Телепортация для чайников

Агентство стратегических инициатив обещало нам телепортацию до 2035 года. Спасибо, но что это такое?!

Иллюстрация: Lynn Skordal
Иллюстрация: Lynn Skordal
+T -
Поделиться:

Фактическая канва: «Коммерсант» сообщил, что всего за 10 млрд АСИ собирается за 20 лет разработать телепортацию. Российский квантовый центр, в свою очередь, снисходительно хмыкнул: мол, журналисты все неправильно поняли. Ситуацию даже попытались разъяснить с помощью комикса. Казалось бы, все ясно, но если кому-то хочется еще больше ясности, то вот она.

Почему-то про квантовую телепортацию объясняют всегда на примере каких-то фотонов со спинами. Широкой публике не нужны никакие фотоны, у нее нет потребности передавать их. Публике хочется телепортироваться самой, чтобы сэкономить на билетах, или телепортировать к себе кого-то из знакомых на чашку чая. Скажем, у нас в редакции возникла острая потребность задать пару вопросов доктору Алексею Цвелику*, физику и знатоку всяких квантовых штук. Но Алексей находится в США, а мы в Москве. Как бы мы могли телепортировать Алексея?

Ключевое заблуждение состоит в том, что это становится возможным только благодаря квантовой механике. Ничего подобного. Если бы мир строился на основании ньютоновской физики, телепортировать Алексея было бы проще пареной редиски. Надо было бы просто точно измерить все параметры частиц, из которых состоит Алексей, и передать их по мейлу в редакцию. А уж тут мы бы взяли мешок запасных частиц, придали бы им те самые параметры (скорости, координаты, заряды и т.п.) — и дело в шляпе, вот перед нами доктор Цвелик со всеми его знаниями, чувствами и жизненным опытом.

Квантовая физика тут как раз все путает. Оказывается, принципиально невозможно измерить все параметры частиц, из которых состоит Алексей, и при этом не испортить его. То есть при измерении состояний частиц в США доктор Цвелик будет безнадежно загублен и превращен в кучу шлака, а мы в редакции, при попытке его воссоздать, получим ровно такую же кучу шлака (на самом деле, даже не совсем такую), с которой не о чем будет поговорить. Это обидно, и виной тому — квантовая механика.

Именно этот казус и призвана обойти квантовая телепортация. Фокус состоит в том, чтобы не измерять состояния никаких частиц и тем самым не портить их (собственно, частицы, из которых состоит объект, тесно взаимосвязаны, поэтому я больше не буду говорить об отдельных частицах, а буду просто говорить «состояние»). Чтобы этого не делать, нам понадобится два мешка запасных частей — один в США, другой в Москве — которые будут«запутаны» между собой. Что значит «запутаны», уже объяснили сотни авторов комиксов про Боба и Алису, но суть в том, что наш мешок невидимым образом связан с американским и меняется всегда синхронно с ним.

И вот мы берем сложное квантовое состояние по имени Алексей Цвелик и приводим его в некое взаимодействие с американским мешком. Все, конец. Сложное состояние разрушено, осталась куча шлака. Однако мы были внимательны и записали на бумажку результаты всех взаимодействий. Теперь постараемся без ошибок вбить все это в компьютер** и передать в редакцию «Сноба» в Москве. А уж тут у нас закипит работа: дюжина стажеров начнут видоизменять состояния компонентов нашего мешка так, чтобы они соответствовали записям.

Хитрость в том, что ни американцы, ни мы не знаем — и не узнаем — каковы именно были все эти состояния. Мы знаем только то, как они изменились в Америке при взаимодействии с Алексеем Цвеликом, и ровно по этим же правилам воздействуем на наш мешок, Ч про который мы тоже ничего не знаем наверняка, кроме того, что он в точности идентичен американскому.

И вот только в результате этой работы на редакционном диване соберется сложное квантовое состояние — заметьте, по-прежнему неизмеренное и неопределенное в мелких деталях, и именно потому живое и настоящее — называемое Алексеем и сведущее в вопросах квантовой физики.

И тогда мы сможем, наконец, задать ему вопрос: «Уважаемый Алексей! Мы правильно все рассказали, или надо было расставить акценты по-другому?»

***

Но это все, конечно, дурацкое скоморошество, а на самом деле квантовая телепортация применяется совсем не для этого, а для шифровки сообщений. Как именно? А вот ровно так же: та информация, которую в предыдущем примере у нас была передана по почте, не несет никакого смысла, если у нас нету того самого мешка, запутанного с американским: лишь при взаимодействии они порождают множество важных знаний из области квантовой механики, которыми владеет телепортируемый физик. Для менее сложной информации мешок не нужен — достаточно группы запутанных фотонов, которые можно передать по оптическому волокну. И эти фотоны будут абсолютно необходимы, чтобы расшифровать белиберду, передаваемую параллельно по обычному каналу связи. При попытке перехватить сообщение вся информация будет разрушена. Вот такое применение телепортации — не фантастика, а совершенно реальная практика, которая уже существует.

__________________________

* Мы приносим искренние извинения профессору Алексею Цвелику, что без его ведома привлекли его для иллюстрации квантовых феноменов, да еще и превратили в процессе в кучу квантового шлака. С равным успехом мы могли бы взять для иллюстрации доктора Александра Львовского, создателя первой в России линии квантовой связи. Он находится в г. Калгари (Канада), и мы также не возражали бы заполучить его на редакционный диван, чтобы задать ему пару вопросов.


** В человеческом организме порядка 10 в тридцатой степени элементарных частиц. При существующем рекорде скорости передачи данных 10 в 14-й степени бит в секунду информация о квантовом состоянии организма будет передана уж точно не быстрее, чем за 10 в 16-й степени секунд, это примерно миллиард лет, до 2035 года никак не успеем. Подробнее об оценках количества информации в организме человека см. здесь.

Комментировать Всего 31 комментарий

Ни о чем, кроме телепортации квантовых частиц, мы понятия не имеем. И с ними-то проблема сложная, если речь идет о телепортации на большие расстояния. Проблема в том, что частицу надо изолировать от всего окружающего мира, а сделать это трудно принципиально, т.к. мир един и даже ослабить это единство непросто. Лучше всего проводить опыты с фотонами, т.е. со светом, сам с собой он практически не взаимодействует.

Эту реплику поддерживают: Владимир Генин

Так у вас так получатся целых два Цвелика, Алексей! Сталина на вас нет.  

В классической физике – да. Вообще нет ограничения на их число. В принципе уже из этго можно было догадаться, что с классической физикой что-то не так.

(Про Сталина не понял, к сожалению)

"А нужны ли нам два Покрасса / Синявских? / Слонимских?"  

Эту реплику поддерживают: Алексей Алексенко

Ага. Да. Правда, есть о чем задуматься :-)

Алексей, я тут прочел в газетах, что Россия собирается вкладывать большие деньги в телепортацию. Я думаю, это хорошо. Конечно, значительная их часть будет разворована, но если даже что то достанется ученым. будет здорово. Телепортацию м.б. и не сделают, но все, что идет на науку, это хорошо. Мой опыт говорит мне, что сделать что то в науке можно, только обманывая администрацию. Убедить их дать деньги на то, что того заслуживает, невозможно.

Эту реплику поддерживают: Светлана Пчельникова, Сергей Любимов

Да, к тому ведь и зашла речь. Видимо, когда писали заявку, никто не думал, что злые коммерсантовские журналисты будут ее так вдумчиво анализировать. Впрочем, вот тут профессор Львовский активно заступается за своих: говорит, что это у нас, дураков, телепортация значит телепортация, а у них, физиков, "телепортация" значит "квантовая связь" и больше ничего. То есть если в программе написано: «...телепортация и квантовая связь», то надо читать так: «квантовая связь и... квантовая связь».

Эту реплику поддерживают: Alexei Tsvelik

Писать "В стране нужно развивать квантовую связь и телепортацию" не более нелепо, чем, скажем, "В стране нужно развивать столярные мастерские и производство молотков". Как телепортация в квантовой связи, молоток является важным инструментом не только в столярном деле, но и во многих других видах деятельности.

Алексей, российская наука скоро вас удивит -))

Эту реплику поддерживают: Сергей Кондрашов

Обязательно! Как минимум - экспериментальным подтверждением того, что иногда и обманывая администрацию можно за большие деньги ничего не сделать в науке. ;-)

Сергей, а вы совсем не любите  всех 150 миллионов россиян?

Нет. Не всех. Миллионов 25-30 я очень люблю и уважаю. Остальных, пожалуй, нет.

Из 25 миллионов есть сколько-то ученых не воров и не обманщиков?

Перельман не в счёт.

Есть, разумеется. Но, во-первых, сейчас не время ученых-одиночек, а почти во всех российских научных коллективах (я имею в виду институты, а не отдельные лаборатории) слишком много псевдо-ученых. А во-вторых, система управления наукой страшно бюрократическая. Вот пойдут косяком публикации о российских открытиях в Science - я мнение переменю. А пока это всё выглядит пустой шумихой на фоне крайне неэффективного вложения  средств. Как там дела с нанотехнологиями?

Эту реплику поддерживают: Владимир Генин, Сергей Мурашов, Айрат Бикташев

Ага. Пока в  Science не написали, то и нет ничего. Класс. ВОт так и во всём. Не тольо в науке. 

А мир то уже поменялся. только англосаксы не заметили этого пока с либералами.

зы: а чем вам плохи лаборатории отдельные? именно там наука и делается: одиночками и мобильными лабораториями - во всем мире

Любые реальные научные достижения оставляют какие-то следы кроме саморекламы авторов. Не Science, так индекс цитирования. Какие-то независимые от авторов и их спонсоров свидетельства признания профессиональным сообществом. Ну, кроме, разумеется, "академий" выдающих "премии" за мзду. Россия сейчас производит очень мало таких публикаций, которые вызывают серьезный интерес. А пыжиться, да, это можно сколько угодно.

