Коллектив авторов - На что похоже будущее? Даже ученые не могут предсказать… или могут?

Давайте рассмотрим следующую аналогию. Представьте, что у вас есть пара перчаток, каждая из которых лежит в своем ящике. Теперь давайте перенесем один ящик в другое место, а второй оставим там, где он был изначально. Если вы откроете тот ящик, который остался у вас, вы найдете в нем левую перчатку. При этом вам станет сразу понятно, что во втором ящике находится перчатка для правой руки. Разумеется, в этом нет ничего загадочного — ведь вы просто констатируете то, что знаете: во втором ящике всегда была правая перчатка. Но в квантовом мире вместо перчаток мы имеем дело с запутанными частицами, каждая из которых способна участвовать одновременно в двух разных вращениях — и по часовой стрелке, и против часовой стрелки. Это явление называют квантовой суперпозицией. Открывая ящик рядом с вами, вы совершаете действие, которое называют «квантовым измерением»: вы заставляете частицу «решить», в каком из вращений ей теперь участвовать. Мы же никогда не видим частицы вращающимися в обоих направлениях — ведь это же просто нелепо! Разве нет? Квантовая механика говорит нам — и эксперименты подтверждают ее правоту, — что такие квантовые суперпозиции действительно имеют место. Более того, как только вы открываете свой ящик, чтобы проверить перчатку, частица во втором ящике сразу же переходит из суперпозиции, в которой она вращалась в обоих направлениях, к вращению в одном направлении — противоположном направлению вращения первой частицы. Все происходит так, как будто в момент открытия первого ящика в другой мгновенно передается квантовый сигнал, сообщающий второй частице, как ей себя вести.

Переход от идеи суперпозиции и запутанности к понятию квантовой телепортации кажется вполне закономерным. Но может ли такой переход быть реализован на практике? Общий принцип работы квантовой телепортации состоит в следующем: две запутанные частицы помещаются на удалении друг от друга, после чего проводится сканирование подлежащего телепортации объекта таким образом, чтобы можно было перенести только информацию о нем из одной точки в другую посредством запутанной пары.

Но даже для телепортации одного-единственного атома требуется обладать исчерпывающей информацией о его квантовом состоянии, то есть, по сути, мы должны знать о нем все. Изначально считалось, что это просто невозможно в силу так называемого принципа неопределенности Гейзенберга, согласно которому мы никогда не сможем просканировать квантовую систему так, чтобы получить всю информацию о ней, необходимую для того, чтобы воссоздать ее где-то еще. Однако решением этой проблемы может стать квантовая запутанность, обеспечивающая мгновенную передачу определенной информации на квантовом уровне. Она дополняется результатами измерения частицы, которые передаются отдельно через некоторое время. На основе собранной таким образом информации, включающей как сведения, переданные согласно принципам квантовой механики посредством запутанной пары, так и результаты сканирования, переданные отдельно на скорости света, затем на другом конце из соответствующего сырья воссоздается исходный объект.

В 1993 г. шестеро ученых из разных стран под руководством сотрудника компании IBM Чарльза Беннетта впервые продемонстрировали возможность передачи состояния частицы на расстояние посредством квантовой запутанности, тем самым положив начало современному представлению о квантовой телепортации. Работа в этом направлении продолжилась. За прошедшие годы исследователям удалось провести серию экспериментов со все большим числом запутанных атомов. Проблема, конечно, заключается в том, что, несмотря на возможность телепортации нескольких протонов света или группы атомов (относящихся к газу определенного типа, охлажденному до температуры, близкой к абсолютному нулю), использовать квантовую запутанность для передачи огромного объема информации, необходимого для описания связей между триллионами атомов, из которых состоит человеческое тело, куда труднее.

Необходимо отметить, что суть телепортации не сводится к простому созданию копии исходной частицы. Во всяком случае, на квантовом уровне передача всей информации о частице означает передачу самой частицы: переносить исходную частицу на физическом уровне просто не нужно. При этом важно понимать, что телепортация объекта предполагает, что он уничтожается в точке А и затем воссоздается в точке Б. Вместе с тем недавние предварительные исследования, проводимые в рамках изучения телепортации частиц, показывают возможность квантовой телепортации самого объекта.