Kas teleportatsioon on teaduslikult võimalik? Kas saame peagi peaaegu silmapilkselt mööda maailmu rännata? Täna proovime öelda, mis on selles valdkonnas uut.
Teleportatsioon on olnud inimese unistus maailma algusest peale. Inimene soovib koheselt ruumis liikuda, reisida, raiskamata aega väsitavatele pikkadele reisidele. See teema on juba pikka aega olnud paljudes popkultuuri teostes, kuid see on endiselt uurimisobjekt. Kuigi veel 2004. aastal oli see isegi registreeritud patent "kogu keha teleportatsioonisüsteemis" on teleportatsiooniuuringutes juba esimesed edusammud, kuid need tõestavad, et see ei ole üldse see, mida sellelt tehnoloogialt ootame.
Miks teleportatsiooni teema inimkonna kujutlusvõimet nii palju erutab? Kui peaksime koostama nimekirja maailma ihaldatuimatest tehnoloogiatest, oleks teleportatsioon esirinnas. Mõelda vaid, kui palju probleeme me lahendaksime, kui saaksime koheselt erinevate kohtade vahel liikuda. Kahjuks on palju viiteid sellele, et teleportatsioon sellisel kujul, nagu me tahaksime, vähemalt praegu, ei ole meile jõukohane. See aga ei tähenda, et teleportatsioon poleks üldse võimalik. Ta näeb lihtsalt teistsugune välja, kui me ette kujutame.
Teleportatsioonist ei saa rääkida ilma kvantfüüsika põhitõdede lühitutvustuseta. Ja see omakorda võib heidutada paljusid inimesi artiklit edasi lugemast. Kuid uskuge mind, me ei süvene nendesse slummidesse, vaid proovime pealiskaudselt, lihtsate sõnadega ja selgete näidetega selgitada teleportatsiooni põhimõtet. Proovime selgitada, kuidas see praegu toimida saab. Aga miks ma ütlen täpselt "kuidas see nüüd töötab"? Kas see juba toimub? Jah, daamid ja härrad, esimesed tõsised sammud on juba astutud. Teadlastel õnnestus aga teleportida mitte inimest, seadmeid ega materjale, vaid teavet. Kas meil õnnestus teid intrigeerida? Lugege sama edasi.
Teleportatsiooni uurimise edusammud
Kõik teavad, mis on teleportatsioon, kuid mitte kõik ei tea, et selle arendamisel on juba mitu sammu astutud. Ja sellest on palju aega möödas, kui Einstein selle probleemiga tegeles. Teadlased on juba välja selgitanud, et kõik saab alguse mikroskaala tasemelt ehk kvantosakeste tasemelt. Kui neid kvantosakesi uurima hakati, märgati nende kummalist käitumist. Nende suhtlemise protsess erines täielikult kõigest, mida võib makroskaalal palja silmaga näha. Selgus, et kvant osakesed võivad olla korraga kahes kohas. Teadlased nimetavad seda superpositsiooni põhimõtteks. Superpositsioon tekib aga ainult siis, kui osakesed omavahel ei interakteeru ehk nendega ei juhtu midagi. Kui nad on puhkeolekus, räägime nn tõenäosuslaine kollapsist. Ma mõistan, et paljudel teist on raske seda kõike mõista. Lihtsaim viis seda olekut illustreerida on arvutibittide abil. Nagu teate, töötavad need kahendsüsteemis, see tähendab, et need võivad olla null või üks. Ja kubitid (kvantbitid) võivad olla korraga nii "null" kui ka "üks" – kuni tõenäosuslaine kokkuvarisemiseni.
Einsteinil õnnestus avastada see, mida ta nimetas "fantoomi interaktsiooniks distantsilt". Tema uurimistöö käigus selgus, et tavalised osakesed võivad kvanttasandil põimuda. Detailidesse laskumata ütlen, et sellised kaks osakest võivad paarituda, kuigi neil on erinevad omadused (näiteks impulss). Ja nüüd on kõige huvitavam see, et pärast sidumist muutuvad ühe neist omadused, muutes samaaegselt ka teise osakese omadusi. Olenemata nende vahemaast! Ja just sellega teleportatsioon tänapäeval töötab. Kui proovida seda muidugi lihtsate sõnadega kirjeldada, sest mida kaugemale metsa...
Laborites õnnestus teadlastel osakese olek punktist A punkti B üle kanda, kuid sellega ei edastata konkreetset teavet selle osakese kohta. Miks? Peamine probleem seisneb selles, et uuringute praeguse seisu põhjal ei saa mõlemad pooled seda esialgset teavet kindlaks teha, st teadlased ei saa kindlaks teha, mis oli enne ja mis järgnes. Peaaegu nagu kana ja muna. Selles etapis tasub need mõisted esile tõsta. Selgus, et informatsioon on midagi palju keerulisemat kui osakese enda käitumine.
Ja see on teleportatsioonitehnoloogia arengu peamine piirang, mis samal ajal heidab valgust sellele, mida võib tulevikus saavutada ja mida tõenäoliselt ei saa. Teeme kokkuvõtte. Praegu suudame osakesi omavahel "paarida" kvanttasandil. Võime osakeste oleku punktist A punkti B üle kanda, kuid vajalikku infot me ei edasta. Meil pole tehnoloogilisi võimalusi spetsiaalse kanali väljatöötamiseks, mis seda infot valguskiirusel edastaks. Maal edastame infot raadiokanalite või fiiberoptika kaudu, aga see on hoopis teine tase.
Loe ka: Kvantarvutitest lihtsate sõnadega
Mündi trikk
Miks me siis ei teleporteeri teavet suures mahus, kui tundub, et oleme selle tehnoloogia selgeks saanud? Noh, kõik pole nii lihtne, kui võib tunduda. Me ei kontrolli täielikult, millisesse kvantolekusse (ja seega teleportatsiooni tulemusesse) me lõpuks jõuame. Selle selgitamiseks kasutavad teadlased mündi näidet.
Meil on kaks münti takerdunud kvantdimensiooni. Igal neist võib olla üks kahest olekust – esikülg või tagurpidi, üks läheb saatjale, teine adressaadile. Pärast põimumist, kui esimene osutab esiküljele, peab ka teine osutama esiküljele. Õnneks või kahjuks see kvantfüüsikas enam-vähem nii käib. Seda teades hakkab saatja keerutama esimest münti ja samal ajal keerleb münt sellele, kellele see saadeti. Mündi pöörlemise ajal ei tea keegi tulemust. Ei saatja ega saaja. Kuni saatja münt peatub, ei tea ta, millist teavet ta tegelikult vastuvõtjale saadab. Ühesõnaga saadame "midagi", aga tegelikult ei tea mida. Kuni selle saatmiseni jääb teave superpositsiooni.
See piirang muudab konkreetse teabe saatmise praeguses arendusfaasis võimatuks, sest saatja ei saa kindlaks teha, kas me saame kätte selle, mida ta kavatses saata. Seega puudub edastuskanal, mis kontrolliks teavet mõlemalt poolt. Kvantarvutid võiksid meid siin aidata, kuid need alles ilmuvad ja siiani on nad üsna primitiivsed. Me räägime neist täna.
Loe ka: Homsed plokiahelad: krüptovaluutatööstuse tulevik lihtsate sõnadega
Kas inimeste teleportatsioon on üldse võimalik?
Siin jõuame paljude jaoks kõige olulisema küsimuseni. Niisiis, kas me võime isegi mõelda inimeste või muude organismide teleporteerimisele tänapäeva reaalsuse põhjal? Tõenäoliselt pole Maal ühtegi inimest, kes suudaks sellele küsimusele ühemõtteliselt vastata. Arengusuunda vaadates leian aga isiklikult, et see tuleks esialgu ära unustada. Miks?
Pange tähele, et kui me räägime teleportatsioonist, siis räägime alati osakeste oleku ülekandmisest. Seetõttu peab see osake olema mingis "määratletud" olekus. Samal ajal muutub inimese aju iga mikrosekundi tagant. Miljardid sünapsid, elektronid, impulsid – seda protsessi on peaaegu võimatu peatada. Võib tunduda, et aju on koht, kuhu salvestatakse keskkonnast saadud infot. Siis oleks võib-olla võimalik inimene selle infoga teleportida, aga kindlasti poleks tegemist sama ajuga inimesega, kes "käigu" tegemisel. Olek ise on ju omamoodi rekord ja meie närvikeskuse puhul pole isegi esialgset "olekut". Kui me just selgeltnägijast ei räägi.
