Kvantový svět je často v rozporu se zdravým rozumem. Laureát Nobelovy ceny Richard Feynman jednou řekl: „Myslím, že mohu bezpečně říci, že nikdo nechápe kvantovou mechaniku.“Kvantová teleportace je jen jedním z těch podivných a zdánlivě nelogických jevů.
V roce 2017 vědci z Číny teleportovali objekt do vesmíru. Nebyl to člověk, pes ani molekula. Byl to foton. Nebo spíše informace popisující konkrétní foton. Ale proč se tomu říká teleportace?
Pointa je, že kvantová teleportace má málo společného s teleportací jako takovou. Jedná se spíše o vytvoření internetu, který nelze napadnout. Ale než půjdeme přímo k tomuto problému, pojďme mluvit o paradoxu.
Skvělý fyzik a autor zvláštních a obecných teorií relativity Albert Einstein považoval kvantovou mechaniku za vadnou teorii. V roce 1935 napsal spolu s fyziky Borisem Podolským a Nathanem Rosenem článek, ve kterém definoval paradox, který zpochybňuje téměř vše, co souvisí s kvantovou mechanikou - paradox EPR.
Kvantová mechanika je věda o nejmenších aspektech vesmíru: atomy, elektrony, kvarky, fotony atd. Odkrývá paradoxní a někdy protichůdné aspekty fyzické reality. Jedním takovým aspektem je skutečnost, že měřením částice ji „změníte“. Tento jev byl nakonec nazván účinkem pozorovatele: akt měření jevu nenapravitelně ovlivňuje.
Schematický popis experimentálního uspořádání pro teleportaci fotonu do kosmického prostoru / Čínská akademie věd.
Často, abychom pozorovali atom, svítíme na něj. Fotony tohoto světla interagují s částicemi, čímž ovlivňují jeho polohu, moment hybnosti, rotaci nebo jiné vlastnosti. V kvantovém světě je použití fotonů k pozorování atomu podobné použití bowlingových koulí k počítání kolíků na konci bowlingové dráhy. Výsledkem je, že není možné přesně znát všechny vlastnosti částice, protože v průběhu jejího studia pozorovatel ovlivňuje výsledek.
Pozorovatelský efekt je často zaměňován s myšlenkou, že vědomí může nějakým způsobem ovlivnit nebo dokonce vytvořit realitu. Ve skutečnosti o tomto účinku není nic nadpřirozeného, protože to nevyžaduje vědomí vůbec.
Propagační video:
Fotony, které se srazí s atomem, produkují stejný pozorovatelský efekt bez ohledu na to, zda se k němu pohybují v důsledku akcí ze strany lidského vědomí. V tomto případě je „pozorovat“jednoduše interakce.
Nemůžeme být vnějšími pozorovateli. V kvantových systémech se člověk vždy aktivně účastní a výsledky rozmazává.
Přesně to se Albertovi Einsteinovi nelíbilo. Tato inherentní dvojznačnost pro něj znamenala neúplnost v kvantové mechanice, kterou bylo třeba odstranit. Vědec věřil, že realita nemůže být tak nespolehlivá. Přesně to odkazuje na jeho slavnou frázi: „Bůh nehraje s vesmírem kostky.“
A nic zdůraznilo slabost kvantové mechaniky více než paradox kvantového zapletení.
Někdy v kvantovém měřítku se částice mohou vzájemně propojit takovým způsobem, že měření vlastností jedné částice okamžitě ovlivní druhou, bez ohledu na to, jak daleko jsou. Toto je kvantové zapletení.
Podle Einsteinovy teorie relativity nemůže nic cestovat rychleji než světlo. Zdálo se však, že toto pravidlo porušuje kvantové zapletení. Pokud je jedna částice zamotána s jinou a jakákoli možná změna, ke které dojde u jedné z nich, ovlivní druhou, musí mezi nimi existovat určitý druh spojení. Jak jinak mohou ovlivnit jeden druhého? Pokud se to však stane okamžitě, navzdory vzdálenostem, musí k tomuto spojení dojít rychleji, než je rychlost světla - tedy paradox EPR.
Pokud se pokusíte měřit, skrz kterou štěrbinu prochází elektron během experimentu se dvěma štěrbinami, nezískáte interferenční obrazec. Místo toho se elektrony nebudou chovat jako vlny, ale jako „klasické“částice.
