Чи можлива телепортація з наукової точки зору? Чи скоро ми зможемо подорожувати світами майже миттєво? Сьогодні спробуємо розказати, що нового у цій cфері.
Телепортація була людською мрією від початку світу. Людина хоче миттєво переміщуватись у просторі, подорожувати, не гаючи часу на втомливі поїздки на далекі відстані. Ця тема вже давно присутня у багатьох творах поп-культури, але й досі залишається предметом досліджень. Хоча, ще в 2004 році вже навіть був зареєстрований патент на “систему телепортації всього тіла”, вже зараз є перші успіхи у дослідженнях телепортації, але вони доводять, що це буде зовсім не те, чого ми очікуємо від цієї технології.
Чому саме тема телепортації так розбурхує уяву людства? Якби ми склали перелік найбільш бажаних технологій у світі, телепортація була б на передньому краї. Тільки подумайте, скільки проблем ми вирішили б, якби могли миттєво переміщуватися між різними місцями. На жаль, існує безліч вказівок на те, що телепортування у тому вигляді, як нам хотілося б бачити, принаймні наразі, знаходиться поза межами наших можливостей. Однак це не означає, що телепортація взагалі неможлива. Вона просто виглядає інакше, ніж ми собі уявляємо.
Не можна говорити про телепортацію без коротенького вступу з основами квантової фізики. А це, в свою чергу, може відбити у багатьох людей бажання взагалі читати статтю далі. Але повірте, ми не будемо надто заглиблюватись у ті нетрі, а спробуємо поверхнево, простими словами і на зрозумілих прикладах пояснити принцип роботи телепортації. Спробуємо пояснити, як вона може працювати саме зараз. Але чому я кажу, саме “як це працює зараз”? Невже це вже відбувається? Так, пані та панове, перші серйозні кроки вже зроблені. Однак вченим вдалось телепортувати не людину, обладнання чи матеріали, а інформацію. Ми зуміли заінтригувати вас? То ж читайте далі.
Успіхи у дослідженні телепортації
Всім відомо, що таке телепортація, але не всім відомо, що вже зроблено кілька кроків у її розвитку. І вже дуже давно, тому що цим питанням займався ще Ейнштейн. Вже зараз вчені з’ясували, що все починається на мікромасштабному рівні, тобто на рівні квантових частинок. Коли почали досліджувати ці квантові частинки, то була помічена їх дивна поведінка. Сам процес їх взаємодії був зовсім інакшим, ніж усе, що можна побачити неозброєним оком у макромасштабі. Виявилося, що квантові частинки можуть знаходитися відразу в двох місцях. Вчені називають це принципом суперпозиції. Однак, суперпозиція відбувається лише тоді, коли частинки не взаємодіють між собою, тобто нічого не відбувається з ними. Коли вони у стані спокою, йдеться про так званий колапс хвилі ймовірності. Я усвідомлюю, що багатьом з вас важко все це зрозуміти. Найпростіший спосіб проілюструвати цей стан можна за допомогою комп’ютерних бітів. Як відомо, вони працюють у двійковій системі, тобто можуть бути нульовими або одиничними. А кубіти (квантові біти) можуть бути одночасно і «нулем», і «одиницею» – поки хвиля ймовірності не зруйнується.
Ейнштейну вдалося виявити те, що він назвав “примарною взаємодією на відстані”. В ході його досліджень виявилося, що звичайні частинки можуть переплітатися на квантовому рівні. Не вдаючись у подробиці, скажу, що такі дві частинки можуть спаритися, хоча вони й мають різні властивості (наприклад, імпульс). А зараз найцікавіше – після спарювання, змінюються властивості однієї з них, одночасно змінюючи властивість іншої частинки. Незалежно від відстані, на якій вони перебувають! І це саме те, на основі чого працює сьогодні телепортація. Якщо намагатись описати це простими словами, звичайно, бо чим далі в ліс…
У лабораторіях вченим вдалось перенести стан частинки з точки А в точку В, однак разом з цим не передається конкретна інформація про цю частинку. Чому? Головна проблема полягає в тому, що на основі сучасного стану досліджень, обидві сторони не можуть встановити цю початкову інформацію, тобто вченим не вдається визначити, що було спочатку, а що потім. Майже, як курка та яйце. На цьому етапі варто виділити ці поняття. З’ясувалось, що інформація є чимось набагато складнішим, ніж поведінка самої частинки.
І це головне обмеження у розвитку технології телепортації, яке водночас проливає світло на те, що можливо буде досягнуто в майбутньому, а чого, мабуть, не досягнути. Підведемо підсумок. Наразі ми здатні «спарювати» частинки між собою на квантовому рівні. Ми можемо перенести стан частинок з точки А у точку В, але ми не передаємо потрібну інформацію. У нас немає технологічних можливостей для розробки спеціального каналу, який передавав би цю інформацію зі швидкістю світла. На Землі ми передаємо інформацію через радіоканали або волоконну оптику, але це зовсім інший рівень.
Читайте також: Про квантові комп’ютери простими словами
Хитрість з монетою
То чому б нам не телепортувати інформацію у великому масштабі, коли, здавалося б, ми опанували цю технологію? Ну, не все так просто, як може здатися. Ми не повністю контролюємо, який квантовий стан (і, отже, результат телепортації) отримаємо в кінцевому результаті. Для пояснення цього вчені використовують приклад монети.
У нас є дві монети, переплутані в квантовому вимірі. Кожна може мати один із двох станів – аверс чи реверс, один надходить відправнику, інший – одержувачу. Після заплутування, якщо перша вказує на аверс, друга теж повинна вказувати на аверс. На щастя, чи на жаль, це більш-менш так працює в квантовій фізиці. Знаючи це, відправник починає обертати першу монету і одночасно монета обертається у того, кому її відправили. Поки монета крутиться, результат ніхто не знає. Ані відправник, ані одержувач. Поки монета відправника не зупиниться, він не знає, яку інформацію насправді надсилає одержувачу. Коротше кажучи, ми посилаємо “щось”, але насправді не знаємо що. Поки вона не надіслана, інформація залишається у суперпозиції.
Це обмеження унеможливлює надсилання конкретної інформації на поточному етапі розвитку, оскільки відправник не може визначити, чи отримаємо ми те, що він мав намір надіслати. Тож, немає каналу передачі, який би перевіряв інформацію з обох сторін. Тут нам могли б допомогти квантові комп’ютери, але вони тільки зараз з’являються, і поки що є досить примітивними. Про них ми сьогодні ще поговоримо.
Читайте також: Блокчейни завтрашнього дня: Простими словами про майбутнє криптовалютної індустрії
Чи можлива взагалі телепортація людини?
Ось ми і підійшли до найважливішого для багатьох питання. Тож, чи можемо ми хоча б думати про телепортування людей чи інших організмів, спираючись на реальність сьогодення? Ну, напевно, немає жодної людини на Землі, яка змогла б однозначно відповісти на це питання. Однак, дивлячись на напрямок розвитку, я особисто вважаю, що про це слід поки що забути. Чому?
Зверніть увагу, що коли ми говоримо про телепортацію, то постійно говоримо про перенесення стану частинок. Отже, ця частинка повинна знаходитися в якомусь “визначеному” стані. Тим часом людський мозок змінюється кожну мікросекунду. Мільярди синапсів, електронів, імпульсів – цей процес практично неможливо зупинити. Може здатися, що мозок – це місце, де зберігається інформація, отримана з навколишнього середовища. Тоді, можливо, можна було б телепортувати людину з цією інформацією, але це, безумовно, буде не та сама людина з таким же мозком, як коли “хід” було зроблено. Зрештою, сам стан – це своєрідний запис, а у випадку з нашим нервовим центром навіть не існує початкового “стану”. Хіба що мова йде про екстрасенса.
Звичайно, це лише здогадки і припущення, адже на даний момент ніхто не може чітко передбачити, що принесе майбутнє. Однак сучасний напрямок досліджень та розвитку технологій телепортації змушує нас зрозуміти, що ми підемо в іншому напрямку.
Майбутнє телепортації пов’язане з квантовими комп’ютерами?
Тож чи є майбутнє у телепортації, і яке воно? Черговий прорив у цій темі відбувся у 2019 році. Як ми вже згадували, телепортація квантового стану можлива теоретично на будь-яку відстань. Лише теоретично, оскільки вона ще не повністю досліджена, але сам факт переміщення частинки на відстань більше 500 кілометрів може це довести. Ми також знаємо, що на сьогоднішній день найскладнішою одиницею інформації є найменший кубіт (тобто, добре відомий «біт» у суперпозиції).
Незважаючи на це, через колапс хвилі ймовірності під час спостереження, нам до цього часу вдавалось телепортували стан 0 або 1, і нічого іншого. Деякий час тому двом незалежним командам вчених вдалося надіслати суперпозицію з трьох станів одночасно, яку назвали різаком (cutter). Однак, це не повністю вдалося, але сама спроба добре показує, що вчені не забули про телепортацію. Що це означає для нас? У двох словах, це означає, що ми дуже повільно, але все ж збільшуємо потужність, яка в майбутньому може призвести до першої повноцінної передачі інформації.
Наприкінці 2019 року ситуація стала ще цікавішою. Команді вчених з Цюриха вдалося телепортувати квант даних. 10000 квантових бітів (кубітів) були передані між незалежно діючими комп’ютерними системами за одну секунду. Вони побудували комп’ютерний чип з електронікою розміром у три мікрони. Два були передавачами, тоді як третій був приймачем. Переплутані електрони при температурі, близькій до абсолютного нуля, означали, що дані, що надсилаються на передавач, також з’являлися у приймачі, тобто відповідно до принципів квантової фізики. І чому ми говоримо про телепортацію, а не просто про передачу даних? Ну, тому що між системами не було дроту чи іншого призначеного шляху.
Я вважаю, що всі обговорені вище питання створюють досить песимістичну версію подій, що, у свою чергу, відобразиться на вашому ентузіазмі щодо цієї теми. Але ще не час панікувати і втрачати інтерес до теми телепортації. Наука не стоїть на місці. З розвитком досліджень щодо телепортації стану квантових частинок нарешті почало з’являтися обладнання у вигляді квантових комп’ютерів. “Яке відношення це має до нашої теми?” – запитаєте ви. Ну, з їх допомогою ми хочемо досягти створення окремого квантового каналу. Завдяки цьому можна буде телепортувати інформацію, а не надсилати її, як це зараз, серед іншого, за допомогою оптичних волокон (звичайно, мова йде про “традиційний розподіл”, а не про квантові частинки). Так – це спосіб передбачуваного впливу “відправника монети” на результат її обороту на монеті одержувача.
Роботу таких комп’ютерів цікаво описувати, якщо зрозуміти, що квантовий комп’ютер не можна порівнювати зі звичайним настільним ПК. Це все рівно, що сказати, що лампа розжарювання всього лише “сильніша свічка”. Це зовсім інші технології, які навіть не схожі одна на одну. І подібно до того, як сучасні комп’ютери працюють з двома станами у двійковій системі (0 та 1), квантові комп’ютери можуть працювати зі станами, які знаходяться в суперпозиції. Так, наприклад, вони можуть в 60% бути нулем та в 40% одиницею одночасно. Це звучить складно, тому перейдемо до іншого прикладу.
Ми граємо з комп’ютером у “аверс чи реверс” (я вже згадував, що це улюблений приклад вчених при поясненні квантових станів). Аверс лежить на столі за замовчуванням. У першому раунді комп’ютер може перевернути монету або залишити її незмінною, але ми не знаємо результату остаточного рішення. Потім ми отримуємо ту ж можливість, і комп’ютер теж не знає результату. Через кілька раундів перевіряється стан монети. Якщо аверс змінився, то комп’ютер виграє, а в іншому випадку ми виграємо. Це дає нам рівно 50% шансів на перемогу.
Якщо ми граємо в ту ж гру з квантовим комп’ютером, комп’ютер в основному отримає 100% шанс на перемогу (у дослідженні він виграв 97% у понад 300 різних іграх, решта 3%, ймовірно,… через системну помилку). Але як це можливо? Уявіть, що кожен раунд комп’ютер зберігає свою суперпозицію, адже його не бачить жоден спостерігач (ніхто з оточення, включаючи нас). У той же час машина вирішує 30% на користь аверсу та 70% на користь виходу з поточного стану, у наступному раунді вона вибирає інше. Але найголовніше, що квантовий комп’ютер завжди обирає два різні стани (коли ми вибираємо лише один). В самому кінці гри, коли результат виявляється, хвиля ймовірності руйнується і… він перемагає.
Квантовий комп’ютер нас обманює? Ні! Я знаю, що це важко зрозуміти, але уявіть, що протягом цих кількох раундів комп’ютер вливає два різних сока в одну миску в різних пропорціях, і в самому кінці відокремлює обидва компоненти суміші, буквально «долаючи» ймовірність і завжди роблячи правильний вибір. В це важко повірити, але на практиці саме так і відбувається.
Незрозуміле явище, але це є хорошою ілюстрацією сили квантової фізики. На рівні квантових молекул, такий комп’ютер набагато краще розробляв би, наприклад, нові ліки. Нам це точно стало б у пригоді в умовах пандемії та для подолання інших хвороб. Але найголовніше, що такий комп’ютер буде корисним у розвитку інформаційних технологій телепортації. І це не тривіальні слова! Коли у світі з’явиться багато квантових комп’ютерів, квантові молекули кожного з них зможуть переплутатися (спаритися) між собою. Тоді, якщо ми змінимо властивість однієї з них, то також змінимо стан спареної молекули. Нарешті, можна буде надсилати інформацію, оскільки відразу після її відправлення можна буде визначити початковий і кінцевий стан. У будь-якому випадку – пригадаймо досягнення квантового суперкомп’ютера від Google. За 200 секунд він зробив розрахунки, на які знадобиться… 10 років роботи найшвидшого «звичайного» суперкомп’ютера. Таким чином, ви можете побачити величезний потенціал та силу, яку він несе.
Таким чином, було б створено абсолютно новий канал передачі, про який ми навіть не мріяли. Так само, як зараз оптичне волокно або радіоканал. І оскільки, як уже зазначалося, теоретично не існує обмежень на відстань телепортації квантового стану, ми також зможемо спілкуватися з іншими планетами в одну мить. І надзвичайно безпечним способом. Завдяки телепортуванню “виловити” інформацію було б навіть теоретично неможливо. З іншого боку, якби телепортація стала можливою, розумна людина знайшла б спосіб це зробити. Можливо, ми ще не настільки багато знаємо і тому не зовсім homo sapiens…
І ось ми дійшли до кінця розмови про сучасний та майбутній стан розвитку телепортації. Потрібно визнати, що майбутні плани виглядають набагато цікавішими, тим більше, що не всі вони такі вже й далекі, як ви могли б подумати. Також слід пам’ятати, що ми не можемо передбачити, яким буде майбутнє насправді. Сучасний світ довів, що інколи те, що здавалося фантастикою ще 30 років тому, стає реальністю сьогодні. Усі тези (особливо ті, що стосуються телепортації людини) базуються на наявній інформації та прогнозах розвитку досліджень. Тому ми сподіваємось, що технологія квантових обчислень скоро стане більш доступною і зрозумілою. І, звичайно, хочеться, щоб ця революція відбулась ще за нашого життя. Дуже хочеться побачити, як людина зможе миттєво переміститись на Марс чи Альфу Центавра. Мрії, мрії, мрії…
Читайте також: