Квантовая телепортация
Передовая область физики, известная как квантовая механика, - это новая «ракетная наука» для 21-го века. Изучение кванта стало источником нового понимания, так как мы работаем над тем, чтобы понять часто странное поведение мельчайших частиц материи, составляющих вселенную вокруг нас.
Ученые в настоящее время работают по всему миру, чтобы воспользоваться этой присущей квантовой силой для разработки технологии квантовых вычислений. Научные и бизнес-сообщества видят огромные возможности для квантовых вычислений, но, хотя запутанность является проверенной концепцией, все еще остается много кусочков головоломки, которые предстоит решить. Десятки крупных корпораций, а также стартапы участвуют в квантовой гонке, а также каждая страна с необходимым опытом. Только ВВС США уже вложили более 5 миллиардов долларов в квантовые исследования.
Такие компании, как D-Wave в Британской Колумбии, уже продают услуги, использующие квантовые компьютеры для дополнения классических компьютерных систем. В случае с D-Wave они фактически продают квантовую компьютерную модель под названием D-Wave 2000Q.
Вместо того чтобы хранить информацию с использованием битов, представленных 0 или 1, как это делают традиционные цифровые компьютеры, квантовые компьютеры используют квантовые биты или кубиты для кодирования информации в виде 0, 1 или обоих одновременно. Эта суперпозиция состояний - наряду с другими квантово-механическими явлениями запутывания и туннелирования - позволяет квантовым компьютерам манипулировать огромными комбинациями состояний одновременно.
Кубиты могут проявлять свойство, называемое квантовой запутанностью, в которой 2 кубита таинственно связаны, независимо от того, насколько далеко они могут быть в физическом мире, и реагируют на состояния друг друга. Используя это свойство, мы можем измерить один кубит и одновременно узнать свойства его запутанного кубита. Эрвин Шредингер открыл квантовую запутанность в 1935 году и попытался выяснить ее с Альбертом Эйнштейном. Эйнштейн, как известно, называл запутывание «жутким действием на расстоянии».
Наш план состоит в том, чтобы к 2020 году, или, возможно, уже в следующем году, достичь «квантового превосходства» с вычислительной мощностью в миллион раз для всех существующих компьютеров во всем мире вместе взятых.
— Pan Jianwei, вице-президент, университет науки и техники в Китае
Квантовая запутанность также позволила исследовать то, что называется квантовой телепортацией. Взяв ранее запутанные частицы и разместив их в разных местах, мы можем использовать традиционные методы связи, чтобы отправлять состояния одной частицы запутанному партнеру, независимо от того, насколько далеко они могут быть.
Первые практические эксперименты с использованием фотонов, произошедшие в 1998 году в Калифорнийском технологическом институте, сообщили о состоянии одного фотона на расстоянии метра от его спутанного партнера и успешно сделали копию первого. Ученые должны были использовать 3 фотона, чтобы достичь этого: один, который был бы «телепортирован» [A], один для транспортировки [B], и другой, который связан с транспортирующим фотоном [C]. По сути, С стал А.
В 2012 году мы достигли знаменательного подвига, когда китайские исследователи смогли телепортировать квантовые состояния первого «макроскопического» объекта - группы из 100 миллионов атомов рубидия.
В 2017 году китайские ученые отправили информацию о квантовом состоянии одного фотона на орбитальный спутник, удаленный на 1400 километров от Земли. Эта информация была обнаружена и затем передана запутанному партнеру фотона, который затем стал «зеркальной копией» своего партнера на Земле. Затем та же исследовательская группа отправила запутанные фотонные состояния со спутника на две наземные станции. Эти опыты были самыми дальними расстояниями, на которых когда-либо была продемонстрирована квантовая телепортация.
Хотя законы физики до сих пор не допускают телепортацию, как видно из «Звездного пути» или «Мухи», существует множество возможных применений квантовой телепортации, которые принесут нам пользу. Одно из самых удивительных приложений данной технологии, может позволить нам создавать свои копии в каком-то далеком мире.
Подумайте об этом: сначала мы просканируем человека, а затем создадим подобную совокупность атомов, которая содержит все частицы, найденные в нашем теле. Затем "Голема" отправляют в один из наших ближайших потенциально обитаемых инопланетных миров, возможно, в Альфа Центавра, где на протяжении десятилетий назад наша технология терраформирования работала тяжело. Наконец, как только наш голем прибыл в соседнюю звездную систему, мы проводим наблюдение за человеком на Земле и отправляем эту информацию через световые годы ожидающему сырью. Голем получает данные и соответствует нашему наблюдению за объектом, становясь точной копией очень далекого земного человека.
Другое удивительное использование для квантовой телепортации, и не совсем надуманное, это квантовый интернет. Это позволило бы пользователям обмениваться данными между квантово-запутанными узлами в сети, позволяя отправлять не подлежащую взлому информацию через квантовое распределение ключей.
Реальность такова, что мы, вероятно, увидим существенно более мощный Интернет благодаря нашим квантовым исследованиям в течение следующих 10–20 лет и сможем в полной мере использовать преимущества квантовых вычислений. Это поможет быстрее продвинуть нас в будущее, расширив нашу способность генерировать огромное количество симуляций и оптимизаций.
И, возможно, однажды в следующем столетии мы могли бы воссоздать человеческое сознание в каком-то далеком мире.
Спасибо что дочитали до конца!
