Квантовая телепортация – процесс передачи квантового состояния (т.е. квантовых частиц, например бозонов и кварков) через канал связи с одного конца канала на другой. Это возможно благодаря разделению частиц на информационные измерения, которые разрушаются, а потом вновь воссоединяются в обратном порядке, позволяя приемнику считать сигнал.
Термин был установлен в 1993 году, когда был впервые опубликован в научном журнале «Physical Review Letters». В статье этого журнала подробно описывался процесс «квантового телепортинга» (научное название), который существенно отличается телепортации, которую активно используют в фантастике.
Телепортинг, в отличие от известной телепортации, не передает вещество на определенное расстояние.
Телепортация, описываемая в книгах и фильмах, исходит из неверного понимания самого эксперимента квантовой физики:
«Состояние выбранной частицы после произошедшего эксперимента разрушается. Состояние не было скопировано, оно было перенесено из одного места в другое».
Именно это неверное понимание эксперимента родило множество фильмов, книг и игр, основанных на «телепорте».
Чтобы перенести квантовое сообщение, также необходимо передать сообщение с дополнительной информацией для дешифровки по обычному каналу, чтобы сообщение, придя на другой конец канала, смог быть расшифрован и преобразован верно. Для квантовой передачи используют специальный канал Эйнштейна – Подольского – Розана.
Так в чем же суть эксперимента?
Представим, что у человека, который отправляет сигнал, есть частица в свободном квантовом состоянии, названная А, которую он хочет перенести человеку, получающему сигнал, так, чтобы состояние частички А скопировала частичка В, которая находится у получателя. Как можно заметить, при данном случае передачи важна не скорость, а точность.
Для того чтобы исполнить задуманное, отправитель и получатель должны составить пару запутанных частиц (допустим, С и В). Частица С отдается отправителю, а частица В – получателю. Так как эта пара частиц является парой квантово запутанных элементов, у каждой из них по отдельности нет своего вектора состояния, зато у всей пары он наблюдается. В итоге у отправителя оказывается «на руках» две частицы: А и С.
Сами по себе они не связаны, а, следовательно, описать их одним вектором нельзя. Так как частицы В и С связаны и взаимно изменяют вектор состояния, остается лишь сделать так, чтобы отправитель сонаправил векторы частиц у себя, и тогда частица у получателя автоматически скопирует вектор частицы А (исходной частицы), как бы «передавая» информацию.
Для этого отправитель медленно меняет вектор до тех пор, пока все три частицы не окажутся в равновесии, во время которого и произойдет передача сигнала — квантовый телепортинг — которая полностью скопировала поведение одной частицы, спроецировав ее на вторую.
Для проверки получатель должен сверить векторы частиц А, В, связавшись с отправителем. Передача информации завершится лишь тогда, когда получатель получит и сверит данные, пришедшие к нему по двум каналам. А до этого момента получатель никак не сможет что-либо сказать о квантовом состоянии, которое ему отправили с другого конца провода. Даже постаравшись, перехватить отправляемые сигналы нереально; когда «хакер» попробует отследить изменение вектора ионной пары, сразу же разрушится квантовая связь.
В 2004 году в журнале «Nature» объявили об успешном эксперименте процесса телепортации. Позже впервые осуществили телепортинг между природно различными объектами — фотонами лазера и атомами вещества цезия. Спустя три года учёные смогли передать состояние на расстояние в один метр, и лишь в 2012 году австрийские физики смогли установить новую дальность (143 км). На данный момент самое большое расстояние для телепортации в 2017 году установили ученые из Китая — свыше 1200 км.
Так как квантовая связь является на данный момент одной из надежнейших, эта система используется на научных, военных и политических объектах, что препятствует распространению хакерства на стратегически важных компьютерах.
Также квантовая телепортация используется некоторыми программистами и программами-антивирусами для предотвращения распространения вирусов: при попытке вмешательства «канал» разрывается, потому злоумышленники просто не могут перехватить сигнал.
Однако не только в компьютерных технологиях используется метод квантовой телепортации: к примеру, генная инженерия также использует данный тип кодировки и внедрения в ДНК, чтобы нанести минимальный ущерб здоровью пациента. Квантовая телепортация может служить в целях науки для исследований процессов, протекающих в ядре вещества, а также для изучения Теории Большого Взрыва в коллайдерах.
Поделиться:
