Vai teleportācija ir zinātniski iespējama? Vai mēs drīz varēsim apceļot pasaules gandrīz acumirklī? Šodien mēģināsim pastāstīt, kas jauns šajā jomā.
Teleportācija ir bijis cilvēka sapnis kopš pasaules pirmsākumiem. Cilvēks vēlas acumirklī pārvietoties kosmosā, ceļot, netērējot laiku nogurdinošajiem braucieniem lielos attālumos. Šī tēma jau sen ir bijusi daudzos popkultūras darbos, taču tā joprojām ir izpētes priekšmets. Lai gan tālajā 2004. gadā tas pat tika reģistrēts patents uz "visa ķermeņa teleportācijas sistēmu" jau ir pirmie panākumi teleportācijas pētījumos, taču tie pierāda, ka tas nepavisam nebūs tas, ko mēs sagaidām no šīs tehnoloģijas.
Kāpēc teleportācijas tēma tik ļoti rosina cilvēces iztēli? Ja mēs izveidotu pasaulē visvairāk vēlamo tehnoloģiju sarakstu, teleportācija būtu priekšplānā. Iedomājieties, cik daudz problēmu mēs atrisinātu, ja mēs varētu nekavējoties pārvietoties starp dažādām vietām. Diemžēl ir daudzas pazīmes, kas liecina, ka teleportācija tādā formā, kādu mēs vēlētos redzēt, vismaz pagaidām mums nav sasniedzama. Tomēr tas nenozīmē, ka teleportācija vispār nav iespējama. Viņa vienkārši izskatās savādāk, nekā mēs iedomājamies.
Par teleportāciju nevar runāt bez īsa ievada kvantu fizikas pamatos. Un tas, savukārt, var atturēt daudzus cilvēkus no raksta lasīšanas tālāk. Bet ticiet man, mēs pārāk neiedziļināsimies tajos graustos, bet mēģināsim virspusēji, vienkāršiem vārdiem un ar skaidriem piemēriem izskaidrot teleportācijas principu. Mēģināsim paskaidrot, kā tas var darboties tieši tagad. Bet kāpēc es saku tieši "kā tas tagad darbojas"? Vai tas jau notiek? Jā, dāmas un kungi, pirmie nopietnie soļi jau ir sperti. Tomēr zinātniekiem izdevās teleportēt nevis cilvēku, aprīkojumu vai materiālus, bet gan informāciju. Vai mums izdevās jūs ieintriģēt? Lasiet tālāk par to pašu.
Teleportācijas izpētes sasniegumi
Ikviens zina, kas ir teleportācija, taču ne visi zina, ka tās attīstībā jau ir sperti vairāki soļi. Un ir pagājis ilgs laiks, kopš Einšteins risināja šo jautājumu. Zinātnieki jau ir noskaidrojuši, ka viss sākas mikroskalu līmenī, tas ir, kvantu daļiņu līmenī. Kad šīs kvantu daļiņas sāka pētīt, tika pamanīta to dīvainā uzvedība. Pats viņu mijiedarbības process bija pilnīgi atšķirīgs no visa, ko makro mērogā var redzēt ar neapbruņotu aci. Izrādījās, ka kvantu daļiņas var atrasties divās vietās vienlaikus. Zinātnieki to sauc par superpozīcijas principu. Tomēr superpozīcija notiek tikai tad, ja daļiņas savstarpēji nesadarbojas, tas ir, ar tām nekas nenotiek. Kad viņi atrodas miera stāvoklī, mēs runājam par tā saukto varbūtības viļņa sabrukumu. Es saprotu, ka daudziem no jums ir grūti to visu saprast. Vienkāršākais veids, kā ilustrēt šo stāvokli, ir ar datora bitu palīdzību. Kā jūs zināt, tie darbojas binārajā sistēmā, tas ir, tie var būt nulle vai viens. Un kubiti (kvantu biti) var būt gan "nulle", gan "viens" vienlaikus - līdz varbūtības vilnis sabrūk.
Einšteinam izdevās atklāt to, ko viņš sauca par "fantoma mijiedarbību no attāluma". Viņa pētījumu gaitā atklājās, ka parastas daļiņas var savīties kvantu līmenī. Neiedziļinoties detaļās, teikšu, ka šādas divas daļiņas var pāroties, lai gan tām ir dažādas īpašības (piemēram, impulss). Un tagad interesantākais ir tas, ka pēc savienošanas pārī mainās viena no tām īpašības, vienlaikus mainot otras daļiņas īpašības. Neatkarīgi no attāluma viņi ir! Un tieši uz to šodien darbojas teleportācija. Ja mēģināt to aprakstīt vienkāršiem vārdiem, protams, jo jo tālāk mežā...
Laboratorijās zinātniekiem izdevās pārvietot daļiņas stāvokli no punkta A uz punktu B, taču ar to netiek pārraidīta nekāda konkrēta informācija par šo daļiņu. Kāpēc? Galvenā problēma ir tā, ka, pamatojoties uz pašreizējo pētījumu stāvokli, abas puses nevar noteikt šo sākotnējo informāciju, tas ir, zinātnieki nevar noteikt, kas bija pirmais un kas sekoja. Gandrīz kā vista un ola. Šajā posmā ir vērts izcelt šos jēdzienus. Izrādījās, ka informācija ir kaut kas daudz sarežģītāks nekā pašas daļiņas uzvedība.
Un tas ir galvenais ierobežojums teleportācijas tehnoloģiju attīstībā, kas tajā pašā laikā izgaismo to, ko var sasniegt nākotnē un ko, iespējams, nevar sasniegt. Apkoposim. Šobrīd mēs spējam "savienot" daļiņas savā starpā kvantu līmenī. Mēs varam pārnest daļiņu stāvokli no punkta A uz punktu B, bet mēs nenododam nepieciešamo informāciju. Mums nav tehnoloģisku iespēju izstrādāt īpašu kanālu, kas pārraidītu šo informāciju gaismas ātrumā. Uz Zemes mēs pārraidām informāciju pa radio kanāliem vai optisko šķiedru, bet tas ir pavisam cits līmenis.
Lasi arī: Par kvantu datoriem vienkāršos vārdos
Monētu triks
Tātad, kāpēc mēs neteleportējam informāciju plašā mērogā, ja šķiet, ka esam apguvuši tehnoloģiju? Nu, ne viss ir tik vienkārši, kā varētu šķist. Mēs pilnībā nekontrolējam, ar kādu kvantu stāvokli (un līdz ar to teleportācijas rezultātu) mēs nonākam. Lai to izskaidrotu, zinātnieki izmanto monētas piemēru.
Mums ir divas monētas, kas sapinušās kvantu dimensijā. Katram var būt viens no diviem stāvokļiem - averss vai reverss, viens nonāk sūtītājam, otrs adresātam. Pēc sapīšanās, ja pirmais norāda uz aversu, otrajam arī jānorāda uz aversu. Par laimi vai diemžēl kvantu fizikā tas vairāk vai mazāk darbojas. To zinot, sūtītājs sāk griezt pirmo monētu un tajā pašā laikā monēta griežas tam, kuram tā tika nosūtīta. Kamēr monēta griežas, neviens nezina rezultātu. Ne sūtītājs, ne saņēmējs. Kamēr sūtītāja monēta neapstājas, tas nezina, kādu informāciju tas patiesībā sūta saņēmējam. Īsāk sakot, mēs sūtām "kaut ko", bet mēs īsti nezinām, ko. Līdz nosūtīšanai informācija paliek superpozīcijā.
Šis ierobežojums neļauj nosūtīt konkrētu informāciju šajā izstrādes stadijā, jo sūtītājs nevar noteikt, vai mēs saņemsim to, ko viņš bija iecerējis nosūtīt. Tātad nav pārraides kanāla, kas pārbauda informāciju no abām pusēm. Šeit mums varētu palīdzēt kvantu datori, taču tie tikai tagad parādās, un līdz šim tie ir diezgan primitīvi. Par tiem mēs šodien runāsim.
Lasi arī: Rītdienas blokķēdes: kriptovalūtu nozares nākotne vienkāršos vārdos
Vai cilvēka teleportācija vispār ir iespējama?
Šeit mēs nonākam pie vissvarīgākā jautājuma daudziem. Tātad, vai mēs varam pat domāt par cilvēku vai citu organismu teleportēšanu, pamatojoties uz mūsdienu realitāti? Nu, droši vien uz Zemes nav neviena cilvēka, kurš spētu viennozīmīgi atbildēt uz šo jautājumu. Taču, raugoties uz attīstības virzienu, man personīgi šķiet, ka tas pagaidām ir jāaizmirst. Kāpēc?
Ņemiet vērā, ka, runājot par teleportāciju, mēs vienmēr runājam par daļiņu stāvokļa nodošanu. Tāpēc šai daļiņai ir jābūt kādā "definētā" stāvoklī. Tikmēr cilvēka smadzenes mainās katru mikrosekundi. Miljardiem sinapses, elektroni, impulsi – šo procesu ir gandrīz neiespējami apturēt. Var šķist, ka smadzenes ir vieta, kur tiek glabāta no vides saņemtā informācija. Tad varētu būt iespējams teleportēt cilvēku ar šo informāciju, bet tas noteikti nebūtu tas pats cilvēks ar tādām pašām smadzenēm kā tad, kad tika veikta "gājiens". Galu galā pati valsts ir sava veida rekords, un mūsu nervu centra gadījumā nav pat sākotnējā "stāvokļa". Ja vien mēs nerunājam par ekstrasensu.
Protams, tie ir tikai minējumi un pieņēmumi, jo šobrīd neviens nevar skaidri paredzēt, ko nesīs nākotne. Taču pašreizējais teleportācijas tehnoloģiju pētniecības un attīstības virziens liek saprast, ka iesim citā virzienā.
Vai teleportācijas nākotne ir saistīta ar kvantu datoriem?
Tātad, vai teleportācijai ir nākotne, un kāda tā ir? Vēl viens izrāviens šajā tēmā notika 2019. gadā. Kā jau minējām, kvantu stāvokļa teleportācija teorētiski ir iespējama uz jebkuru attālumu. Tikai teorētiski, jo tas vēl nav pilnībā izpētīts, taču pats fakts par daļiņas pārvietošanu vairāk nekā 500 kilometru attālumā var to pierādīt. Mēs arī zinām, ka līdz šim vissarežģītākā informācijas vienība ir mazākais kubits (ti, labi zināms "bits" superpozīcijā).
Neskatoties uz to, sakarā ar varbūtības viļņa sabrukumu novērošanas laikā, mums līdz šim ir izdevies teleportēties uz stāvokli 0 vai 1, un nekas cits. Pirms kāda laika divām neatkarīgām zinātnieku komandām izdevās vienlaikus nosūtīt trīs stāvokļu superpozīciju, ko viņi nosauca par griezēju. Tomēr tas nebija līdz galam veiksmīgs, taču pats mēģinājums labi parāda, ka zinātnieki nav aizmirsuši par teleportāciju. Ko tas mums nozīmē? Īsumā tas nozīmē, ka mēs ļoti lēni, bet tomēr palielinām jaudu, kas nākotnē var novest pie pirmās pilnās informācijas pārraides.
2019. gada beigās situācija kļuva vēl interesantāka. Zinātnieku komanda no Cīrihes izdevās teleportēties datu kvants. 10000 XNUMX kvantu bitu (kubitu) tika pārsūtīti starp neatkarīgi strādājošām datorsistēmām vienas sekundes laikā. Viņi uzbūvēja datora mikroshēmu ar trīs mikronu lielu elektroniku. Divi bija raidītāji, bet trešais bija uztvērējs. Sapinušies elektroni temperatūrā, kas ir tuvu absolūtai nullei, nozīmēja, ka uztvērējā parādījās arī raidītājam nosūtītie dati, t.i., saskaņā ar kvantu fizikas principiem. Un kāpēc mēs runājam par teleportāciju, nevis tikai datu pārsūtīšanu? Nu tāpēc, ka starp sistēmām nebija vadu vai cita noteikta ceļa.
Es uzskatu, ka visi iepriekš apspriestie jautājumi rada diezgan pesimistisku notikumu versiju, kas savukārt atspoguļos jūsu entuziasmu par šo tēmu. Bet nav pienācis laiks panikai un zaudēt interesi par teleportācijas tēmu. Zinātne nestāv uz vietas. Attīstoties pētījumiem par kvantu daļiņu stāvokļa teleportāciju, beidzot sāka parādīties aprīkojums kvantu datoru veidā. "Kāds tam sakars ar mūsu tēmu?" - tu jautā. Nu ar viņu palīdzību mēs vēlamies panākt atsevišķa kvantu kanāla izveidi. Pateicoties tam, informāciju būs iespējams teleportēt, nevis sūtīt, kā tas ir tagad, cita starpā ar optisko šķiedru palīdzību (protams, runa ir par "tradicionālo sadalījumu", nevis par kvantu daļiņām) . Jā – tas ir “monētas sūtītāja” domājamās ietekmes veids uz tās aprites rezultātu uz saņēmēja monētu.
Šādu datoru darbu ir interesanti aprakstīt, ja saprotat, ka kvantu datoru nevar salīdzināt ar parastu galddatoru. Tas viss ir tas pats, kas teikt, ka kvēlspuldze ir tikai "spēcīgāka svece". Tās ir pilnīgi atšķirīgas tehnoloģijas, kas pat nav līdzīgas viena otrai. Un tāpat kā mūsdienu datori strādā ar diviem stāvokļiem binārajā sistēmā (0 un 1), kvantu datori var strādāt ar stāvokļiem, kas atrodas superpozīcijā. Tātad, piemēram, tie vienlaikus var būt 60% nulle un 40% viens. Tas izklausās sarežģīti, tāpēc pāriesim pie cita piemēra.
Mēs ar datoru spēlējam "aversu vai reversu" (jau minēju, ka šis ir zinātnieku iecienītākais piemērs, skaidrojot kvantu stāvokļus). Averss pēc noklusējuma ir uz galda. Pirmajā kārtā dators var uzsist monētu vai atstāt to nemainīgu, taču mēs nezinām galīgā lēmuma iznākumu. Tad mums rodas tāda pati iespēja, un arī dators nezina rezultātu. Pēc dažām kārtām tiek pārbaudīts monētas stāvoklis. Ja averss ir mainījies, dators uzvar, pretējā gadījumā mēs uzvarēsim. Tas dod mums tieši 50% iespēju laimēt.
Ja mēs spēlēsim vienu un to pašu spēli ar kvantu datoru, dators principā iegūs 100% iespēju laimēt (pētījumā tas uzvarēja 97% vairāk nekā 300 dažādās spēlēs, atlikušie 3%, iespējams, ir... sistēmas kļūdas dēļ). Bet kā tas ir iespējams? Iedomājieties, ka katru reizi dators saglabā savu superpozīciju, jo to neredz neviens novērotājs (neviens no vides, arī mēs). Tajā pašā laikā mašīna lemj par 30% par labu aversam un 70% par labu pašreizējā stāvokļa atstāšanai, nākamajā kārtā tā izvēlas citu. Bet vissvarīgākais ir tas, ka kvantu dators vienmēr izvēlas divus dažādus stāvokļus (kad mēs izvēlamies tikai vienu). Pašās spēles beigās, kad tiek atklāts iznākums, varbūtības vilnis pārtrūkst un... viņš uzvar.
Vai kvantu dators mūs maldina? Nē! Zinu, ka to ir grūti saprast, bet iedomājieties, ka šo vairāku apļu laikā dators vienā bļodā dažādās proporcijās ielej divas dažādas sulas un pašās beigās atdala abas maisījuma sastāvdaļas, burtiski "pārvarot" varbūtību un vienmēr liekot pareizā izvēle. Grūti noticēt, bet praksē tieši tā notiek.
Neskaidra parādība, taču tā labi ilustrē kvantu fizikas spēku. Kvantu molekulu līmenī šāds dators daudz labāk spētu izstrādāt, piemēram, jaunas zāles. Tas mums noteikti noderētu pandēmijas apstākļos un citu slimību uzveikšanai. Bet pats galvenais, ka šāds dators noderēs teleportācijas informācijas tehnoloģiju attīstībā. Un tie nav triviāli vārdi! Kad pasaulē būs daudz kvantu datoru, katra no tiem kvantu molekulas varēs sajaukties (sapārot) viena ar otru. Tad, ja mainīsim kāda no tām īpašību, mainīsim arī pārī savienotās molekulas stāvokli. Beidzot būs iespēja nosūtīt informāciju, jo uzreiz pēc tās nosūtīšanas varēs noteikt sākotnējo un beigu stāvokli. Jebkurā gadījumā atcerēsimies Google kvantu superdatora sasniegumus. 200 sekundēs viņš veica aprēķinus, kas prasītu... 10 ātrākā "normālā" superdatora darbības gadus. Tātad jūs varat redzēt milzīgo potenciālu un spēku, ko tas nes.
Tādējādi tiktu izveidots pilnīgi jauns pārraides kanāls, par kuru mēs pat sapņojām nesapņojām. Tāpat kā tagad optiskā šķiedra vai radio kanāls. Un tā kā, kā jau minēts, kvantu stāvokļa teleportācijas attālumam teorētiski nav robežu, mēs vienā mirklī varēsim sazināties arī ar citām planētām. Un ārkārtīgi drošā veidā. Pateicoties teleportācijai, informāciju "noķert" būtu pat teorētiski neiespējami. No otras puses, ja teleportācija kļūtu iespējama, inteliģents cilvēks atrastu veidu, kā to izdarīt. Varbūt mēs vēl nezinām tik daudz un tāpēc neesam gluži homo sapiens...
Un nu esam sasnieguši sarunas par pašreizējo un turpmāko teleportācijas attīstības stāvokli noslēgumu. Jāatzīst, ka nākotnes plāni izskatās daudz interesantāki, jo īpaši tāpēc, ka ne visi ir tik tālu, kā varētu domāt. Jāatceras arī tas, ka mēs nevaram paredzēt, kāda patiesībā būs nākotne. Mūsdienu pasaule ir pierādījusi, ka dažreiz tas, kas pirms 30 gadiem šķita kā fantāzija, šodien kļūst par realitāti. Visas tēzes (īpaši tās, kas saistītas ar cilvēka teleportāciju) ir balstītas uz pieejamo informāciju un pētījumu attīstības prognozēm. Tāpēc mēs ceram, ka kvantu skaitļošanas tehnoloģija drīz kļūs pieejamāka un saprotamāka. Un, protams, mēs vēlamies, lai šī revolūcija notiktu mūsu dzīves laikā. Es ļoti gribu redzēt, kā cilvēks var uzreiz pārcelties uz Marsu vai Alfa Kentauri. Sapņi, sapņi, sapņi...
Lasi arī:
