I modsætning til lovgivningen i klassisk mekanik har vi lært at overføre information hurtigere end lysets hastighed. RIA Novosti fandt ud af, hvordan qubits udveksler data, og hvorfor det er umuligt at teleportere et materielt objekt.
Mystisk kvanteverden
I kvanteverdenen måles information i qubits. I modsætning til klassiske bits er de i stand til at forblive samtidigt i to tilstande - logisk nul og en - indtil de måles, eller rettere, læses information.
Rollen som en kvbbit spilles af et kunstigt atom med to energiniveauer. Hvis atomet er på det lavere energiniveau, er systemets tilstand logisk nul, i det øvre er det logisk. Fysisk kan en kvbbit være legemliggjort i en foton, molekyle, ion, atom, kvanteprik - i alt, hvad der udsender og absorberer kvanta af elektromagnetisk energi. F.eks. Er superledende qubits et elektrisk kredsløb lavet af tynde lag af metal, der er afkølet til ultra-lave temperaturer, mellem hvilke par elektroner parrer gennem tynde lag af isolator.
Da vi taler om kvanteverdenen, er det umuligt at sige, i hvilken tilstand elektronet i kvbiten er på hvert øjeblik. Dette åbner muligheder for teleportering - transmission af noget i rummet.
”Kvanteteleportering kræver tre superpositionerede qubits. Lad os sige, at vi er nødt til at overføre information fra det første element til det tredje, og de skal ikke interagere, det vil sige, at de ikke skal være tæt på. Derefter er den tredje og anden qubits sammenfiltret ved hjælp af en logisk operation - deres stater bliver indbyrdes afhængige, og de kaldes selv sammenfiltrede. Og hvis tilstanden til en af dem måles, vil staten for den anden automatisk være modsat. Det er som at smide sorte og hvide bolde i en kasse og derefter trække en af dem tilfældigt ud: Farven på det andet vil være kendt med 100% sandsynlighed,”siger Ilya Besedin, ingeniør ved Superconducting Metamaterials Laboratory på NUST MISIS.
Så skal den anden qubit interagere med den første. Der er to hovedmåder til at få dem til at "chatte". Først ændres resonansfrekvensen for et atom, så det falder sammen med frekvensen af et andet, hvorefter excitationen fra det ene går til det andet gennem det elektriske felt. Den anden mulighed er, at systemet udsættes for mikrobølgestråling, så absorptionskoefficienten for et atom afhænger af tilstanden til et andet. Efter at qubits har "talt", læses deres stater.
Salgsfremmende video:
Faktisk bliver qubits i dette øjeblik til klassiske bits med kendt information. Derefter udføres en logisk operation på den tredje qubit, og det viser sig at være i den første tilstand. Husk, at den første og den tredje qubits aldrig har interageret, undtagen indirekte "kommunikation" gennem den anden qubit. Derudover var den tredje i kontakt med den anden, før han udvekslede oplysninger med den første.
Forvirret? Forestil dig så, at du fik et A til eksamen og delte din glæde med din far. Så gik de til min mor og fortalte hende den samme ting. Og hun fortalte dig, at hun skrabede bilen. Og efter din samtale lærer far på en ukendt måde om denne problemer. Det er vanskeligt at forstå kvantemekanik - det er bedre at bare komme til udtryk med dens love.
Du kan ikke argumentere med relativitetsteorien
Ved hjælp af kvanteteleportering kan information overføres over lange afstande. Indspillet hører hidtil til kinesiske forskere, der sendte data fra Jorden til en satellit over 1400 kilometer. Desuden udveksler qubits selv data øjeblikkeligt, endnu hurtigere end lysets hastighed.
Forskere har bekræftet dette ved samtidig at måle tilstanden af to sammenfiltrede qubits forskellige steder. Det viste sig, at de virkelig "føler" hinandens ændringer hurtigere end lys bevæger sig.
For at udtrække oplysninger fra en qubit skal den afkodes ved hjælp af klassiske bits, hvis transmissionshastighed ikke kan overstige lysets hastighed. Selvom kvanteverdenen giver utrolige muligheder, kan folk på grund af deres klassiske natur undertiden simpelthen simpelthen ikke drage fuld fordel af dem.
”Men kvanteteleportation er perfekt til krypteret dataoverførsel. Naturligvis kan information også krypteres ved hjælp af klassiske algoritmer. Men denne metode har en svaghed: nøgleudveksling. Med tilstrækkelig computerkraft kan den aflyttede kryptering altid læses,”siger eksperten.
Og protokoller, der er baseret på kvanteteleportering, giver dig mulighed for matematisk at bevise, at kvantelinjen ikke tappes. Så snart en outsider opretter forbindelse til den, forringes kvaliteten af overførslen af kvantetilstanden betydeligt, uanset det indtrængende tekniske udstyr. Og begge parter opdager øjeblikkeligt, at deres samtale ikke længere er privat.
Vil der ikke være nogen teleport?
For at dele en sjov video med en ven, har du begge brug for computere eller smartphones. Det samme er med teleporteringen af data mellem qubits: For at overføre staten har du brug for en transmitter qubit og en receiver qubit, som allerede er placeret på det rigtige sted. Det er, før du sender data, skal du fysisk flytte det objekt, der vil modtage det. Og indtil videre kan vi kun gøre dette på en klassisk måde: langs en velkendt bane - fra punkt "A" til punkt "B". Og på ingen måde øjeblikkeligt.
Og hvad med teleporteringen af ethvert materielt objekt som en helhed - for eksempel en person? Når alt kommer til alt består materien i den endelige analyse af atomer, det vil sige kvantesystemer, mellem hvilke information kan transmitteres. For at gøre dette bliver du nødt til at teleportere data om alle kroppens atomer til andre atomer placeret et andet sted og derved genskabe en person.
Men for hver overførsel skal komplekst teknisk udstyr kræves. En person, der vejer ca. 70 kg, indeholder 6,7 * 1027 atomer. Det er utroligt vanskeligt at overføre oplysninger om alle partikler med 100% nøjagtighed - og i øjeblikket er det ikke teknisk muligt. Stadig er teleportering af et materielt objekt for attraktiv til at afvise.