Антон Соколов

<h2>Что такое квантовая телепортация? Кого и куда она телепортирует?</h2>
<p>Термин "квантовая телепортация" <a href="http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.70.1895">предложили</a> физики-теоретики Чарльз Бенетт и Жил Брассард в 1993 году. Учёные нашли теоретический способ переносить частицы — например, фотоны из которых состоит свет, — на большие расстояния без каких-либо потерь. Поскольку само слово "телепортация" состоит из греческого корня "τήλε" — "далеко" и латинского "portare" — "нести", авторы сочли его уместным. Прилагательное "квантовый" означает, что телепортация управляется законами квантовой физики — той самой науки, которая разрешает частицам "проходить сквозь стены" или находиться в двух местах одновременно.</p>
<h2>Что нужно для телепортации?</h2>
<p>Для того чтобы телепортировать фотон, нам дополнительно нужна пара специально подготовленных частиц — тоже фотонов. Их называют запутанными: если мы сделаем что-либо с первой частицей в паре, например, измерим её состояние, то это неминуемо отразится и на второй частице. Объяснить это можно на простой аналогии: пусть в паре запутанных шариков один всегда зелёный, а другой всегда красный. Оба шарика быстро вращаются, и мы не можем понять, какого они цвета. Но пока мы не остановим и не посмотрим на шарик, ни мы, ни шарик не знаем, зелёный он или красный. Если мы возьмём много таких одинаковых запутанных пар и будем смотреть только на один шарик из пары (к примеру, всегда на тот, что справа), то в половине случаев он окажется красным, а в половине — зелёным.</p>
<p><img class="" src="https://static.life.ru/posts/2016/06/423289/885c35890839a4a0c52f7f02e3b2203d__660x.jpg" alt="" data-extra-description='&lt;p&gt;Фото с сайта &amp;copy; &lt;a href="http://www.extremetech.com/extreme/156673-the-first-quantum-entanglement-of-photons-through-space-and-time" target="_blank"&gt;extremetech.com&lt;/a&gt;&lt;/p&gt;'></p>
<p>Однако "магия" запутанности появляется, когда мы разделим пары очень большим расстоянием и будем сразу после измерения цвета первого шарика ловить и измерять цвет второго. Окажется, что как только первый шарик "узнал" (вместе с нами), что он красный — второй тут же станет зелёным. Информация о том, что произошло измерение, передаётся внутри пары моментально — даже быстрее, чем со скоростью света. К сожалению, полезную информацию моментально передавать нельзя.</p>
<h2>Как происходит квантовая телепортация?</h2>
<p>Вся квантовая телепортация основана на этом необычном свойстве. Пусть у нас есть два экспериментатора, Алиса и Боб. У Алисы есть фотон с ценной информацией, который она хочет телепортировать Бобу, и пара запутанных фотонов. Сначала Алисе надо отдать Бобу одну из запутанных частиц — сделать это можно по оптоволоконному каналу, например. Затем Алиса делает хитрую операцию: она измеряет одновременно некую характеристику сразу у двух частиц — запутанной и телепортированной. Это изменяет состояние частицы Боба.</p>
<p>С помощью классического канала (например, с помощью интернета) Алиса сообщает Бобу результат измерения. На основе этого результата Боб в точности знает, какую операцию надо провести над его фотоном, чтобы превратить его в фотон, который был у Алисы. Таким образом, не перемещая в пространстве уникальный фотон с ценной информацией, мы гарантированно передаём его состояние в руки Боба. </p>
<div class="tiny-mce-image-wide-container mceNonEditable"><img src="https://static.life.ru/posts/2016/06/423289/3b2c700adac1e79c35f06fe1fae6f999__1260x.png" alt="" data-image-wide="true" data-extra-description='&lt;p class="p1"&gt;&lt;span class="s1"&gt;Инфографика: &amp;copy; L!FE&lt;/span&gt;&lt;/p&gt;'></div>
<p>Точно так же вместо фотона физики могут телепортировать свойства атомов, из которых состоит всё на свете. Подойдут для телепортации ионы, электроны или даже сверхпроводящие кубиты квантовых компьютеров. Главное — найти необходимую пару запутанных частиц.</p>
<h2>И как, получается?</h2>
<p>Первый успешный эксперимент по квантовой телепортации фотонов лазерного луча <a href="http://arxiv.org/abs/quant-ph/9710013">провели</a> в 1997 году. Состояния фотонов переносили в рамках лабораторной установки. К 2004 году расстояние удалось <a href="http://www.nature.com/nature/journal/v430/n7002/full/430849a.html">увеличить</a> до 600 метров с помощью оптоволокна: фотоны телепортировали с одного берега Дуная на другой. Постепенно дистанции увеличивались вплоть до 143 километров — в экспериментах 2012 года фотоны передавали между двумя островами Канарского архипелага: Ла Пальма и Тенерифе.</p>
<p>Учёным также удавалось телепортировать состояния атомов кальция, бериллия и различных ионов. Интересно, что, так как мы переносим состояния, а не сами частицы, возможна телепортация между различными материями — к примеру, в 2006 году физики смогли передать состояния фотонов на атом цезия.</p>
<h2>А как же телепортация из дома на работу?</h2>
<p>Видно, что квантовая телепортация сильно отличается от того явления, которое было описано в научно-фантастической литературе. Фактически мы берём информацию о состоянии частицы и переносим её в другую частицу. Однако, взяв два атома одного и того же элемента, мы не сможем их отличить друг от друга, поэтому передав важное для нас свойство от одной частицы к другой, Боб получит ровно тот же объект с точки зрения практического использования, что и Алиса.</p>
<p><img class="" src="https://static.life.ru/posts/2016/06/423289/cb35b266ab93f3d41acc9f85a729cd00__660x.gif" alt="" data-extra-description=""></p>
<p>Для того чтобы телепортировать живой объект — хотя бы одну клетку живого организма, — нам потребуется последовательно передавать сотни триллионов атомов, что в обозримом будущем невозможно.</p>
<h2>Тогда зачем это нужно?</h2>
<p>При передаче обычной информации по оптоволокну часть света неминуемо теряется — не существует идеально прозрачных материалов. Поэтому даже в оптоволоконных каналах, которые обеспечивают связь между компьютерами на расстояниях в сотни и тысячи километров используются так называемые повторители. Эти устройства ловят ослабленный сигнал, усиливают его и передают дальше. Без них сигналы могли бы попросту не доходить из точки А в точку Б.</p>
<p>В квантовых коммуникациях могут возникать те же самые потери, и квантовая телепортация оказывается важным средством, которое позволяет с ними бороться. Скажем, недавно Российский квантовый центр <a href="https://life.ru/t/%D0%BA%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F%D0%BC%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0/420740/v_rossii_vpiervyie_ispolzovali_kvantovuiu_sviaz_dlia_zashchity_bankovskikh_dannykh">запустил первую в России линию квантовой связи</a> между банками — её протяжённость составила всего 30,6 километров. Построить такую же, идеально защищённую от взлома линию между Москвой и Владивостоком без квантовых повторителей будет невозможно: сигнал попросту не "долетит".</p>
<h2>А всё-таки, сможем ли мы телепортировать человека?</h2>
<p>Теоретически это возможно, если перенести квантовые состояния всех атомов в теле человека на новые атомы и собрать их в правильном порядке. Здесь, правда, может возникнуть другая сложность — не будет ли это клонированием?</p>
<p><img class="" src="https://static.life.ru/posts/2016/06/423289/2fc66d8704cce682fa7ca578fe563a7d__660x.jpg" alt="" data-extra-description="&lt;p&gt;Фото: &amp;copy;&amp;nbsp;nasa.gov&lt;/p&gt;"></p>
<p>К счастью, эта проблема в квантовой телепортации решена. Когда мы телепортируем состояние частицы в другое место, оригинальное состояние разрушается измерением. Так устроена квантовая физика. Существует даже специальная теорема, <a href="https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%B0_%D0%BE_%D0%B7%D0%B0%D0%BF%D1%80%D0%B5%D1%82%D0%B5_%D0%BA%D0%BB%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F">запрещающая клонирование</a> состояний. Однако между телепортацией квантовых состояний и телепортацией человека лежит огромная пропасть, которую нам ещё предстоит преодолеть.</p>

5db5031acc0429821c6aa2c217f12bfa.jpg

<p>Коллаж L!FE. &copy; РИА Новости/Рамиль Ситдиков/Илья Питалев &copy;<a href="https://www.flickr.com/photos/ssoosay/22368059964/in/photolist-A5A9Wh-rLVvh-98CwxD-4MPmfx-94fEzp-J8qaa2-Bf7Bq5-3pf22-HcmbSS-9xBcC1-nVio45-9xBdUw-nESbUr-9xBcXo-nESmu8-9xBcm1-9xycp4-nX3wbR-nXkW5H-9xyc8r-nX3As6-nXe8gb-7B7deL-nX3Brv-nXegLs-5JAYnK-nER8R6-nZ8g4X-nZ8ftt-nXkZYe-nERyGN-9xBchq-L68vQ-nXf76W-rWg6G9-nXkMde-nX3FF2-nXfayN-9xBbRo-nERsMG-nVifiq-9xycQr-4oGCEW-nVii45-nXf4c9-9xyc44-9xycUz-47cTjA-nERuWU-nXkXpr" target="_blank"> flickr.com/Surian Soosay</a></p>

Как сообщил сегодня КоммерсантЪ, в 2025—2035 году в рамках выполнения "Национальной технологической инициативы" (при поддержке вице-премьера Аркадия Дворковича) в России может появиться абсолютно безопасная квантовая связь и даже технологии квантовой телепортации. Последнее выглядит очень любопытно: кому из нас не хотелось бы телепортироваться на работу моментально, в обход пробок или поездок в душных вагонах метро? Смущает только слово "квантовый". Лайф разъясняет, о какой телепортации толкуют российские чиновники от инноваций.

Статьи

Телепортируемся! О чём на самом деле говорят российские чиновники?