Kvantmaailm on sageli vastuolus terve mõistusega. Nobeli preemia laureaat Richard Feynman ütles kord: "Ma arvan, et võin kindlalt öelda, et kvantmehaanikat ei mõista keegi." Kvantteleportatsioon on lihtsalt üks neist kummalistest ja pealtnäha ebaloogilistest nähtustest.
2017. aastal teleporterisid Hiina teadlased objekti kosmosesse. See polnud mees, ei koer ega isegi molekul. See oli footon. Või õigemini - konkreetset footonit kirjeldav teave. Aga miks seda nimetatakse teleportatsiooniks?
Põhimõte on see, et kvantteleportatsioonil on vähe pistmist teleportatsiooniga kui sellisega. Pigem on sellise Interneti loomine, mida ei saa häkkida. Kuid enne kui läheme otse selle teema juurde, räägime paradoksist.
Geniaalne füüsik ja suhtelisuse eri- ja üldteooriate autor Albert Einstein pidas kvantmehaanikat vigaseks teooriaks. 1935. aastal kirjutas ta koos füüsikute Boris Podolsky ja Nathan Roseniga artikli, milles ta määratles paradoksi, mis seab kahtluse alla peaaegu kõik, mis on seotud kvantmehaanikaga - EPR-i paradoks.
Kvantmehaanika on teadus universumi väikseimatest aspektidest: aatomid, elektronid, kvargid, footonid jne. See paljastab füüsilise reaalsuse paradoksaalsed ja kohati vastuolulised aspektid. Üks selline aspekt on asjaolu, et osakese mõõtmisega "muudate" seda. Seda nähtust nimetati lõpuks vaatleja efektiks: nähtuse mõõtmise akt mõjutab seda pöördumatult.
Fotoni kosmosesse teleportimise eksperimentaalse seadistuse skemaatiline kirjeldus / Hiina Teaduste Akadeemia.
Sageli särame aatomi jälgimiseks sellele. Selle valguse footonid interakteeruvad osakesega, mõjutades sellega selle asukohta, nurkkiirust, spinni või muid omadusi. Kvantmaailmas on footonite kasutamine aatomi vaatlemiseks sarnane keeglikuulide kasutamisega keeglirada lõpus olevate tihvtide loendamiseks. Selle tagajärjel on võimatu täpselt teada osakese kõiki omadusi, kuna uurimise käigus mõjutab vaatleja tulemust.
Vaatlejafekti segatakse sageli mõttega, et teadvus võib kuidagi reaalsust mõjutada või isegi luua. Tegelikult pole selles efektis midagi üleloomulikku, kuna see ei vaja üldse teadvust.
Reklaamvideo:
Aatomiga põrkuvad footonid annavad samasuguse vaatleja efekti, sõltumata sellest, kas nad liiguvad selle suunas inimese teadvuse poolel toimuvate tegevuste tõttu või mitte. Sel juhul tähendab "vaatlemine" lihtsalt suhelmist.
Me ei saa olla vaatlejad väljaspool. Kvantsüsteemides võtab inimene alati aktiivse osa, hägustades tulemusi.
See oli täpselt see, mis Albert Einsteinile ei meeldinud. Tema jaoks näitas see loomupärane ebaselgus kvantmehaanika puudulikkust, mis tuli kõrvaldada. Teadlane arvas, et tegelikkus ei saa olla nii ebausaldusväärne. Just sellele viitab tema kuulus lause: "Jumal ei mängi Universumiga täringuid."
Ja miski pole kvantmehaanika nõrkust rõhutanud rohkem kui kvantmehhanismi paradoksi.
Mõnikord võivad kvantvaates osakesed omavahel ühendada nii, et ühe osakese omaduste mõõtmine mõjutab kohe teist, hoolimata sellest, kui kaugel nad asuvad. See on kvantne takerdumine.
Einsteini relatiivsusteooria kohaselt ei saa miski liikuda kiiremini kui valgus. Kvantne takerdumine näis aga seda reeglit rikkuvat. Kui üks osake on teisega takerdunud ja kõik võimalikud muudatused, mis ühega neist mõjutavad, mõjutavad teist, siis peab nende vahel olema mingisugune seos. Muidu, kuidas nad saavad üksteist mõjutada? Kuid kui see juhtub koheselt, peab vahemaadest hoolimata see ühendus tekkima kiiremini kui valguse kiirus - järelikult ka väga EPR-i paradoks.
Kui proovite kahe piluga eksperimendi käigus mõõta, millist pilu elektron läbib, ei saa te häirete mustrit. Selle asemel ei käitu elektronid nagu lained, vaid nagu "klassikalised" osakesed.
Einstein nimetas seda nähtust "õudseks tegutsemiseks eemalt". Kogu kvantmehaanika väli tundus talle nii kerge kui väidetav kvantmehhanism. Kuni oma elu lõpuni püüdis füüsik edutult teooriat "lappida", kuid sellest ei tulnud midagi. Seal polnud lihtsalt midagi parandada.
Pärast Einsteini surma tõestati korduvalt, et kvantmehaanika on korrektne ja töötab, isegi kui see on sageli terve mõistusega vastuolus. Teadlased on kinnitanud, et kvant-takerdumise paradoks on reaalne nähtus ja üldiselt pole see paradoks. Vaatamata asjaolule, et takerdumine toimub koheselt, ei saa osakeste vahel mingit teavet valguse kiirusest kiiremini üle kanda.
Kuidas see kõik kvant-teleportatsiooniga seotud on? Tuleme tagasi oma teema juurde. Fakt on see, et sel viisil saab teavet ikkagi edastada. Täpselt seda tegid Hiina teadlased 2017. aastal. Ehkki seda nimetatakse "teleportatsiooniks", on teadlased tegelikult teabe edastanud kahe takerdunud footoni vahel.
Kui laserkiir suunatakse läbi spetsiaalse kristalli, on selle kiiratavad footonid takerdunud. Nii et kui ühte footoni mõõdetakse takerdunud paaris, saab teise olek kohe teada. Kui kasutate signaalikandjana nende kvant olekuid, saab teavet kahe footoni vahel üle kanda. Seda on varem tehtud kogu maailma laborites, kuid kunagi varem pole see protsess aset leidnud nii kaugel.
Hiina teadlased on saatnud takerdunud footoni 1400 kilomeetri kõrgusel asuvale satelliidile. Seejärel takerdusid nad kolmanda footoniga planeedile jäänud footonisse, mis võimaldas tal saata oma kvant oleku satelliidil olevale footonile, kopeerides sellega efektiivselt kolmanda footoni orbiidil. Kolmandat footonit aga füüsiliselt satelliidile ei kantud. Edastati ja taastati ainult teave selle kvantoleku kohta.
Nii et see polnud Star Treki stiilis teleportatsioon. Kuid selle katse suurim läbimurre polnud mitte teleportatsioon, vaid suhtlus.
Läbi takerdunud osakeste põhinevat kvant Internetti oleks peaaegu võimatu häkkida. Ja seda kõike tänu vaatleja efektile.
Kui keegi proovib ühte neist kvantülekannetest pealtkuulata, on see põhimõtteliselt katse jälgida osakese, mis - nagu me juba teame - muudab seda. Ohustatud ülekanne oleks kohe nähtav, kuna osakesed lakkavad takerdumast või ülekanne hävitatakse täielikult.
Internet Quantum oleks peaaegu 100% turvaline sidevõrk. Juurdepääsuta takerdunud osakestele ei saanud keegi seda häkkida. Ja kui keegi pääseb juurde ühele takerdunud osakesest, märkavad nad seda kohe, kuna see osake kaob, mis tähendab, et Internet lakkab töötamast. Nii võib see olla kasulikum kui footoni teleportatsiooniseade.
Teadlased pidid tegema pisut üle miljoni katse, et pisut üle 900 osakese edukalt kinni haarata. Kuna footonid peavad läbima meie atmosfääri, on suur tõenäosus, et nad interakteeruvad teiste osakestega, seetõttu neid "vaadeldakse", välistades takerdumise ja lõpetades ülekande.
Kvantteleportimine kaotab kogu teabe originaalse osakese kohta, kuid loob teises otsas identse koopia / & copy; Jim Al-Khalili / Kvantteleportimise ajal kaob kogu teave algse osakese kohta, kuid teises otsas luuakse identne koopia / Jim Al-Khalili.
Kas me kasutame ühel päeval - kunagi kauges tulevikus - sama tehnikat suurte objektide või isegi inimeste teleportimiseks? Teoorias jah. See takerduks kehasse iga osakese sama arvu osakestega sihtkohta. Teie osakeste iga olek ja asukoht tuleb skannida ja teise kohta üle viia. Oodavad osakesed takerduvad ja võtavad vastu neile edastatud teabe, eeldades kohe algsete osakestega identset olekut. See on põhimõtteliselt sama asi, mis juhtus footonitega Hiina katses. Ainus erinevus on see, et see puudutab kõiki teie keha osakesi.
Siiski ei tohiks te üle rõõmustada. Teleportimise suhtes kehtib ka vaatleja efekt. Skaneerimisprotsess, mis mõõdab kõiki teie osakesi, muudaks need kõik koheselt. Võimalik, et muutused olid teie jaoks ebameeldivad, muutuksite tundmatuks kvantlimaks. Te lakkaksite olemasolust algses kohas ja ilmuksite teises kohas - täpselt samasuguses, kuid koos uue osakeste komplektiga. Kuid kas jääda iseendaks või mitte, on hoopis teine küsimus.
Vladimir Guillen