Einstein nazval tento jev „strašidelnou akcí na dálku“. Celé pole kvantové mechaniky se mu zdálo chabé jako předpokládané kvantové zapletení. Až do konce svého života se fyzik neúspěšně snažil tuto teorii „opláchnout“, ale nic z toho nepřišlo. Prostě nebylo co opravit.
Po Einsteinově smrti bylo opakovaně prokázáno, že kvantová mechanika je správná a funguje, i když často odporuje zdravému rozumu. Vědci potvrdili, že paradox kvantového zapletení je skutečným jevem a obecně to není paradox. Navzdory skutečnosti, že k zamotání dochází okamžitě, nelze mezi částicemi přenášet žádné informace rychleji, než je rychlost světla.
Jak to všechno souvisí s kvantovou teleportací? Vraťme se k našemu tématu. Faktem je, že tímto způsobem lze informace stále přenášet. Přesně to vědci z Číny udělali v roce 2017. Ačkoli se to nazývá „teleportace“, ve skutečnosti vědci prováděli přenos informací mezi dvěma zapletenými fotony.
Když je laserový paprsek směrován zvláštním krystalem, jsou fotony emitované tímto paprskem zapleteny. Když je tedy jeden foton měřen v propleteném páru, stav druhého je okamžitě znám. Použijete-li jejich kvantové stavy jako nosič signálu, mohou být informace přenášeny mezi dvěma fotony. To se již dříve dělo v laboratořích po celém světě, ale nikdy předtím nedošlo k takovému procesu v takové vzdálenosti.
Čínští vědci poslali zamotaný foton na satelit 1 400 kilometrů nad Zemí. Pak zapletli foton, který zůstal na planetě, s třetím fotonem, což mu umožnilo poslat svůj kvantový stav do fotonu na satelitu, čímž efektivně kopírovaly třetí foton na oběžné dráze. Třetí foton však nebyl fyzicky přenesen na satelit. Byly přeneseny a obnoveny pouze informace o jeho kvantovém stavu.
Takže to nebyla teleportace ve stylu Star Trek. Největším průlomem v tomto experimentu však nebyla teleportace, ale komunikace.
Kvantový internet založený na zapletených částicích by bylo téměř nemožné hacknout. A to vše díky pozorovatelskému efektu.
Pokud se někdo pokusí zachytit jeden z těchto kvantových přenosů, bude to v podstatě pokus o pozorování částice, která - jak již víme - ji změní. Kompromitovaný přenos by byl okamžitě viditelný, protože by částice přestaly být zapleteny nebo by byl přenos zcela zničen.
Kvantový internet by byla téměř 100% zabezpečenou komunikační sítí. Bez přístupu k zamotaným částicím by to nikdo nemohl proniknout. A pokud někdo získá přístup k jedné ze zapletených částic, okamžitě si to všimnou, protože částice zmizí, což znamená, že internet přestane fungovat. Takto může být užitečnější než fotonové teleportační zařízení.
Vědci museli udělat více než milion pokusů o úspěšné zapletení více než 900 částic. Protože fotony musí procházet naší atmosférou, existuje vysoká pravděpodobnost, že budou interagovat s jinými částicemi, a proto budou „pozorovány“, což eliminuje zapletení a dokončení přenosu.
Kvantová teleportace ztratí všechny informace o původní částici, ale vytvoří identickou kopii na druhém konci / & kopie; Jim Al-Khalili / Během kvantové teleportace dojde ke ztrátě všech informací o původní částici, ale na druhém konci se vytvoří stejná kopie / Jim Al-Khalili.
Použijeme jednoho dne - někdy ve vzdálené budoucnosti - stejnou techniku k teleportování velkých objektů nebo dokonce lidí? Teoreticky ano. To by zamotalo každou částici v těle se stejným počtem částic v cíli. Každý stav a pozice všech vašich částic bude třeba naskenovat a přenést na jiné místo. Čekající částice se zaplétají a přijmou informace, které jim byly předány, okamžitě za předpokladu stavu identického s původními částicemi. To je v podstatě totéž, co se stalo s fotony v čínském experimentu. Jediným rozdílem je, že jde o každou částici ve vašem těle.
Neměli byste však být nadšeni. Teleportace rovněž podléhá pozorovatelskému efektu. Proces skenování, který měří všechny vaše částice, by všechny okamžitě změnil. Je možné, že pro vás byly změny nepříjemné, proměnili byste se v nepoznatelný kvantový sliz. V původním bodě byste přestali existovat a objevovali byste se v jiném - přesně stejném, ale s novou sadou částic. Ale to, zda zůstanete sami nebo ne, je úplně jiná otázka.
Vladimir Guillen