Итак, что мы имеем. По любым классическим каналам связи невозможно передать информацию со скорстью превышающей скорость света. В масштабах Земли этого может и достаточно, но для дальней космической связи — увы, нет. 299792 км/с — конечно, величина огромная, но не бесконечная. Так сигнал с Луны на Землю будет идти полторы секунды (это обстоятельство, кстати, немало крови попортило операторам советских луноходов), с Марса — более шести минут, а с Voyager’а, который был запущен еще в 1977 году и сейчас уже тараканит где-то на окраине Солнечной системы, на расстоянии 15 миллиардов километров от Земли, сигнал будет идти больше 14-и часов. Кроме того, мощность радиосигнала падает пропорционально квадрату пройденного им расстояния, из-за чего слабосильные излучатели можно «потерять» в фоновом космическом шуме очень быстро.
Но опускать лапки из-за несправедливости законов Вселенной пока рано. Есть такая волшебная штука — квантовая телепортация. Суть в том, что некоторый объем информации (теоретически — сколь угодно большой) можно мгновенно передать на любое расстояние.
Как это работает. Допустим, есть некая частица (например, фотон) у которой есть некое измеряемое квантовое состояние (например, поляризация). До измерения квантовое состояние (поляризация фотона) находится в поле вероятностей, то есть не опеределено четко. Зато после измерения все многообразие возможных квантовых состояние схлопывается в одно, четко определенное.
Вообще в квантовой механике наблюдение играет огромную, почти мистическую роль. Свойства некоторых объектов в пространстве и времени можно изменить просто одним фактом наличия наблюдателя. Яркий пример — эксперимент с двумя щелями, не знаю публиковалось ли это видео раньше, но на всякий случай, вот:
Но, вернемся к квантовой телепортации. С одной частицей разобрались. Теперь добавим к системе второй фотон, связанный с первым. Это явление называется квантовой запутанностью, когда две и более частицы описываются одной волновой функцией. Причем если измерить параметры одной частицы, у второй появляются (именно появляются, а не становятся известными) соответствующие характеристики. При этом расстояние, на которое разнесены частицы никакой роли не играет. Более того, не играет роли и время, что создает дополнительные сложности как при реализации эксперимента, так и при вероятном практическом использовании квантовой телепортации.
Прикол в том, что измерения по отдельности смысла не имеют. Предположим что у нас есть две запутанные частицы. Одна в Москве, другая в Ярославле. Мы измеряем параметры частицы, находящейся в Москве. При этом все молчим как партизаны. Спустя какое-то время в Ярославле тоже измеряют параметры своей частицы. Ключевой момент — в Ярославле не знают о том, провели ли в Москве измерения или еще нет. Позднее, обе группы экспериментаторов встречаются и делятся впечатлениями. Разумеется у обеих групп результаты получились одинаковые. НО! Фокус в том что с точки зрения квантовой механики, невозможно ответить на вопрос, чьи измерения оказали влияния на результат. Ярославские или московские. Потому что время в данном случае роли не играет. Для определенности экспериментаторы должны обмениваться данными по классическому каналу связи, причем они должны сигнализировать просто о самом факте проведения эксперимента, но не о результатах. В этом случае точно определяется Отправитель и Получатель информации.
Повторим тот же эксперимент с Москвой и Ярославлем. На этот раз измерения проводят в Ярославле, после чего отсылают масквичам ровно один бит информации. «1». Что символизирует что измерения проведены. В Москве также измеряют свою частицу и получают тот же результат что и в Ярославле. Но на этот раз ясно что Отправителем был Ярославль, а Получателем — Москва.
И вот теперь, о бедах квантовой телепортации. Беда первая: насколько я знаю (правда я в этом не уверен), невозможно заранее предсказать результаты измерения. То есть, если брать все ту же поляризацию фотона, то после измерения мы получаем просто случайную величину, и не можем никак на нее влиять. Таким образом, при помощи квантовой телепортации передаем не осмысленные данные, а набор случайных величин. Например, поляризация фотона может быть «+1» или «-1». Допустим «+1» у нас будет логическая 1 а «-1» — логический ноль. Типа биты. И мы хотим из Москвы в Ярославль передать логический ноль при помощи квантовой телепортации. Измеряем — бац! А при измерении у нас получилась логическая единица. Просто вероятность так совпала. А в Ярославле полученные данные принимают за чистую монету и думают «Ба! пришла логическая единицыа. Черт меня побери, если я знаю что этим хотели сказать эти балбесы из Москвы».
Беда вторая: как я уже писал выше, время роли не играет. Таким образом, чтобы получить корректные результаты необходимо оповестить Получателя о том что Отправитель уже провел измерения. В таком случае, какой смысл вообще мутить эту всю квантовую телепортацию если для передачи данных все равно потребуется классический канал связи? (правда, стоит уточнить что по классическому-то каналу передается ничтожно малый объем информации, а по квантовому — теоретически, сколь угодно большой, так что в пределах компьютерных сетей, например, смысл есть и еще какой, хотите скорость обмена информацией, скажем, в 100 Гбит/с? А 100 Тбит/с? =)
Беда третья: вытекает из беды второй. Теоретически (опять же, тут я в своих выводах не уверен) если у Отправителя и Получателя имеются синхронизированные часы и они заранее договорились о том что в 2 часа пополудни Отправитель произведет измерения, то Получатель может провести измерения в 3 пополудни и получить корректный результат. Но, применительно к космической связи тут тоже есть проблема. И Отправитель и Получатель должны принадлежать к виду homo sapiens. Автоматика здесь не годится, потому что любые измерения проведенные автоматикой над квантовой частицей все равно остаются в поле вероятностей, пока их не увидит Наблюдатель, то есть человек.
Вот такая фигня творится в мире квантовой механики. Впрочем, там все настолько запутанно и интересно, что ученые эту область никогда не бросят и все равно придумают как эти и многие другие, фактически, волшебные квантовые эффекты использовать на практике.
Загрузка ...
(+2 рейтинг, 2 голосов)
Загрузка...