Need on muidugi vaid oletused ja oletused, sest hetkel ei oska keegi selgelt ennustada, mida tulevik toob. Praegune teleportatsioonitehnoloogiate uurimis- ja arendussuund annab aga mõista, et me läheme teises suunas.
Kas teleportatsiooni tulevik on seotud kvantarvutitega?
Niisiis, kas teleportatsioonil on tulevikku ja mis see on? Teine läbimurre selles teemas toimus 2019. aastal. Nagu me juba mainisime, on kvantoleku teleportatsioon teoreetiliselt võimalik igale kaugusele. Ainult teoreetiliselt, kuna seda pole veel täielikult uuritud, kuid seda võib tõestada juba fakt, et osake liigub rohkem kui 500 kilomeetri kaugusele. Teame ka, et kõige keerulisem teabeühik on väikseim kubit (st superpositsioonis tuntud "bitt").
Vaatamata sellele oleme tänu tõenäosuslaine kokkuvarisemisele vaatluse ajal siiani suutnud teleporteeruda olekusse 0 või 1 ja ei midagi muud. Mõni aeg tagasi õnnestus kahel sõltumatul teadlaste rühmal korraga saata kolmest olekust koosnev superpositsioon, mida nad nimetasid lõikuriks. Päris edukas see siiski ei olnud, kuid katse ise näitab hästi, et teadlased pole teleportatsiooni unustanud. Mida see meie jaoks tähendab? Lühidalt tähendab see seda, et me liigume väga aeglaselt, kuid siiski suurendame jõudu, mis võib tulevikus viia esimese täieliku teabeedastuseni.
2019. aasta lõpus muutus olukord veelgi huvitavamaks. Zürichi teadlaste meeskond õnnestus teleporteeruda andmete kvantiteet. Ühe sekundi jooksul kanti iseseisvalt toimivate arvutisüsteemide vahel üle 10000 XNUMX kvantbitti (kubitti). Nad ehitasid kolme mikroni suuruse elektroonikaga arvutikiibi. Kaks neist olid saatjad ja kolmas vastuvõtja. Absoluutsele nullile lähedasel temperatuuril takerdunud elektronid tähendasid, et saatjasse saadetud andmed ilmusid ka vastuvõtjasse, s.t kvantfüüsika põhimõtete kohaselt. Ja miks me räägime teleportatsioonist, mitte ainult andmeedastusest? Noh, sest süsteemide vahel polnud juhet ega muud määratud teed.
Usun, et kõik eelpool käsitletud teemad loovad sündmustest üsna pessimistliku versiooni, mis omakorda peegeldab teie entusiasmi selle teema vastu. Kuid pole veel aeg paanikaks sattuda ja kaotada huvi teleportatsiooni teema vastu. Teadus ei seisa paigal. Kvantosakeste oleku teleporteerumise uuringute arenedes hakkasid lõpuks ilmuma seadmed kvantarvutite kujul. "Mis on sellel pistmist meie teemaga?" - te küsite. Noh, nende abiga tahame saavutada eraldi kvantkanali loomise. Tänu sellele on võimalik infot teleportida, mitte saata, nagu praegu, muuhulgas optiliste kiudude abil (jutt käib muidugi "traditsioonilisest jaotusest", mitte kvantosakestest) . Jah – see on viis "mündi saatja" oletatavale mõjule selle ringluse tulemusele saaja mündile.
Selliste arvutite tööd on huvitav kirjeldada, kui mõistate, et kvantarvutit ei saa võrrelda tavalise lauaarvutiga. See on sama, mis öelda, et hõõglamp on lihtsalt "tugevam küünal". Need on täiesti erinevad tehnoloogiad, mis pole isegi üksteisega sarnased. Ja nii nagu tänapäevased arvutid töötavad kahendsüsteemis kahe olekuga (0 ja 1), saavad kvantarvutid töötada superpositsioonis olevate olekutega. Nii võivad need näiteks olla korraga 60% null ja 40% üks. See kõlab keeruliselt, nii et liigume edasi teise näite juurde.
Arvutiga mängime "esi- või tagurpidi" (ma juba mainisin, et see on teadlaste lemmiknäide kvantolekute seletamisel). Esikülg on vaikimisi laual. Esimeses voorus võib arvuti mündi visata või jätta muutmata, kuid me ei tea lõpliku otsuse tulemust. Siis saame sama võimaluse ja tulemust ei tea ka arvuti. Mõne ringi järel kontrollitakse mündi seisukorda. Kui esikülg on muutunud, võidab arvuti, vastasel juhul võidame meie. See annab meile täpselt 50% võiduvõimaluse.
Kui mängime sama mängu kvantarvutiga, on arvutil põhimõtteliselt 100% võiduvõimalus (uuringu kohaselt võitis see 97% enam kui 300 erinevas mängus, ülejäänud 3% on tõenäoliselt... süsteemivea tõttu). Aga kuidas see võimalik on? Kujutage ette, et igal ringil hoiab arvuti oma superpositsiooni, sest seda ei näe ükski vaatleja (keegi keskkonnast, kaasa arvatud meie). Samas otsustab masin 30% esikülje ja 70% hetkeseisust lahkumise kasuks, järgmises voorus valib teise. Kuid kõige olulisem on see, et kvantarvuti valib alati kaks erinevat olekut (kui me valime ainult ühe). Päris mängu lõpus, kui tulemus selgub, murdub tõenäosuslaine ja… ta võidab.
Kas kvantarvuti petab meid? Ei! Ma tean, et sellest on raske aru saada, aga kujutage ette, et selle mitme ringi jooksul valab arvuti ühte kaussi erinevates vahekordades kaks erinevat mahla ja kõige lõpus eraldab segu mõlemad komponendid, sõna otseses mõttes "ületades" tõenäosuse ja pannes alati õige valik. Raske uskuda, kuid praktikas just nii juhtub.
Ebaselge nähtus, kuid see on hea näide kvantfüüsika võimsusest. Kvantmolekulide tasemel suudaks selline arvuti palju paremini välja töötada näiteks uusi ravimeid. Kindlasti tuleks see meile kasuks pandeemia tingimustes ja teistest haigustest ülesaamiseks. Kuid kõige tähtsam on see, et selline arvuti on kasulik teleportatsiooni infotehnoloogiate arendamisel. Ja need ei ole tühised sõnad! Kui maailmas on palju kvantarvuteid, saavad nende kõigi kvantmolekulid omavahel seguneda (paarituda). Siis, kui muudame neist ühe omadust, muudame ka paarismolekuli olekut. Lõpuks on võimalik teavet saata, sest kohe pärast selle saatmist saab määrata alg- ja lõppoleku. Igal juhul meenutagem Google’i kvantsuperarvuti saavutusi. 200 sekundiga tegi ta arvutused, mis nõuaks... 10 aastat kiireima "tavalise" superarvuti tööd. Nii et näete selle tohutut potentsiaali ja jõudu.
Nii tekiks täiesti uus edastuskanal, millest me ei osanud uneski näha. Täpselt nagu praegu kiudoptiline või raadiokanal. Ja kuna, nagu juba öeldud, kvantoleku teleportatsioonikaugusel teoreetiliselt piiranguid pole, saame hetkega suhelda ka teiste planeetidega. Ja seda äärmiselt ohutul viisil. Tänu teleportatsioonile oleks infot "püüda" isegi teoreetiliselt võimatu. Teisest küljest, kui teleportatsioon saaks võimalikuks, leiaks intelligentne inimene selleks võimaluse. Võib-olla me ei tea veel nii palju ega ole seetõttu päris homo sapiens...
Ja nüüd oleme jõudnud teleportatsiooni arengu hetke- ja tulevase olukorra teemalise vestluse lõppu. Tuleb tunnistada, et tulevikuplaanid tunduvad palju huvitavamad, seda enam, et kõik need pole nii kaugel, kui arvata võiks. Samuti tuleb meeles pidada, et me ei saa ennustada, milline on tulevik tegelikult. Kaasaegne maailm on tõestanud, et mõnikord muutub see, mis 30 aastat tagasi tundus fantaasiana, tänapäeval reaalsuseks. Kõik teesid (eriti need, mis on seotud inimeste teleporteerumisega) põhinevad olemasoleval informatsioonil ja teadusarengu prognoosidel. Seetõttu loodame, et kvantarvutuse tehnoloogia muutub peagi kättesaadavamaks ja arusaadavamaks. Ja loomulikult tahame, et see revolutsioon toimuks meie elu jooksul. Ma tõesti tahan näha, kuidas inimene saab koheselt Marsile või Alfa Centaurile liikuda. Unistused, unistused, unistused...
Loe ka:
