СтатьиТехнологииТелепортация с научной точки зрения и ее будущее

Телепортация с научной точки зрения и ее будущее

-

Возможна ли телепортация с научной точки зрения? Скоро ли мы сможем путешествовать по миру почти мгновенно? Сегодня попробуем рассказать, что нового в этой сфере.

Телепортация была человеческой мечтой от начала мира. Человек хочет мгновенно перемещаться в пространстве, путешествовать, не теряя времени на утомительные поездки на дальние расстояния. Эта тема уже давно присутствует во многих произведениях поп-культуры, но до сих пор остается предметом исследований ученых. Хотя, еще в 2004 году уже даже был зарегистрирован патент на «систему телепортации всего тела», уже есть первые успехи в исследованиях телепортации, но они показывают, что это будет совсем не то, чего мы ожидаем от этой технологии.

Почему тема телепортации так будоражит воображение человечества? Если бы мы составили перечень наиболее желаемых технологий в мире, телепортация была бы на переднем крае. Только подумайте, сколько проблем мы решили бы, если бы могли мгновенно перемещаться между различными точками. К сожалению, существует множество указаний на то, что телепортация в том виде, как нам хотелось бы видеть, по крайней мере на данном этапе, находится за пределами наших возможностей. Однако это не означает, что телепортация вообще невозможна. Она просто выглядит иначе, чем мы себе представляем.

Телепортация с научной точки зрения и ее будущее

Невозможно говорить о телепортации без короткого вступления об основах квантовой физики. А это, в свою очередь, может отбить у многих людей желание вообще читать статью дальше. Но поверьте, мы не будем слишком углубляться в эти дебри, а попытаемся поверхностно, простыми словами и на понятных примерах объяснить принцип действия телепортации. Попробуем объяснить, как она может работать именно сейчас. Но почему я говорю, именно «как это работает сейчас»? Неужели это уже происходит? Да, дамы и господа, первые серьезные шаги уже сделаны. Однако ученым удалось телепортировать не человека, оборудование или материалы, а информацию. Мы сумели заинтересовать вас? Тогда читайте дальше.

Успехи в исследованиях телепортации

Всем известно, что такое телепортация, но не всем известно, что уже сделаны некоторые шаги в ее развитии. И уже очень давно, так как этим вопросом занимался еще Эйнштейн. Уже сейчас ученые выяснили, что все начинается на микромасштабном уровне, то есть на уровне квантовых частиц. Когда начали исследовать эти квантовые частицы, то было замечено их странное поведение. Сам процесс их взаимодействия был совсем иным, чем все, что можно увидеть невооруженным глазом в макромасштабе. Оказалось, что квантовые частицы могут находиться сразу в двух местах. Ученые называют это принципом суперпозиции. Однако, суперпозиция происходит только тогда, когда частицы не взаимодействуют между собой, то есть ничего не происходит с ними. Когда они в состоянии покоя, речь идет о так называемом коллапсе волны вероятности. Я осознаю, что многим из вас трудно все это понять. Самый простой способ проиллюстрировать это состояние можно с помощью компьютерных битов. Как известно, они работают в двоичной системе, то есть могут быть нулевыми или единичными. А кубиты (квантовые биты) могут быть одновременно и «нулем», и «единицей» — пока волна вероятности не разрушится.

Телепортация с научной точки зрения и ее будущее

Эйнштейну удалось обнаружить то, что он назвал «призрачным взаимодействием на расстоянии». В ходе его исследований оказалось, что обычные частицы могут переплетаться на квантовом уровне. Не вдаваясь в подробности, скажу, что такие две частицы могут спариться, хотя они и имеют разные свойства (например, импульс). А теперь самое интересное — после спаривания меняются свойства одной из них, одновременно изменяя свойства другой частицы. Независимо от расстояния, на котором они находятся! И это именно то, на основе чего работает сегодня телепортация. Если пытаться описать это простыми словами, конечно, потому что чем дальше в лес…

В лабораториях ученым удалось перенести состояние частицы из точки А в точку В, однако вместе с этим не передается конкретная информация об этой частице. Почему? Главная проблема заключается в том, что на основе современного уровня исследований, обе стороны не могут установить эту исходную информацию, то есть ученым не удается определить, что было сначала, а что потом. Почти, как курица и яйцо. На этом этапе следует выделить эти понятия. Выяснилось, что информация является чем-то гораздо более сложным, чем поведение самой частицы.

Телепортация с научной точки зрения и ее будущее

И это главное ограничение в развитии технологии телепортации, которое одновременно проливает свет на то, что возможно будет достигнуто в будущем, а чего, пожалуй, не достичь. Подведем итог. Сейчас мы способны «спаривать» частицы между собой на квантовом уровне. Мы можем перенести состояние частиц из точки А в точку В, но мы не передаем нужную информацию. У нас нет технологических возможностей для разработки специального канала, который передавал бы эту информацию со скоростью света. На Земле мы передаем информацию через радиоканалы или волоконную оптику, но это совсем другой уровень.

Читайте также: О квантовых компьютерах простыми словами

Хитрость с монетой

Так почему бы нам не телепортировать информацию в большом масштабе, когда, казалось бы, мы освоили эту технологию? Ну, не все так просто, как может показаться. Мы не полностью контролируем, какое квантовое состояние (и, следовательно, результат телепортации) получим в конечном итоге. Для объяснения этого ученые используют пример монеты.

У нас есть две монеты, перепутанные в квантовом измерении. Каждая может иметь одно из двух состояний — аверс или реверс, один поступает отправителю, другой — получателю. После запутывания, если первая указывает на аверс, вторая тоже должна указывать на аверс. К счастью, или к сожалению, это более или менее так работает в квантовой физике. Зная это, отправитель начинает вращать первую монету и одновременно монета вращается у того, кому ее отправили. Пока монета крутится, результат никто не знает. Ни отправитель, ни получатель. Пока монета отправителя не остановится, он не знает, какую информацию самом деле направляет получателю. Короче говоря, мы посылаем «нечто», но на самом деле не знаем, что. Пока она не отправлена, информация остается в суперпозиции.

Телепортация с научной точки зрения и ее будущее

Это ограничение делает невозможным передачу конкретной информации на текущем этапе развития, поскольку отправитель не может определить, получим ли мы то, что он намеревался передать. Так как нет канала передачи, который бы проверял информацию с обеих сторон. Здесь нам могли бы помочь квантовые компьютеры, но они только сейчас появляются, и являются пока довольно примитивными. О них мы сегодня поговорим.

Возможна ли вообще телепортация человека?

Вот мы и подошли к самому важному для многих вопросу. А именно, можем ли мы хотя бы думать о телепортации людей или других организмов, опираясь на реальность сегодняшнего дня? Ну, наверное, нет ни одного человека на Земле, который смог бы однозначно ответить на этот вопрос. Однако, глядя на направление развития, я лично считаю, что об этом следует пока забыть. Почему?

Обратите внимание, что когда мы говорим о телепортации, то постоянно говорим о переносе состояния частиц. То есть, эта частица должна находиться в каком-то «определенном» состоянии. Между тем человеческий мозг меняется каждую микросекунду. Миллиарды синапсов, электронов, импульсов — этот процесс практически невозможно остановить. Может показаться, что мозг — это место, где хранится информация, полученная из окружающей среды. Тогда, возможно, можно было бы телепортировать человека с этой информацией, но это, безусловно, будет не тот же человек с тем же мозгом, каким он был, когда «ход» был сделан. В конце концов, само состояние — это своеобразная запись, а в случае с нашим нервным центром даже не существует начального «состояния». Разве что речь идет об экстрасенсе.

