Научно-популярный журнал LiveScience в последнем номере опубликует статью о таком недостижимом в наши дни фантастическом феномене, как телепортация. Мгновенное перемещение объектов из одной точки пространства в другую пока недостижимо, по крайней мере в случае с объектами макромира, но в в микромире на уровне молекул и атомов дела обстоят несколько иначе.
Ученые из Объединенного института квантовых исследований при Университете Мэриленда впервые смогли перенести информацию из одного атома в другой, при том что между атомами было расстояние около метра.
По словам одного из участников опыта Кристофера Монро, телепортация — это одна из наиболее захватывающих и загадочных форм перемещения. Квантовая информация, такая как спин (вращение) электронов или поляризация фотонов передается из одной части пространства в другую, минуя расстояние без его физического преодоления.
До сих пор телепортация в самом примитивном понимании этого понятия была доказана на примере с фотонами света, однако фотоны в известном смысле можно рассматривать как один из видов электромагнитной радиации, поэтому отнести фотоны к объектам физического мира можно лишь с долей условности. Кроме того, ранее ученым так и не удалось удаленно передать какую-либо квантовую (световую) информацию на расстояние.
Теперь передача квантовых данных на расстоянии стала возможна. Хоть в макромире расстояние в 1 метр совсем невелико, для объектов, соразмерных атомам, 1 метр — это целая Вселенная. В публикации LiveScience отмечается, что группам ученых из Университетов Мэриленда и Мичигана удалось телепортировать квантовое состояние напрямую от одного атома другому. Специалисты говорят, что их достижение было необходимым условием для работы будущих квантовых компьютеров, потому что там будет требоваться удаленная передача световых данных, причем приемные узлы в квантовых системах будут работать одновременно как на примем, так и на отправку данных.
Специалисты говорят, что используя их разработку атомной передачи информации можно гарантировать успех телепортации данных с вероятностью 90%. Однако этот показатель вполне можно улучшить. «Наша система позволяет реализовать устройства, которые можно будет назвать большими «квантовыми репитерами». Такие устройства смогут передавать данные по квантовым сетям на большие дистанции. Более того, наши методы можно использовать в тандеме с операциями над квантовыми битами — ключевыми компонентами для работы квантовых компьютеров», — рассказывает Монро.
Напомним, что сейчас физики разных стран разрабатывают практические реализации квантовых вычислительных систем, которые по своей вычислительной мощности в миллионы раз превзойдут современные компьютеры.
Что касается телепортации, то она работает из-за такого квантового явления как «возбужденность», происходящего только на атомном или субатомном уровне. Когда два объекта микромира переходят в возбужденное состояние, то их свойства уже неразрывно повторяют друг друга. Однако до сих пор для ученых был загадкой тот факт, что это состояние объекты могут наследовать друг от друга, иными словами один объект способен повторять точные свойства другого вне зависимости от того, какое расстояние их разделяет.
Команда физиков из Объединенного института квантовых исследований смогла увязать состояния двух атомов таким образом, чтобы информация, хранящаяся в одном была в точности воспроизведена или, говоря иначе, телепортирована в другом.
Практические опыты ученые провели на ионах иттербия с тем, чтобы информация, воплощенная в одном ионе, была воспроизведена в другом. Каждый из двух ионов был выделен в отдельную вакуумную ловушку, разделенную от другой электрическим полем. Далее ученые зафиксировали низкоэнергетические состояния обоих ионов, что можно сравнить с выключенным состоянием квантового бита или кубита.
Поясним: в традиционных компьютерах электронные биты всегда имеют лишь одно состояние: 1 или 0, которое реализуется через высокое и низкое напряжение соответственно, однако квантовые биты могут быть в двух состояниях одновременно. Это эффект в научном мире получил название «Суперпозиция». Именно подобная двойственность состояния и дает квантовым компьютерам их гигантскую вычислительную силу.
На стадии старта эксперимента два иона были переведены в низкое состояние, затем первый из ионов подвергся микроволновому всплеску, что перевело его в состояние суперпозиции. После этого ученые при помощи лазерного луча, период излучения которого не превышал 1 пикосекуны (одной триллионной доли секунды) сообщили второму иону, что первый перешел в суперпозицию. Излучение лазера было настолько мало, что фактически оно было сведено к единичному фотону, просто несущему информацию, однако даже этого было достаточно для получения суперпозиции и во втором случае.
К удивлению специалистов, данный эффект работал и в обратном направлении, когда ион нужно было «выключить». Более того, физики из Мичигана говорят, что они проводили опыты по передаче при помощи разных типов лазера с разной длиной волны и результат был неизменным — телепортация сохранялась.