое состояние. В результате атом-болванка становится атомом из точки А. Все, квантовая телепортация состоялась.

Физика еще очень далека от телепортации человека, зато уже близка спецслужбам и службам безопасности. Телепортацию квантовых состояний можно использовать, чтобы передать особо секретную информацию. Информация кодируется квантовым состоянием фотона, после чего состояние телепортируется от одного шпиона к другому. Если же вражеский шпион попытается перехватить информацию, ему придется произвести измерение состояния фотона, что его необратимо испортит и приведет к ошибкам. Эти ошибки сразу заметят наши шпионы и догадаются, что враг их подслушивает. Все это называется квантовой криптографией.

Комментарии

В этой области науки еще часто говорят про “wormhole” - пространственно-временные тоннели. Некоторые физики считают, что их вполне можно создавать, в том числе и Эйнштейн считал, что электроны и другие частицы можно так использовать. Добавив энергии, расширить их, чтобы через них могли пролететь объекты, превышающие размер субатомных частиц.

Катя)) позвольте добавить :-) это понятие называется ещё «червоточены», придумал его ещё Эйнштейн, и они по большей части связаны с Чёрными дырами, в космическом пространстве, ну с физикой, конечно, но применимо именно там, в большей степени)) согласно этой концепции путешествие во Времени возможно благодаря им, ибо это сокращает Пространство, как бы сжимает его и складывает, и тем самым даёт возможность перемещения в них объектов, сначала субатомных частиц (потому что она сама мала до таких размеров), а затем, если их расширить и удержать эту „нору“ в стабильном состоянии ( а она будет очень сильно стремиться „схватиться“ обратно, сжаться), то и больших объектов; эта концепция, как и другие, возникла в силу того, в том числе, что согласно Теории Относительности ничто не может двигаться со скоростями бОльшими скорости Света, а если стоит задача сокращения времени Перемещения в пространстве, то можно „сжать“ пространство, не нарушая постулаты теории относительности)) согласно сегодняшним представлениям физиков, существует теория, что эти «червоточены» существуют в пространстве вокруг нас, только они слишком малы и кратковремены, чтобы их заметить))

ну, там есть еще теория, что скорость света все-таки изменчива) а еще, что «норы» для перемещения самих людей и вообще больших объектов не понадобятся, нас спасут нано-технологии)

ммм)) это интересно :-) надо почитать про такие теории))

Скорость света изменчива в зависимости от среды, в которой свет распространяется.

мда, есть такая теория)), но пока что она на ранних стадиях, и в ней, насколько я понимаю, указывается, что скорость света может быть меньше, но Эйнштейн указывал, про «ничто не движется с бОльшей скоростью», т.е пока что это не противоречит ОТО)), хотя...ничто не мешает нам домыслить, что эти постулаты как и другие, действуют в нашей Вселенной, или в нашем пространстве, быть может в другом измерении, постулаты будут иными, и там движение со сверхсветовыми скоростями норма, а не фантастика))

В сингулярности большого взрыва теоретически скорость света в вакууме была большей, нежели, чем сейчас...

в точке сингулярности...))ммм, может быть) теоритически...

Впервые слышу, что «червоточины» или «кротовые норы» придумал Эйнштейн, вообще-то про них официально заявили в 1962-ом году Майкл Моррис и Кип Торн.

а так же

Впервые заявили, кстати.

В 1935г. Эйнштейн и физик Натан Розен предположили, что электроны и другие частицы можно описать как крохотные тоннели пространства-времени. Двадцать лет спустя Джон Уиллер впервые употребил термин wormhole.
В 1988 году физик из Калифорнийского технологического института Кип Торн и его аспиранты Майкл Моррис и Ури Йертсевер довольно подробно описали, как можно создать подобные пространственно-временные тоннели.
Надеюсь, такое уточнение Вас удовлетворит.

Вполне, за уточнение большое спасибо, но именно это определение официально вошло в историю и науку посредством статьи, изданной в журнале Physical Review Торном и Моррисом в 1962-ом. У меня почему-то именно такая информация. В 88-ом, видимо, была уже модель описана. Но, похоже, ваш источник точнее.

официально заявив, это вовсе не значит что они это установили)) Стивен Хоукинг открывает многое, но даже он некоторые вещи уточнял, и при этом не говорилось, что это он придумал)) эти «червоточены» как способ перемещения в пространстве ещё называют «мост Эйнштейна-Розена», по именам их создателей))

А я даже твой коммент не дочитал, хотя тоже было интересно, чем он там закончится...

да, и

со второго раза дочитал.. по шпионов понравилось )

а зачем вообще заходить в этот раздел и читать, если Вам не интересна статья, и не интересно мнение других пользователей? Но даже больший интерес мне доставляет, зачем вообще писать, что Вам не интересно, думаете кому-то эта информация от Вас интересна?

Вам, видимо, не знакомы такие понятия, как юмор и сарказм...

А Вам, видимо, не знакомы этика и нравственность, прошу, увольте от дальнейших перипетий.

Вы сделали безаппеляционный вызов, а теперь не хотите слушать оппонента. Как это по-женски. Вам тут стоило бы все таки написать: «Как вам не стыдно...»

В моем комментарии был задан конкретный вопрос, на который Вам видимо не удалось придумать юмористический и саркастический ответ. Ну, чтобы поддержать Ваш шутливый тон скажу, что написать «как это по-женски» - это так по-мужски)

Вижу, с юмором все в порядке, но вот тогда с пунктуацией недочет, вопроса я не увидел из-за банального отсутствия самого вопроса и знака, обозначающего (да даже называющегося так же!) оный.

Удар, удар, еще удар, опять удар, и вот Борис Буткеев – Краснодар... ))
Друзья! Мне кажется, здесь ни кто никого не хочет обидеть, ведь правда?
Катя4ю: Заходят в тему - привлек заголовок. Я не дочитал из-за того что написано однобоко, это моё мнение - я его высказал, и думаю что эта информация от меня интересна только автору. Или вы (которая удивила меня своим интересом к теме) считаете что они нужны искл. для хвалебных дифирамб?
мэйк пис!
зы: а амстердам к вам клеится ))

Если бы Ваш ответ был таков, какой Вы изложили здесь: «Я не дочитал из-за того что написано однобоко», любое мнение интересно мне, если аргументировано

но у меня был душевный порыв написать именно так 8)
может вам будет интересно
(нахабревчерабыластатьяпроквантовуюкриптогр.)

В связи с тем, что дискуссия выходит на столь нелогичный и бессмысленный этап, мне проще использовать непреложное правило: «Никогда не спорьте м дебилами, иначе вам придется опуститься на их уровень, а там они вас задавят своим опытом». Всего доброго!

Да, печальная история. Это напоминает клонирование организма и последующее убийство оригинала для «продления его жизни».

Это не объяснение, это передача восторга автора от физического процесса, в вербальной форме.
Объяснить можно было бы проще и понятнее, а главное научнее (что за «Специальное преобразование», что понимается под „Не перестают чувствовать друг друга“ и «Любым состоянием» в том же предложении?) Хотя я допускаю что текст просто порезал редактор :)

В популярной механике хорошо сбалансированное изложение материала. Присмотришься?

R.

именно. когда читал понимание процессов так и не приходило.

Ну, возможно в популярной механике изложено понятнее и точнее. Спасибо за критику, постараюсь исправиться. Если у вас остались какие-то конкретные вопросы по содержанию, я готов на них ответить.

У меня остались, сэр. Специально не заглядывал в вики, ибо хочу здесь разобраться. С момента где один фиолетовый фотон разделяется на два красных. Я так понял что именно благодаря взаимосвязи этих двух красных и происходит передача информации (с помощью электрона изменяют первый фотон, второй принимает свойства первого и с него информацию переносят на конечный электрон — так?)
Если так, то, во-первых, хорошо бы узнать про качественные характеристики связи красного с красным. Во-вторых, про то, насколько реально это все применено на практике, и если еще нет, то что мешает.
В-третьих, термин телепортация тут условно уместен, ведь, если я правильно понял, передается лишь информация (которую люди и так давно умеют передавать по воздуху, со времен индейских сигнальных костров), а вовсе не физическое тело (разобрать танк в одном месте и в другом собрать такой же — это передача информации о танке, а никак не телепортация физического тела «танк».)

А если процесс передачи происходит каким-то другим способом, то — каким? :)

Что не дает разобраться во всем этом — так это ДХЛ. В традиции этого раздела проводить «разрывающие шаблон» аналогии, вроди пены и жирафа, но именно здесь служба доставки грузов пришита белыми нитками — ведь реально никакой телепортации у DHL не происходит, и эта лишняя информация все только запутывает — или всё объяснено так, что я не уловил связи.

R.

Ну, DHL был вставлен редактором, и аналогия тут одна: квантовая информация не копируется, она лишь передается от одного объекта другому.

Теперь про механизм и про красные фотоны. Тут дело вот в чем. Эти два фотона могут быть в таком перепутанном состоянии, что, скажем, поляризация каждого из них совершенно неопределена. Но как только мы заставляем один из фотонов пройти через поляризатор и фиксируем (или не фиксируем) его детектором, мы моментально определяем его поляризацию (если прошел - горизонтальная, если нет - вертикальная, например). И тогда мы точно определяем, что поляризация другого фотона пары тоже горизонтальная (если первый фотон прошел поляризатор). То есть, как только мы померили первый фотон, моментально изменился второй. Так нельзя передавать полезную информацию (потому что мы не можем влиять на результат измерения над первым фотоном, он с равной вероятностью может быть зафиксирован и не зафиксирован детектором), но таким образом можно распределять ключ для шифрования информации.

Теперь про телепортацию атомов. Представим, что атом может находиться в суперпозиции из двух возможных состояний. При этом, в одном из состояний он может излучить вертикально поляризованный фотон, а в другом - горизонтально поляризованный. Далее мы берем фотон от атома и фотон-близнец и отправляем на хитрую оптическую измерительную схему, которая дает ответ только на один вопрос:одинаковы или ортогональны поляризации этих двух фотонов. Если одинаковы, то мы ничего не делаем с фотоном-близнецом, а если ортогональны, то мы отправляем этот фотон в устройство, поворачивающее его поляризацию на 90 градусов. А дальше этот фотон отправляется на атом-болванку, поглощается этим атомом и атом болванка переходит в состояние исходного атома.

Да, еще раз подчеркну, что тут не происходит телепортация материи, но происходит телепортация ее квантового состояния. Термин «квантовая телепортация» давно устоявшийся, хотя и весьма провокационный.

И да, все, о чем я писал - это все описание реальных экспериментов, которые были проведены в начале 21 века и более чем реальны (в отличие от кротовых нор в пространстве).

ну, то есть я все правильно понял; спасибо за технические детали.

тем не менее два интересных мне вопроса все еще остались без ответа:

1) чем обусловлена связь красного фотона с красным фотоном? почему они одновременно изменяются?

2) понятно что квантовая передача информации работает в условиях лаборатории, а вне ее пределов технология нашла применение или пока нет?

Связь обусловлена общим прошлым, и тем, что они описываются одной волновой функцией. То есть, по сути, это один неделимый объект.

Квантовая передача информации имеет применение в области криптографии, и сейчас уже есть несколько коммерчески доступных систем, обеспечивающих секретную передачу информацию по оптоволокну (или воздуху) в пределах города. Сейчас эти технологии активно развиваются за счет военных, спецслужб и банков.

то есть объяснение их связи — скорее филосовское чем научное?
на каком расстоянии кстати они еще помнят свое «общее прошлое»? На любом или есть ограничения?

Ну-у-у. Тут как раз тот случай, когда философия и наука настолько переплетаются, что их уже сложно отделить. Это специфический квантовый эффект, который называется «перепутывание» (“entanglement”). Сводится он к тому, что волновая функция системы из двух фотонов непредставима в виде произведения волновых функций каждого из фотонов. Таким образом, производя что-то с одним фотоном, мы изменяем функцию всей системы вцелом. Классических аналогов такого эффекта нет, поэтому объяснить это на „бытовом“ уровне практически невозможно.

Что касается расстояния, то в теории ограничения нет. Но в реальности, довольно сложно разнести фотоны пары на большие расстояния так, чтобы они по дороге ни с чем не провзаимодействовали, не «растрясли» свои уникальные свойства. Пока что на Канарах добились того, что фотоны остаются перепутанными, разлетевшись на 144 км. http://www.quantum.at/research/quantum-teleportation-communication-entanglement/entangled-photons-over-144-km.html

А как их разносят, кстати?

Ну, фотоны сложнее остановить, чем переместить) Из одной точки в разные стороны влетело два фотона, и дальше они летят до тех пор, пока ни с чем не столкнутся.

Константин Катамадзе так уже получилось что содержание статьи полностью пришлось исправлять в комментах, которые я нахожу содержательными. Почётче надо было статью.)

Комментировать