Конечно, это лишь догадки и предположения, ведь на данный момент никто не может четко предсказать, что принесет будущее. Однако современное направление исследований и развития технологий телепортации заставляет нас понять, что мы пойдем в другом направлении.

Будущее телепортации связано с квантовыми компьютерами?

Так есть ли будущее у телепортации, и какое оно? Очередной прорыв в этой сфере состоялся в 2019 году. Как мы уже упоминали, телепортация квантового состояния возможна теоретически на любое расстояние. Лишь теоретически, поскольку она еще не полностью изучена, но сам факт перемещения частицы на расстояние более 500 километров может это доказать. Мы также знаем, что на сегодняшний день самой сложной единицей информации является наименьший кубит (то есть, хорошо известный «бит» в суперпозиции).

Несмотря на это, из-за коллапса волны вероятности во время наблюдения, нам до сих пор удавалось телепортировать состояние 0 или 1, и ничего другого. Некоторое время назад двум независимым командам ученых удалось передать суперпозицию из трех состояний одновременно, которую назвали резаком (cutter). Однако, это не полностью удалось, но сама попытка показывает, что ученые не забыли о телепортации. Что это значит для нас? В двух словах, это означает, что мы очень медленно, но все же увеличиваем мощность, которая в будущем может привести к первой полноценной передаче информации.

Телепортация с научной точки зрения и ее будущее

В конце 2019 года ситуация стала еще интереснее. Команде ученых из Цюриха удалось телепортировать квант данных. 10 000 квантових битов (кубитов) были переданы между независимо действующими компьютерными системами за одну секунду. Они построили компьютерный чип с электроникой размером в три микрона. Два были передатчиками, тогда как третий был приемником. Перепутанные электроны при температуре, близкой к абсолютному нулю, показали, что данные, пересылаемые на передатчик, также появлялись в приемнике, в соответствии с принципами квантовой физики. И почему мы говорим о телепортации, а не просто о передаче данных? Ну, потому что между системами не было провода или иного предназначенного пути.

Я считаю, что все обсужденные выше вопросы создают достаточно пессимистичную версию событий, что, в свою очередь, отразится на вашем энтузиазме относительно этой темы. Но еще не время паниковать и терять интерес к теме телепортации. Наука не стоит на месте. С развитием исследований по телепортации состояния квантовых частиц наконец начало появляться оборудование в виде квантовых компьютеров. «Какое отношение это имеет к нашей теме?» — спросите вы. Ну, с их помощью мы хотим достичь создания отдельного квантового канала. Благодаря этому можно будет телепортировать информацию, а не отправлять ее, как это сейчас, среди прочего, с помощью оптических волокон (конечно, речь идет о «традиционном распределении», а не о квантовых частицах). Да — это способ предполагаемого влияния «отправителя монеты» на результат ее оборота на монете получателя.

Телепортация с научной точки зрения и ее будущее

Работу таких компьютеров легче представить, если понять, что квантовый компьютер нельзя сравнивать с обычным настольным ПК. Это все равно, что сказать, что лампа накаливания всего лишь «более сильная свеча». Это совсем другие технологии, которые даже не похожи друг на друга. И подобно тому, как современные компьютеры работают с двумя состояниями в двоичной системе (0 и 1), квантовые компьютеры могут работать с состояниями, которые находятся в суперпозиции. Так, например, они могут на 60% быть нулем и на 40% единицей одновременно. Это звучит сложно, поэтому перейдем к другому примеру.

Мы играем с компьютером в «аверс или реверс» (я уже упоминал, что это любимый пример ученых при объяснении квантовых состояний). Аверс лежит на столе по умолчанию. В первом раунде компьютер может перевернуть монету или оставить ее неизменной, но мы не знаем результата окончательного решения. Затем мы получаем ту же возможность, и компьютер тоже не знает результата. Через несколько раундов проверяется состояние монеты. Если аверс cменился, то компьютер выигрывает, а в противном случае мы выиграем. Это дает нам ровно 50% шансов на победу.

