Сенсация: физики впервые телепортировали изображение
Квантовые «телепортационные» каналы связи нам очень нужны. Фото: Who is Danny/Shutterstock/Fotodom
Мы пока не умеет телепортировать вещи, а вот картинки – теперь да. Группа китайских физиков под руководством Цзина Цзетая впервые смогла передать через каналы квантовой запутанности не нуль и единицу (это делали и до них), а крошечную пока что (10 на 10 пикселей) картинку. Статья ждет публикации в журнале Physical Review Letters.
ЧТО ПЕРЕДАЛИ, НЕ ГОВОРЯТ
«Телепортация» - звучит крышесносно (чуть позже мы разберемся, что это такое, и можно ли будет когда-нибудь в пятницу вечером телепортироваться на дачу в обход пробок). Но для физиков это уже немного рутина. С помощью квантовой телепортации создаются экспериментальные каналы связи. Рекорд дальности составляет аж 1700 километров: еще в 2017 году, опять же китайцы, сумели установить телепортационную связь между спутником на орбите и станцией на Земле.
Но работает эта связь пока что по принципу азбуки Морзе: точка или тире, нуль или единица. Телепортировать не удавалось ни голос, ни тем более картинку. И вот – картинка есть.
Если сравнить телепортацию с историей радио, то мы мгновенно перепрыгнули из начала ХХ века (точки-тире) в 1930-е (первые телевизоры, изображение в которых было ужасным).
Чтобы такое провернуть, физики построили устройство, телепортирующее сразу, одновременно не одну единицу информации, а целых сто. С точки зрения инженерии это очень сложное дело. Ведь все эти сто посланцев, несущих информацию, движутся одновременно по одному оптоволокну. Шансы, что они будут толкаться и помешают друг другу, огромны. Тем не менее, применяя остроумные технические решения, Цзин Цзетай со товарищи сделали это.
Сто нулей и единиц – это сто пикселей, это как раз картинка 10 на 10. Четким такое изображение не назовешь. Тем не менее, прямо-таки жаль, но физики не сообщают, какой именно рисунок удостоился подобной чести. Котик? Иероглиф? Пока научный журнал готовит текст к публикации, мы ничего не увидим.
Квантовые «телепортационные» каналы связи нам очень нужны. Ведь их принципиально, на фундаментальном уровне, невозможно взломать. Не нужны шифры. Даже если вы «присоседитесь» к каналу связи, и будете считывать все, что по нему идет, вы ни в жизни не увидите послания. Этому препятствуют законы квантовой механики, а их никой хакер не отменит.
Но что же это за законы, и что вообще это за телепортация такая?
«ЭТО ПРОСТО ЖУТКО»
Альберту Эйнштейну не нравилась квантовая механика (хотя он как никто другой приложил руку к ее созданию). И он постоянно искал в ней дыры.
В 1935 году он, вместе с Борисом Подольским и Натаном Розеном, вник в уравнения квантовой механики, и нашел, как ему показалось, откровенную чушь. Если определенным образом «поженить» две частицы, потом разнести как угодно далеко, и изменить состояние одной частицы, другая мгновенно (то есть быстрее света) об этом узнает.
- Это абсурдно, да это просто жутко! – негодовал Эйнштейн.
Что ж, эффект оказался реальным, и именно его мы сегодня называем «квантовой телепортацией». Уже в 1949 году Ву Цзяньсюн и Ирвинг Шакнов получили пару таких «пожененных» (физики говорят, «запутанных») частиц. Они поняли, что если столкнуть электрон и его античастицу, позитрон, то вылетят два гамма-фотона, и они будут запутанными. Несколько десятилетий физики шлифовали матчасть. В 1964 году удалось произвести запутанные обычные, а не гамма-фотоны, а в 1972 году Стюарт Фридман и Джон Клаузер экспериментально доказали, что запутанные частицы действительно чуют друг друга (и им за это прилетела Нобелевка).
Вот только осуществить собственно квантовую телепортацию, то есть заставить запутанные фотоны передавать информацию, не удавалось из-за грубости оборудования. Лишь в 1997 году все получилось (и Антон Цайлингер из Австрии тоже без Нобелевки не остался).
Фото: Artsiom P/Shutterstock/Fotodom
КАК ЭТО РАБОТАЕТ?
Прекрасный и короткий ответ: мы не понимаем. Уравнения говорят, так и должно быть. Эксперимент подтверждает. Понимания нет.
Часто приводят в пример… носки. Вы едете в отпуск, и по ошибке кладете в чемодан только один носок. Открыв чемодан под пальмами и увидев правый, вы тут же догадываетесь, что дома остался левый.
Так да не так. Дело в том, что запутанные фотоны изначально «никакие». Ни «правые», ни «левые». Не потому, что мы этого не знаем (как в случае с носками). Они НА САМОМ ДЕЛЕ «никакие».
Но вот мы пронаблюдали один фотон и тот оказался «левым». Другой, может, в другой Галактике молниеносно становится «правым». При этом информация о состоянии системы хранится не в фотонах, а где-то… между? Ну, выходит, что так. В другом измерении, может быть.
Глядя на звезды, мы ежесекундно проделываем такой трюк безо всяких приборов. В самом деле, запутанные пары фотонов образуются естественным путем постоянно. И один из них рано или поздно вам в глаз попадет. То есть вы его пронаблюдаете. В этот момент и тот, что поглотился в вашем глазу, и другой, за миллиарды световых лет, перестают быть «никакими», а делаются «какими-то», правыми или левыми. Просто глядя в небо, вы меняете Вселенную!
ЗАКОНЫ ФИЗИКИ НЕ СТРАДАЮТ
Передавать данные «быстрее света» все равно не получается. Скажем, мы на Земле запутали фотоны, поделили на пары, и часть оставили у себя, а часть отослали на МКС. Но мы не знаем, какие, «левые» или «правые», у нас, а какие на орбите. Более того, как мы помним, изначально они «никакие». Но, когда мы в лаборатории проводим измерения с теми частицами, что остались у нас, и видим, что все наши «левые», это значит, что на МКС все «правые». По обычному каналу связи (по радио) мы сообщаем космонавтам: «проверьте ваши пары на правизну». Проверяя, они видят, что в самом деле, у них все фотоны правые.
Фокус тут не в сверхсветовой связи. А в ее защищенности. Если враг перехватит сами запутанные фотоны и попытается посмотреть, что там, он просто разрушит все сообщение. Если услышит, как мы на МКС сообщаем, как им проверить свои фотоны, он все равно не восстановит сообщение, фотонов-то у него нету.
Итак, квантовая телепортация – это вообще не телепортация (просто так называется). Телепортировать себя или посылку она не позволяет. Это плохая новость, а хорошая в том, что физики учатся пользоваться невероятно тонким эффектом. Даже не понимая его до конца.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ
Судьба лунной гонки: российские ученые впервые экспериментально оценили, сколько на Луне воды
Станет ли Луна штатом США, а Илон Маск - властелином Марса: Кто и как пытается делить космос