Эту реплику поддерживают: Айрат Бикташев

Как там дела с нанотехнологиями?

Прекрасно.  Пользуюсь в Москве  услугой "наномойка автомобиля" -)) Нравится.

Грязь удаляется на молекулярном уровне и создается защитная пленка.

Как там дела с нанотехнологиями? Прекрасно. Пользуюсь в Москве услугой "наномойка автомобиля"

Ответ, заменяющий десятки страниц обстоятельной критики современной российской науки и государственной политики её "поддержки". Блестяще! :-)

Эту реплику поддерживают: Владимир Генин, Сергей Мурашов

Я себя под Лениным нано-чищу. 

Светлана, я с российскими учеными общаюсь чуть не каждый день. Среди них очень много талантливых людей. И, как это типично для России, их таланты не востребованы. Вековая драма России состоит в том, что она продолжает рожать чрезвычайно талантливое меньшинство, которое задыхается среди тупого, гнусного быдла, которое его не уважает, а гордится грозными и сталинами. И еще хуже то, что российское начальство за редкими исключениями состoяло и состоит из этого же хамского и подлого быдла.

Алексей, если заметите невостребованный талант, прошу присылать к нам в РКЦ. Уверяю, что здесь он будет более чем востребован! Но по моему опыту, реально талантливых мало. Даёшь человеку листочек с простыми задачками  - и всё...

Эту реплику поддерживают: Светлана Пчельникова

Дорогой Александр, таланты не стали ждать, пока в России раскачаются. Здесь они пока востребованы. На каждой конференции я вижу много умных ребят, родившихся в России и уехавших оттуда. 

Эту реплику поддерживают: Владимир Генин, Сергей Мурашов, Айрат Бикташев

Алексей, я за всех сказать не могу, и понимаю, что в каких-то отраслях именно так, как вам говорят. 

А я имею какое-то представление - как оно, в разных отраслях. Лучше бы я его не имел.

Эту реплику поддерживают: Alexei Tsvelik, Айрат Бикташев

Проблема в том, что во многом российская наука де-юре состоит из того же материала. Что не облегчает и ее судьбу и перспективы развития.

Эту реплику поддерживают: Alexei Tsvelik, Айрат Бикташев

По сути согласен, но вот "хамское и подлое быдло" оставил бы за скобками.

Журналисты «Коммерсанта» постарались придумать яркий заголовок, и им это удалось. Как только уже наше правительство не издевалось над народными финансами, так теперь ещё и телепортировать собирается! Но на самом деле поддержка разработок по телепортации может показаться комичной только дилетанту, не знакомому с основами квантовой информатики. Дело в том, что налицо путаница понятий. Дилетант, слыша о телепортации, представляет себе картинку из «Звёздного пути», где капитан Пикард нажатием кнопки переносится с космического корабля «Энтерпрайз», скажем, на планету Бетазед. Эксперт же в области квантовой физики понимает, что речь идёт о процедуре переноса не самого объекта, а только его квантового состояния. То есть после измерения и уничтожения состояния некоторого объекта (скажем, фотона) в одном месте удаётся привести другой объект в другом месте в состояние, аналогичное первоначальному состоянию первого. Эта процедура была изобретена в 1993 году группой теоретиков ,  и с тех пор неоднократно реализована экспериментально на самых разных физических объектах. Подробно о сути явления квантовой телепортации я пишу здесь.

Теперь к вопросу о том, зачем на это тратить деньги налогоплательщиков. Оказывается, что квантовая телепортация является обязательным элементом квантовых компьютеров и квантовых линий связи. Объяснить, каким именно образом она там используется, довольно сложно, но если вкратце, то она позволяет передавать квантовые состояния на расстояние, избегая при этом потерь. Составляя из состояний цепочки, подобные азбуке Морзе, можно передавать целые сообщения, не беспокоясь при этом, что их кто-то подслушает. А кибербезопасность в двадцать первом веке, как известно, не шутка. На неё и десяти миллиардов не жалко.

Прошу прощения за флуд, но ещё хочу добавить, что не являюсь "создателем первой в России линии квантовой связи". Глава проекта - Юрий Курочкин, я только научный эксперт.

Эту реплику поддерживают: Сергей Любимов

Все, как и должно быть. Свете могу пожелать дополнительно к наномойке закачивать в шины "зимний газ" и не заморачиваться с шипами.

Хотел только отметить, что все обещания у нас планируется реализовать через 20 лет. Я уж не помню кто первым эту идею использовал - я застал "Следующее поколение советских людей будет жить при коммунизме", "каждой семье отдельную квартиру (не помню к какому году)". Это уже даже не смешно.

Эту реплику поддерживают: Владимир Генин