Телепортация с научной точки зрения и ее будущее

Если мы играем в ту же игру с квантовым компьютером, компьютер в основном получит 100% шанс на победу (в исследовании он выиграл 97% в более чем 300 различных играх, остальные 3%, вероятно, …из-за системной ошибки) . Но как это возможно? Представьте, что каждый раунд компьютер сохраняет свою суперпозицию, ведь его не видит ни один наблюдатель (никто из окружения, включая нас). В то же время машина решает 30% в пользу аверса и 70% в пользу выхода из текущего состояния, в следующем раунде она выбирает другое соотношение. Но самое главное, что квантовый компьютер всегда выбирает два разных состояния (когда мы выбираем только одно). В самом конце игры, когда результат определяется, волна вероятности разрушается и… он побеждает.

Квантовый компьютер нас обманывает? Нет! Я знаю, что это трудно понять, но представьте, что в течение этих нескольких раундов компьютер вливает два разных сока в одну миску в разных пропорциях, а в самом конце отделяет оба компонента смеси, буквально «преодолевая» вероятность и всегда делая правильный выбор. В это трудно поверить, но на практике именно так и происходит.

Телепортация с научной точки зрения и ее будущее

Непонятное явление, но это хорошая иллюстрация силы квантовой физики. На уровне квантовых частиц такой компьютер гораздо лучше разрабатывал бы, например, новые лекарства. Нам это точно пригодилось бы в условиях пандемии и для преодоления других болезней. Но самое главное, что такой компьютер будет полезным в развитии информационных технологий телепортации. И это не тривиальные слова! Когда в мире появится много квантовых компьютеров, квантовые молекулы каждого из них смогут перепутаться (спариться) между собой. Тогда, если мы изменим свойства одной из них, то также изменим состояние спаренной молекулы. Наконец, можно будет отправлять информацию, поскольку сразу после ее отправления можно будет определить начальное и конечное состояние. В любом случае — вспомним достижения квантового суперкомпьютера от Google. За 200 секунд он сделал расчеты, на которые понадобится… 10 лет работы самого быстрого «обычного» суперкомпьютера. Таким образом, вы можете увидеть огромный потенциал и силу, которую он несет.

То есть, был бы создан совершенно новый канал передачи, о котором мы даже не мечтали. Такой же, как сейчас оптическое волокно или радиоканал. И поскольку, как уже отмечалось, теоретически не существует ограничений на дальность телепортации квантового состояния, мы также сможем общаться с другими планетами в один  миг. И чрезвычайно безопасным способом. В процессе телепортации «выловить» информацию было бы даже теоретически невозможно. С другой стороны, если бы телепортация стала возможной, разумный человек нашел бы способ это сделать. Возможно, мы еще не так много знаем и поэтому не совсем homo sapiens…

Телепортация с научной точки зрения и ее будущее

И вот мы подошли к концу разговора о современном и будущем состоянии развития телепортации. Нужно признать, что будущие планы выглядят гораздо интереснее, тем более, что не все они такие уж и далекие, как вы могли бы подумать. Также следует помнить, что мы не можем предсказать, каким будет будущее на самом деле. Современный мир доказал, что иногда то, что казалось фантастикой еще 30 лет назад, становится реальностью сегодня. Все тезисы (особенно те, которые касаются телепортации человека) базируются на имеющейся информации и прогнозах развития исследований. Поэтому мы надеемся, что технология квантовых вычислений скоро станет более доступной и понятной. И, конечно, хочется, чтобы эта революция состоялась еще при нашей жизни. Очень хочется увидеть, как человек сможет мгновенно переместиться на Марс или Альфу Центавра. Мечты, мечты, мечты…

Читайте также: 

Yuri Svitlyk
Сын Карпатских гор, непризнанный гений математики, "адвокат" Microsoft, практичный альтруист, левоправосек
0 0 голоса
Рейтинг статьи
Подписаться
Уведомить о
guest
0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии