Заплутаність - і - суперпозиція - запорука успішної телепортації

Мрія про телепортації атомів, молекул і, можливо, навіть великих об'єктів вперше стала реальною можливістю - повідомляє журнал New Scientist.

Прогрес досягнутий завдяки фізикам, який запропонував метод, за допомогою якого теоретично можна «заплутати» абсолютно будь-яку частку.

"Всі ми часто спостерігаємо так звану кореляцію, тобто взаємозв'язок, співвідношення предметів, явищ або понять. Наприклад, уявіть собі, що ви стали свідком пограбування банку. Грабіжник направляє пістолет на перелякану касира. Так ось, дивлячись на касира, ви можете дізнатися, стріляла зброя чи ні: якщо бідолаха цілий і неушкоджений - зброя не стріляла, мертвий або поранений - навпаки.

З іншого боку, дивлячись на зброю і з'ясувавши, стріляло воно, ви можете дізнатися, живий касир або мертвий. Таким чином, ми можемо говорити, що є пряма кореляція між станом зброї і станом касира: «стріляло значить мертвий» і «не стріляла значить живий». При цьому ми вважаємо, що грабіжник стріляє тільки для того, щоб убити і ніколи не промахується.

У світі мікроскопічних об'єктів, описаних квантовою механікою, не завжди все так просто. Уявіть атом, який міг би зазнати радіоактивного розпаду в певний проміжок часу. Або не міг би. Ми можемо очікувати, що у цього атома є тільки два можливих стани: «розпад» і «не розпад», так само, як в ситуації з пограбуванням, але в квантовій механіці у атома може бути якесь об'єднане стан - «розпаду - НЕ розпаду» , тобто ні те, ні інше, а як би між. Ось цей стан і називається «суперпозицією».

Один з найпоширеніших прикладів для пояснення принципів квантової телепортації: Аліса переміщує Бобу «заплутану» частку

Таким чином, атоми можуть бути корельовані так, що якщо перший розпався - розпадеться другий, і навпаки. Це - 100% кореляція. Але в світі квантової механіки той же самий принцип діє і для атомів, що знаходяться в «суперпозиції». Кореляція атомів в «суперпозиції» і називається «заплутаністю» або «співвідношенням невизначеностей».

Проблема, як ви розумієте, полягає в тому, що в повсякденному житті ми не зустрічаємо щось в «суперпозиції», наприклад, «мертво-живого» кота або «мертво-живого» касира, але, в принципі, якщо ми очікуємо, що квантова механіка буде повноцінною теорією, яка описує кожен рівень нашого досвіду, такі дивні стану повинні бути можливі.

Де закінчується дивний квантовий світ і починається звичний класичний? Ці проблеми обговорюються десятиліттями, відповідно, існує безліч різних пояснень і тлумачень квантової теорії.

Увага до цієї проблеми було залучено ще в 1935 році, коли Ейнштейн (Einstein), Подільський і Роузен (Rosen) затіяли суперечку про дивну поведінку «заплутаності». Вони вважали, що вимір будь-якої динамічної змінної у однієї частинки не може створити певне значення цієї змінної в іншої віддаленої частки. Малося на увазі, що теорія квантової механіки була неповноцінною, оскільки не були виявлені якісь приховані параметри.

Все це спровокувало відомі дебати між Ейнштейном і Нільсом Бором (Niels Bohr), причому останній стверджував, що теорія квантової механіки повноцінна, а проблеми Ейнштейна виникли тому, що він намагається інтерпретувати теорію занадто буквально.

Однак в 1964 році завдяки Джону Беллу (John Bell), який вивів свій знаменитий «нерівність», протистояння вирішилося начебто на користь квантової механіки. За великим рахунком, дискусії тривають, а на сьогоднішній день ми маємо приблизно наступне: «співвідношення невизначеностей» дозволяє двом частинкам вести себе однаково, незалежно від того, на якій відстані один від одного вони знаходяться. Якщо ви вимірюєте стан однієї частинки - ви негайно визначаєте стан іншої, у якої з'являються точно такі ж характеристики - це і є квантова телепортація.

До сих пір фізики могли «заплутувати» тільки фотони, електрони і атоми, використовуючи різні методи в кожному конкретному випадку, однак тепер фізики, згідно з інформацією New Scientist, вважають колишні схеми «занадто специфічними» і повідомляють, що теоретично можна телепортувати будь-які частки і навіть «великі» молекули. Сугата Бозе (Sougato Bose, University of Oxford) з Оксфордського університету і Дайпенкер Хоум (Dipankar Home, Bose Institute in Calcutta) з Інституту Бозе в Калькутті продемонстрували механізм, за допомогою якого цього можна домогтися.

Щоб зрозуміти, як працює цей механізм, необхідно розглянути кутовий момент або спін (обертання) електрона. Щоб створити «співвідношення невизначеностей» електронів, тобто «заплутати» їх, потрібно переконатися, що вони ідентичні у всіх відносинах, після чого вистрілити цими електронами в расщепитель променя (beam splitter).

Механізм «розщеплює» кожен з електронів, приводячи їх у квантовий стан «суперпозиції», внаслідок чого електрон з рівною часткою ймовірності буде рухатися по одному з двох шляхів. Який шлях «вибрав» електрон, можна дізнатися, тільки виявивши його. Якщо «розщеплювати» два електрона одночасно, то можливі два варіанти: обидва електрона попрямують по одному шляху або ж кожен за окремим.

Бозе і Хоум розрахували, що всякий раз, коли на кожній з двох «доріжок» буде по одному електрону, - вони «заплутані». Це дає їм підстави припускати, що «заплутані» частинки можуть відбуватися з різних незалежних джерел.

Схожі досліди проводилися і проводяться по всьому світу, а засмучують за великим рахунком дві речі: по-перше, не все зрозуміло - недосвідченому людині розібратися в квантовій механіці вкрай складно і далеко не всі роблять спробу пояснити, що до чого, а по-друге - квантова телепортація, в можливості появи якої вже мало хто сумнівається, не дозволить телепортувати людини.

Редакція готова розглянути будь-які матеріали Новомосковсктелей по темі «Квантова телепортація». Пишіть нам.