Телепортацын боломж бол хамгийн халуухан маргаантай паранормаль ба парантикийн асуудлуудын нэг юм. Түүнээс гадна энэ нь ид шидийн гайхалтай санаанууд болон шинжлэх ухааны тодорхой ололт амжилт дээр суурилдаг. Гэсэн хэдий ч телепорт гэж янз бүрийн мэдээлдэг практикт хүрэх гэж байгаа нь зөвхөн квант телепортацын талаархи мэдээллийг шударга бусаар ашиглах явдал юм. Квантын телепортац нь бодит физик үзэгдэл боловч энэ нь ид шидийн онол, шинжлэх ухааны уран зөгнөлийн бүтээлүүдээс шууд бусаар телепортацтай холбоотой юм.

Эйнштейнгүйгээр хийж чадахгүй

Телепортацийн практик нь материйг сансар огторгуйн нэг цэгээс нөгөө цэг рүү тасралтгүй хөдөлгөөний замналгүйгээр шилжүүлэх явдал юм. Өөрөөр хэлбэл, цаг хугацааны дараагийн мөч бүрт тодорхой цэгт байгаа бодисын тасралтгүй дарааллыг хянах боломжгүй юм. Тиймээс матери хэсэг хугацаанд алга болж, дараа нь огт өөр газар гарч ирдэг. Мэдээжийн хэрэг квантын телепортацийн хувьд үүнтэй төстэй зүйл тохиолдохгүй. Энэ нь квантуудын онцгой шинж чанартай холбоотой бөгөөд анх 1930-аад онд алдарт Альберт Эйнштейн онолын түвшинд томьёолжээ.

Тэрээр хоёр бөөмийн хооронд орооцолдсон квантуудын холбооны суваг байж болох бөгөөд үүгээр дамжуулан шинж чанарыг нэг элементийн бөөмөөс нөгөөд шилжүүлэх боломжтой гэж тэр санал болгов. Физикийн хувьд энгийн тоосонцор бие биендээ хүрдэггүй, өөрөөр хэлбэл тэд хоорондоо харьцдаггүй. Нэг бөөмийн өмч нь квантаар дамждаг бөгөөд явах үед энэ өмч устаж алга болж, илгээгч бөөм нь энэ өмчөөс хасагдана. Хариуд нь энэ шинж чанар нь орооцолдсон квантуудаар дамжин "зөөгдсөн" өөр бөөмс дээр гарч ирдэг. Энерги ч, бодис ч өөрөө бөөмс хооронд "үсэрдэггүй" бөгөөд шинж чанарыг дамжуулах хурд нь вакуум дахь гэрлийн хурдаас хэтрэхгүй. Тиймээс ямар ч физик хууль зөрчигддөггүй бөгөөд бид бодит телепортын талаар ярих боломжгүй юм. Эйнштейн квант телепортацийг квантын онолын үл нийцэлийн үр дагавар гэж үзэн түүний онолын загвар ч гэсэн практик боломжтой гэдэгт итгэдэггүй байсан нь онцлог юм.

Практикт хэрэгжүүлэх

ЭПР эффект гэгддэг квант телепортацийг (энэ сэдвээр онолын ажлын хамтран зохиогч Эйнштейн, Подольский, Розен нарын нэрээр нэрлэсэн) бараг хагас зуун жилийн турш цэвэр таамаглал гэж үздэг. Гэвч 1980 онд энэ нөлөө байгаа нь туршилтаар батлагдсан. Фотоны телепортац гэж нэрлэгддэг, өөрөөр хэлбэл шинж чанарыг нэг фотоноос нөгөөд шилжүүлэх ажлыг хийсэн. Физикийн хуультай зөрчилдөж буй энэ үзэгдлийн тайлбарыг эрдэмтэд эхэндээ олж чадаагүй юм. Гэсэн хэдий ч дараа нь тэд Эйнштейн болон түүний хамтрагчдын боловсруулсан квант телепортацын зарчмыг санаж, бүх зүйл байрандаа оров.

Нэмж дурдахад квантын телепортацын нэг онцлог шинж чанар нь энгийн бөөмсийн хооронд шинж чанарыг нэлээд зайд шилжүүлэх боломж байв. Гэвч үүнтэй зэрэгцэн янз бүрийн бэрхшээлүүд гарч ирэв. Тиймээс квант телепорт нь аливаа холбооны сувгийн онцлог шинж чанартай байдаг нь хурдан тодорхой болсон - мэдээлэл дамжуулах хурд нь энэ сувгийн хамгийн дээд хурдаас хэтрэхгүй байх ёстой. Хамгийн сайндаа энэ нь вакуум дахь гэрлийн хурдтай ойртох болно. Нэмж дурдахад квантын телепортац нь шинжлэх ухааны уран зөгнөлт зохиолуудаас танил болсон "сонгодог" телепортацтай ямар ч нийтлэг зүйлгүй байв. Нэг цэгээс нөгөө цэг рүү энерги, бодисыг ийм байдлаар шилжүүлэх боломжгүй хэвээр байна. Тиймээс хүний ​​телепортод хүрэхийг хүсч буй сонирхогчид хүлээх хэрэгтэй болно. Бид тодорхойгүй хугацаагаар хүлээх хэрэгтэй болж магадгүй юм: материйг телепортлох арга нээсэн ч гэсэн оюун ухаант амьтдыг телепорт хийх, ухамсрын бүрэн механизмыг шинэ газар дахин бүтээх боломжийг төсөөлөхөд хэцүү байдаг.

Туршилтууд нь шинжлэх ухааныг хөдөлгөдөг

Японы эрдэмтдийн энэ чиглэлийн хамгийн сүүлийн үеийн ололттой холбогдуулан квант телепортацийн талаар хэвлэл мэдээллийн хэрэгслээр өргөн хүрээтэй мэдээлсэн. Төрөл бүрийн туршилтуудын үеэр тэд гайхалтай үр дүнд хүрсэн. Эхний тохиолдолд туршилт маш гайхалтай болсон: судлаачид гэрлийн квантыг "цацуулах" боломжтой болсон. Үндсэндээ энэ нь фотоны телепортац юм - гэрэл нь бие даасан фотоны хэсгүүдэд "задарч", орооцолдсон квантуудын холбооны сувгийг ашиглан тэдгээрийг сансар огторгуйн өөр цэг рүү шилжүүлж, дахин гэрлийн туяа болгон цуглуулсан. Хоёр дахь тохиолдолд эхний квант телепортацийг хоёрын хооронд биш, харин гурван фотоны хооронд хийсэн. Шинжлэх ухааны практик технологийн үүднээс авч үзвэл энэ нь квант компьютер бүтээх бодит хэтийн төлөвийг нээж өгч байгаа бодит нээлт юм. Эдгээр компьютерууд нь өгөгдөл боловсруулах хурд болон нийт эзлэхүүний хувьд илүү бүтээмжтэй байх болно.

Гэхдээ Японы квантын телепортацын туршилтууд нь цорын ганц зүйл биш бөгөөд энэ чиглэлийн ажил хэдэн арван жилийн турш үргэлжилж байгаа боловч сүүлийн жилүүдэд ялангуяа идэвхтэй болж байна. Ийнхүү 2004 онд квантын телепортацын амжилттай туршилтыг фотонуудын хооронд биш, харин атомуудын хооронд хийсэн - эхний тохиолдолд кальцийн атомын ионууд шинж чанараараа, хоёрдугаарт - бериллийн атомын ионууд солилцсон. 2006 онд квант телепортацийг өөр өөр шинж чанартай хоёр объектын хооронд, нэг талаас цезийн атомууд, нөгөө талаас лазерын цацрагийн квантуудын хооронд хийсэн. Эрдэмтэд 2010-2012 онуудад квант телепортын чиглэлээр гайхалтай алсын зайн дээд амжилтыг тогтмол тогтоож байсан: эхлээд Хятадад фотонуудын хоорондох шинж чанарыг 16 км-ээс хол зайд шилжүүлж, дараа нь Дундад улсад ололт амжилтыг 97 км болгон нэмэгдүүлж, дараа нь Австри улсад судлаачид телепортацийг тогтоожээ. 143 км.

Александр Бабицкий

Хятадын Шинжлэх Ухааны Академийн хэсэг эрдэмтэд орооцолдсон хос фотонуудын хооронд (квант телепортаци гэж нэрлэгддэг) квантын төлөвийг 1200 км-ээс дээш зайд шилжүүлэх хиймэл дагуулын туршилт хийжээ.

Уг үзэгдэл (эсвэл орооцолдох) нь хоёр ба түүнээс дээш бөөмийн төлөвүүд харилцан хамааралтай (харилцан хамааралтай) үед тохиолддог бөгөөд үүнийг дур зоргоороо том зайд тусгаарлаж болох боловч нэгэн зэрэг бие биенээ "мэдрэх" хэвээр байна. Нэг бөөмийн параметрийг хэмжих нь нөгөө бөөмийн орооцолдсон төлөвийг агшин зуур устгахад хүргэдэг бөгөөд энэ нь квант механикийн зарчмуудыг ойлгохгүйгээр төсөөлөхөд хэцүү байдаг, ялангуяа бөөмс (энэ нь тусгайлан үзүүлэв Bell-ийн тэгш бус байдал гэж нэрлэгддэг зөрчлийн туршилтуудад) нь "хамтрагчийн" төлөв байдлын талаархи мэдээллийг хадгалах ямар ч далд параметргүй бөгөөд үүнтэй зэрэгцэн төлөвийн агшин зуурын өөрчлөлт нь зөрчилд хүргэдэггүй. учир шалтгааны зарчмыг баримталдаг бөгөөд ашигтай мэдээллийг ийм байдлаар дамжуулахыг зөвшөөрдөггүй.

Бодит мэдээллийг дамжуулахын тулд гэрлийн хурдаас хэтрэхгүй хурдаар хөдөлж буй бөөмсийг оруулах шаардлагатай. Орооцолдсон тоосонцор нь жишээлбэл, нийтлэг өвөг дээдэстэй фотонууд байж болох ба хамааралтай параметр нь тэдний эргэлт юм.

Зөвхөн суурь физикийн чиглэлээр ажилладаг эрдэмтэд төдийгүй аюулгүй харилцаа холбоог зохион бүтээгч инженерүүд улам бүр хол зайд, хамгийн эрс тэс нөхцөлд орооцолдсон бөөмсийн төлөвийг дамжуулах сонирхолтой байна. Бөөмийн орооцолдох үзэгдэл нь бидэнд зарчмын хувьд ирээдүйд хакердах боломжгүй харилцааны сувгуудыг бий болгоно гэж үздэг. Энэ тохиолдолд "хамгаалалт" нь харилцан ярианд оролцогчдын харилцаанд гуравдагч этгээд хөндлөнгөөс оролцсон тухай зайлшгүй мэдэгдэл байх болно.

Үүний нотолгоо нь физикийн халдашгүй хуулиуд болох долгионы функцийн эргэлт буцалтгүй уналт байх болно.

Ийм аюулгүй квант харилцаа холбоог хэрэгжүүлэх төхөөрөмжүүдийн прототипүүд аль хэдийн бүтээгдсэн боловч эдгээр бүх "туйлын аюулгүй суваг" -ын үйл ажиллагааг алдагдуулж, тухайлбал, буцах боломжтой сул квант хэмжилтээр дамжуулан, квант криптографи хийх эсэх нь тодорхойгүй хэвээр байна. Бүх бүтээн байгуулалтууд урьдчилж сүйрсэн, практик хэрэглээнд тохиромжгүй болох эсэхээс үл хамааран прототипийн туршилтын үе шатыг орхих боломжтой.

Өөр нэг цэг: Орооцолдсон төлөвийг дамжуулах нь оптик утас эсвэл агаарт фотон алдагдсанаас болж зөвхөн 100 км-ээс хэтрэхгүй зайд явагдсан, учир нь фотонуудын ядаж зарим нь хүрэх магадлал өндөр байна. детектор алга болохуйц жижиг болно. Хааяа энэ замд гарсан дараагийн ололт амжилтын тухай мэдээллүүд гарч ирдэг ч ийм холболтоор дэлхийг бүхэлд нь хамрах хараахан боломжгүй байна.

Тиймээс энэ сарын эхээр Канадын физикчид нисэх онгоцтой аюулгүй квант сувгаар холбогдох оролдлого амжилттай хийснээ зарласан ч энэ нь дамжуулагчаас ердөө 3-10 км-ийн зайд байсан юм.

Квантын давталтын протокол гэж нэрлэгддэг протокол нь дохионы тархалтыг эрс сайжруулах арга замуудын нэг гэж хүлээн зөвшөөрөгдсөн боловч хэд хэдэн нарийн төвөгтэй техникийн асуудлыг шийдвэрлэх шаардлагатай байгаа тул практик үнэ цэнэ нь эргэлзээтэй хэвээр байна.

Өөр нэг арга бол хиймэл дагуулын технологийг ашиглах явдал юм, учир нь хиймэл дагуул нь дэлхийн өөр өөр газруудад нэгэн зэрэг харагдах боломжтой. Энэ аргын гол давуу тал нь фотоны замын ихэнх хэсэг нь виртуал вакуумд байх бөгөөд шингээлт нь бараг тэг, эвдрэлгүй байх явдал юм.

Хиймэл дагуулын туршилт хийх боломжтойг харуулахын тулд Хятадын мэргэжилтнүүд газрын урьдчилсан туршилтыг хийж, 80 дБ үр дүнтэй сувгийн алдагдалтай, 600 м, 13, 102 км-ийн зайд ил орчинд орооцолдсон хос фотоныг хоёр чиглэлтэй амжилттай тарааж байгааг харуулсан. Өндөр алдагдал, үймээн самуунтай нөхцөлд хөдөлгөөнт платформ дээр квант төлөвийг шилжүүлэх туршилтыг мөн хийсэн.

Австрийн эрдэмтдийн оролцоотой нарийвчилсан ТЭЗҮ-ийг боловсруулсны дараа 100 сая ам.долларын өртөгтэй хиймэл дагуулыг бүтээж, 2016 оны 8-р сарын 16-нд говь дахь Жиучуань хиймэл дагуул хөөргөх төвөөс Long March 2D зөөгч пуужингаар 500 км-ийн өндөрт тойрог замд хөөргөсөн. .

Хиймэл дагуулыг МЭӨ 5-р зууны эртний Хятадын гүн ухаантан, моизмыг (бүх нийтийн хайр ба төрийн үр дагаварын тухай сургаал) үндэслэгчийг хүндэтгэн "Мо Цзу" гэж нэрлэсэн. Хятадад хэдэн зууны турш Мохизм нь Күнзийн сургаалыг төрийн үзэл суртал болгон батлах хүртэл амжилттай өрсөлдөж байв.

Мози номлолыг Дэлинхэ (Чинхай муж), Урумчи (Шинжаан) дахь Наншань, Лижиан (Юньнань муж) дахь ГаоМэйГү ажиглалтын төв (GMG) гэсэн гурван газрын станц дэмжиж байна. Делинхэ ба Лижиан хотуудын хоорондох зай 1203 км. Сансрын хиймэл дагуул болон эдгээр газрын станцуудын хоорондох зай 500-2000 км-ийн хооронд хэлбэлздэг.

Орооцолдсон фотоныг сонгодог дохио шиг зүгээр л "олшруулах" боломжгүй тул дэлхий болон хиймэл дагуулын хоорондох дамжуулах холбоосын сулралтыг бууруулах шинэ арга техникийг боловсруулах шаардлагатай болсон. Шаардлагатай харилцаа холбооны үр ашигт хүрэхийн тулд цацрагийн хамгийн бага ялгаа, детекторуудыг өндөр хурдтай, өндөр нарийвчлалтай чиглүүлэх зэрэгт нэгэн зэрэг хүрэх шаардлагатай байв.

Хоёр фотон орооцолдох, өндөр нарийвчлалтай APT (авах, заах, хянах) технологийн хэт гэрэлтдэг сансрын эх үүсвэрийг хөгжүүлсний дараа баг 1203 км-ийн зайд тусгаарлагдсан хос фотонуудын хооронд "квант холболт" байгуулж, эрдэмтэд гэгддэг туршилтыг явуулсан. Орон нутгийн зөрчлийг шалгах хонхны тест (алслагдсан бөөмсийн төлөв байдалд шууд нөлөөлөх чадвар) бөгөөд дөрвөн сигма (стандарт хазайлт) статистикийн ач холбогдолтой үр дүнг авсан.

Хиймэл дагуул дээрх фотоны эх үүсвэрийн диаграмм. KTiOPO4 (PPKTP) болор зузаан нь 15 мм байна. Хос тэнхлэгээс гадуурх хотгор толь нь насосны лазерыг (PL) PPKTP болорын төвд төвлөрүүлдэг. Sagnac интерферометрийн гаралт нь насосны лазераас дохионы фотоныг салгахын тулд хоёр дихромат толь (DM) ба шүүлтүүрийг ашигладаг. Газар дээрээс алсаас удирддаг хоёр нэмэлт толь (PI) нь цацраг цуглуулах оновчтой үр ашигтай байхын тулд цацрагийн чиглэлийг нарийн тохируулахад ашиглагддаг. QWP - дөрөвний долгионы фазын хэсэг; HWP - хагас долгионы фазын хэсэг; PBS - туйлшруулагч цацраг задлагч.

Арилжааны харилцаа холбооны хамгийн түгээмэл утас ашигладаг өмнөх аргуудтай харьцуулахад хиймэл дагуулын холболтын үр ашиг хэд хэдэн удаа өндөр байсан нь судалгааны зохиогчдын үзэж байгаагаар дэлхий дээр урьд өмнө байгаагүй практик хэрэглээнд хүрэх замыг нээж байна.

А.ШИШЛОВА. "Байгаль", "Шинжлэх ухааны мэдээ" сэтгүүлийн материалд үндэслэсэн.

Нарийн физик туршилтуудын хувьд шинжлэх ухааны зөгнөлт зохиолчдын хамгийн зоригтой уран зөгнөл гэж үздэг зүйлийг хийх боломжтой юм шиг санагдаж байна: нэг удаа холбогдсон бөөмсүүдийн аль нэгийг судалснаар хүн ямар ч зайнаас шууд (хэт хурдтай!) мэдээлэл авах боломжтой. өөр бөөмийн төлөв байдлын тухай.

Шинжлэх ухааны уран зөгнөлт кино, зохиолын баатрууд цаг хугацаа, орон зайд шууд шилжих тохиромжтой арга болох телепортыг удаан хугацаанд эзэмшсэн. Бодит амьдралын тухайд гэвэл энэ зүгээр л мөрөөдөл хэвээрээ л байна.

Гэсэн хэдий ч Альберт Эйнштейн тэртээ 1935 онд өөрийн хамтран зүтгэгч Б.Подольский, Н.Розен нартай хамтран матери биш юмаа гэхэд мэдээллийн телепортацийн туршилт хийхийг санал болгожээ. Хэт гэрлийн холбооны энэ аргыг EPR парадокс гэж нэрлэдэг.

Парадоксын мөн чанар нь дараах байдалтай байна. Хэсэг хугацаанд харилцан үйлчлэлцэж нэг системийг бүрдүүлдэг хоёр бөөмс байдаг. Квант механикийн үүднээс авч үзвэл энэхүү хосолсон системийг тодорхой долгионы функцээр тодорхойлж болно. Харилцан үйлчлэл зогсч, бөөмс маш хол нисэх үед тэдгээрийг ижил функцээр дүрсэлсэн хэвээр байх болно. Гэхдээ бие даасан бөөм бүрийн төлөв байдал нь зарчмын хувьд тодорхойгүй: энэ нь тодорхойгүй байдлын хамаарлаас үүсдэг. Зөвхөн тэдгээрийн нэг нь түүний параметрүүдийг бүртгэдэг хүлээн авагчийг цохиход нөгөө нь харгалзах шинж чанарууд гарч ирдэг (тэдгээр нь гарч ирдэг, мэдэгддэггүй!). Өөрөөр хэлбэл бөөмийн квант төлөвийг хязгааргүй хол зайд агшин зуур "шилжүүлэх" боломжтой. Бөөмийн өөрөө телепортаци ба массын шилжилт явагдахгүй.

Хоёр хуваагдсан сум нь ижил төстэй байдлаар ажилладаг: хэрэв дэлбэрэлт болохоос өмнө хөдөлгөөнгүй байсан бол түүний хэсгүүдийн нийт импульс тэг болно. Нэг хэлтэрхийг "барьж", түүний импульсийг хэмжсэнээр та хоёр дахь фрагментийн импульсийн хэмжээг хэр хол нисч байгаагаас үл хамааран шууд тодорхойлох боломжтой.

Өнөөдөр дор хаяж хоёр шинжлэх ухааны бүлэг буюу Инсбрукийн их сургуулийн Австрийн судлаачид болон Ромын Ла Сапиенза их сургуулийн Италийн судлаачид лабораторийн нөхцөлд фотоны шинж чанарыг телепорт хийж чадсан гэж мэдэгджээ.

Инсбрукт хийсэн туршилтууд нь хэт ягаан туяаны туйлширсан фотон хэлбэрээр "мэдээлэл" дамжуулсан. Энэ фотон нь хос фотонуудын аль нэгтэй оптик холигчоор харилцан үйлчлэлцсэн. Тэдний хооронд эргээд квант механик холболт үүсч, шинэ хосын туйлшралд хүргэв. Ийнхүү туршилт хийгчид маш сонирхолтой үр дүнд хүрчээ: тэд нийтлэг гарал үүсэлтэй биш фотонуудыг холбож сурсан. Энэ нь цоо шинэ туршилтуудын бүхэл бүтэн анги хийх боломжийг нээж өгч байна.

Хэмжилтийн үр дүнд анхны хосолсон хосын хоёр дахь фотон нь тодорхой туйлшралыг олж авсан: "элч фотон" -ын анхны төлөвийн хуулбарыг алс холын фотон руу дамжуулсан. Хамгийн хэцүү сорилт бол квант төлөвийг үнэхээр телепортолсон гэдгийг нотлох явдал байв: энэ нь ерөнхий туйлшралыг хэмжихийн тулд детекторууд яг ямар байрлалд байгааг мэдэж, тэдгээрийг сайтар синхрончлох шаардлагатай байв.

Тусдаа "элч фотон" ашиглахын оронд Италийн судлаачид холбогдсон бөөм бүрийн хоёр шинж чанарыг нэгэн зэрэг авч үзэхийг санал болгов: туйлшрал ба хөдөлгөөний чиглэл. Энэ нь тэдгээрийг онолын хувьд тусдаа бөөмс гэж тодорхойлох боломжийг олгодог бөгөөд үүний зэрэгцээ зөвхөн эхний бөөмсөөр хэмжилт хийж, хоёр дахь шинж чанарыг нь хүрэхгүйгээр олж авах - телепортацийг хийх боломжтой болгодог.

Фотоны телепортацад амжилтанд хүрсэн туршилтчид бусад бөөмсүүд болох электрон, атом, тэр ч байтугай ионуудтай ажиллахаар төлөвлөж байна. Энэ нь квант төлөвийг богино хугацааны бөөмсөөс илүү тогтвортой байдалд шилжүүлэх боломжийг олгоно. Ингэснээр фотоны авчирсан мэдээллийг хүрээлэн буй орчноос тусгаарлагдсан ионууд дээр хадгалах хадгалах төхөөрөмжийг бий болгох боломжтой болно.

Квантын телепортацын найдвартай аргуудыг бий болгосны дараа квант тооцооллын системийг бий болгох бодит урьдчилсан нөхцөл бий болно ("Шинжлэх ухаан ба амьдрал" 1996 оны 6-р дугаарыг үзнэ үү). Teleportation нь бусад бүх аргууд үр дүнгүй байх үед хүчтэй хөндлөнгийн оролцоотойгоор мэдээллийг найдвартай дамжуулах, хадгалах боломжийг олгодог бөгөөд хэд хэдэн квант компьютеруудын хооронд холбоо тогтооход ашиглаж болно. Нэмж дурдахад, судлаачдын боловсруулсан аргууд нь квант механикийн ирээдүйн туршилт, орчин үеийн физикийн онолыг турших, боловсронгуй болгоход чухал ач холбогдолтой юм.

Квантын телепортац- энэ бол физик объект, энерги биш, харин төлөв байдлын телепортац юм. Гэхдээ энэ тохиолдолд төрийг сонгодог дүрслэлд хийх боломжгүй байдлаар дамжуулдаг. Дүрмээр бол объектын талаарх мэдээллийг дамжуулахын тулд олон тооны цогц хэмжилтийг шаарддаг. Гэвч тэд квант төлөвийг устгадаг бөгөөд бид үүнийг дахин хэмжих арга байхгүй. Квантын телепортацийг тодорхой төлөвийг дамжуулах, дамжуулахад ашигладаг бөгөөд энэ нь түүний талаархи хамгийн бага мэдээлэлтэй, түүнийг "харалгүйгээр", хэмжихгүйгээр, улмаар түүнд саад учруулахгүйгээр ашигладаг.

Кубит

Кубит нь квант телепортацын үед шилждэг төлөв юм. Квантын бит нь хоёр төлөвийн суперпозицияд байна. Жишээлбэл, сонгодог төлөв нь 0 эсвэл 1 төлөвт байна. Квантын төлөв нь суперпозицияд байгаа бөгөөд хамгийн чухал нь бид үүнийг хэмжих хүртэл энэ нь тодорхойлогддоггүй. Бид 30% - 0 ба 70% - 1 байсан кубиттэй байсан гэж төсөөлөөд үз дээ. Хэрэв бид үүнийг хэмжих юм бол 0 ба 1 хоёуланг нь авах боломжтой. Нэг хэмжилтээр та юу ч хэлж чадахгүй. Гэхдээ бид 100, 1000 ижил төстэй төлөвүүдийг бэлтгэж, дахин дахин хэмжих юм бол бид энэ төлөвийг маш нарийн тодорхойлж, 30% - 0, 70% - 1 байсан гэдгийг ойлгох болно.

Энэ бол сонгодог аргаар мэдээлэл олж авах жишээ юм. Их хэмжээний өгөгдөл хүлээн авсны дараа хүлээн авагч энэ төлөвийг дахин үүсгэж болно. Гэсэн хэдий ч квант механик нь олон төлөвийг бэлтгэхгүй байх боломжийг олгодог. Бидэнд цорын ганц, өвөрмөц, өөр байхгүй гэж төсөөлөөд үз дээ. Тэгвэл үүнийг сонгодог зохиолд хүргэх боломжгүй болно. Бие махбодийн хувьд энэ нь үргэлж боломжтой байдаггүй. Мөн квант механикт орооцолдох эффектийг ашиглаж болно.

Мөн бид квантын орон нутгийн бус байдлын үзэгдлийг, өөрөөр хэлбэл бидний дассан ертөнцөд боломжгүй үзэгдлийг ашигладаг бөгөөд ингэснээр энэ төлөв байдал энд алга болж, тэнд гарч ирдэг. Түүгээр ч барахгүй хамгийн сонирхолтой зүйл бол ижил квант объектуудтай холбоотойгоор клончлохгүй байх тухай теорем байдаг. Өөрөөр хэлбэл, хоёр дахь ижил төлөвийг бий болгох боломжгүй юм. Нөгөө нь гарч ирэхийн тулд нэгийг нь устгах ёстой.

Квантын орооцолдол

Оролцох нөлөө нь юу вэ? Эдгээр нь тусгай аргаар бэлтгэгдсэн хоёр төлөв, хоёр квант объект - кубит юм. Энгийн болгохын тулд бид фотон авч болно. Хэрэв эдгээр фотоныг хол зайд тусгаарлавал тэдгээр нь хоорондоо харилцан уялдаатай байх болно. Энэ нь юу гэсэн үг вэ? Бидэнд нэг фотон цэнхэр, нөгөө нь ногоон байна гэж төсөөлье. Хэрэв бид тэдгээрийг салгаж, харвал би цэнхэр өнгөтэй болсон бол таных ногоон өнгөтэй болсон ба эсрэгээр. Эсвэл та баруун, зүүн гутал агуулсан хайрцагтай гутал авбал чимээгүйхэн гаргаж, уутанд нэг гутлыг өөртөө, нөгөөг нь надад ав. Тэгээд би цүнхийг онгойлгоод харвал: Надад зөв юм байна. Тэгэхээр танд зүүн нь байгаа нь гарцаагүй.

Квантын тохиолдол нь хэмжилт хийхээс өмнө надад ирсэн төлөв нь цэнхэр ч биш, ногоон ч биш - цэнхэр, ногоон өнгийн суперпозиция гэдгээрээ ялгаатай юм. Та гутлаа салгасны дараа үр дүн нь аль хэдийн тодорхойлогдсон байна. Цүнх зөөж байх хооронд тэдгээр нь нээгдээгүй байгаа ч тэнд юу байх нь аль хэдийн тодорхой болсон. Квантын объектыг хэмжих хүртэл юу ч шийдэгдээгүй байна.

Хэрэв бид өнгө биш, харин туйлшрал, өөрөөр хэлбэл цахилгаан талбайн хэлбэлзлийн чиглэлийг авбал босоо ба хэвтээ туйлшрал ба +45 ° - -45 ° гэсэн хоёр сонголтыг ялгаж болно. Хэрэв та хэвтээ ба босоо тэнхлэгийг тэнцүү хэмжээгээр нэмбэл +45 °, нэгийг нь хасвал -45 ° болно. Яг ийм байдлаар нэг фотон надад, нөгөө нь танд очсон гэж төсөөлөөд үз дээ. Би харсан: босоо байна. Тэгэхээр таных хэвтээ байна. Одоо би босоо нэгийг харсан гэж төсөөлөөд үз дээ, та үүнийг диагональ байдлаар харав, өөрөөр хэлбэл, хэрэв та үүнийг харвал - энэ нь +45 ° эсвэл -45 ° бол та ижил магадлалтайгаар нэг юмуу өөр үр дүнг харах болно. Гэхдээ би диагональ суурийг хараад +45 ° -ийг харсан бол танд -45 ° байгаа гэдгийг би мэднэ.

Эйнштейн-Подольский-Розены парадокс

Квант орооцолдох нь квант механикийн үндсэн шинж чанарууд болон Эйнштейн-Подольский-Розены парадокс гэж нэрлэгддэг зүйлтэй холбоотой юм. Эйнштейн байгаль нь гэрлийн хурдаас илүү хурдтай төлөв байдлын талаарх мэдээллийг дамжуулж чадахгүй гэж үзсэн тул квант механикийг эсэргүүцэж байсан. Бид фотонуудыг маш хол, жишээлбэл, гэрлийн жилээр тарааж, нэгэн зэрэг нээж чадна. Мөн бид энэ хамаарлыг харах болно.

Гэвч үнэн хэрэгтээ энэ нь харьцангуйн онолыг зөрчөөгүй, учир нь бид энэ эффектийг ашиглан мэдээлэл дамжуулах боломжгүй хэвээр байна. Босоо эсвэл хэвтээ фотоныг хэмждэг. Гэхдээ яг юу болох нь урьдчилж мэдэгдээгүй байна. Гэрлийн хурдаас илүү хурдан мэдээлэл дамжуулах боломжгүй ч орооцолдох нь квант телепортацын протоколыг хэрэгжүүлэх боломжийг олгодог. Энэ юу вэ? Орооцолдсон хос фотон төрнө. Нэг нь дамжуулагч руу, нөгөө нь хүлээн авагч руу очдог. Дамжуулагч нь дамжуулах ёстой зорилтот фотоны хамтарсан хэмжилтийг хийдэг. Мөн ¼ магадлалаар тэр сайн үр дүнд хүрэх болно. Тэр үүнийг хүлээн авагчид хэлж чаддаг бөгөөд тэр үед хүлээн авагч нь дамжуулагчтай яг ижил нөхцөлтэй байгааг мэддэг. Мөн ¾-ийн магадлалаар тэр өөр үр дүнг авдаг - зүгээр л амжилтгүй хэмжилт биш, зүгээр л өөр үр дүн. Гэхдээ ямар ч тохиолдолд энэ нь хүлээн авагчид хүргэх ашигтай мэдээлэл юм. Дөрвөн тохиолдлын гуравт нь хүлээн авагч нь дамжуулагдсан төлөвийг олж авахын тулд өөрийн кубийн нэмэлт эргэлтийг хийх ёстой. Өөрөөр хэлбэл, 2 бит мэдээлэл дамждаг бөгөөд тэдгээрийн тусламжтайгаар та тэдгээрийг кодлох боломжгүй нарийн төвөгтэй төлөвийг дамжуулж болно.

Квантын криптограф

Квантын телепортацийг ашиглах гол чиглэлүүдийн нэг бол квант криптограф гэж нэрлэгддэг зүйл юм. Энэ технологийн цаад санаа нь нэг фотоныг хувилах боломжгүй юм. Тиймээс бид энэ ганц фотонд мэдээллийг дамжуулах боломжтой бөгөөд хэн ч үүнийг хуулбарлаж чадахгүй. Түүгээр ч барахгүй, хэн нэгэн энэ мэдээллийн талаар ямар нэг зүйлийг олж мэдэхийг оролдоход фотоны төлөв өөрчлөгдөх эсвэл устах болно. Үүний дагуу гадны хүмүүс энэ мэдээллийг олж авах гэсэн оролдлогыг анзаарах болно. Үүнийг криптограф болон мэдээллийн хамгаалалтад ашиглаж болно. Үнэн бол энэ нь дамжуулж буй хэрэгцээтэй мэдээлэл биш, харин сонгодог байдлаар мэдээллийг найдвартай дамжуулах боломжийг олгодог түлхүүр юм.

Энэ технологи нь нэг том сул талтай. Үнэн хэрэгтээ бид өмнө нь хэлсэнчлэн фотоны хуулбарыг үүсгэх боломжгүй юм. Оптик утас дахь ердийн дохиог нэмэгдүүлэх боломжтой. Квантын хувьд дохиог өсгөх боломжгүй, учир нь олшруулалт нь ямар нэгэн төрлийн интерцептортой тэнцэх болно. Бодит амьдрал дээр, бодит шугам дээр дамжуулалт нь ойролцоогоор 100 километрийн зайд хязгаарлагддаг. 2016 онд Оросын Квантын төв Газпромбанкны шугам дээр жагсаал хийж, хотын орчинд 30 километрийн шилэн дээр квантын криптографийг харуулсан.

Лабораторид бид квант телепортацийг 327 км хүртэлх зайд үзүүлэх боломжтой. Гэвч харамсалтай нь хол зайд ажиллах боломжгүй, учир нь фотонууд шилэнд алдагдаж, хурд нь маш бага байдаг. Юу хийх вэ? Та мэдээллийг хүлээн авч, кодыг нь тайлж, дахин шифрлээд цааш дамжуулах завсрын сервер суулгаж болно. Жишээлбэл, хятадууд квант криптографийн сүлжээгээ байгуулахдаа үүнийг хийдэг. Америкчууд ч мөн адил арга барилыг ашигладаг.

Энэ тохиолдолд квантын телепортац нь квант криптографийн асуудлыг шийдэж, зайг хэдэн мянган километр хүртэл нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог шинэ арга юм. Мөн энэ тохиолдолд дамжуулж буй ижил фотоныг олон удаа телепортоор дамжуулдаг. Энэ даалгавар дээр дэлхийн олон бүлгүүд ажиллаж байна.

Квантын санах ой

Телепортын гинжин хэлхээг төсөөлье. Холбоос бүр нь орооцолдсон хос үүсгэгчтэй бөгөөд тэдгээрийг үүсгэж, түгээх ёстой. Энэ нь үргэлж амжилттай болдоггүй. Заримдаа та хос тараах дараагийн оролдлого амжилттай болтол хүлээх хэрэгтэй. Кубит нь телепортыг хүлээх газартай байх ёстой. Энэ бол квант санах ой юм.

Квантын криптографийн хувьд энэ нь нэг төрлийн зам станц юм. Ийм станцуудыг квант давталт гэж нэрлэдэг бөгөөд тэдгээр нь одоо судалгаа, туршилтын гол чиглэлүүдийн нэг болжээ. Энэ бол алдартай сэдэв бөгөөд 2010-аад оны эхээр давталт нь маш хол ирээдүйтэй байсан бол одоо энэ ажил хэрэгжих боломжтой харагдаж байна. Технологи байнга хөгжиж байдаг, тэр дундаа харилцаа холбооны стандарттай холбоотой.

Лабораторид хийсэн туршилтын явц

Хэрэв та квант холбооны лабораторид ирвэл маш олон электроник, шилэн кабелийг харах болно. Бүх оптикууд нь стандарт, харилцаа холбоо, лазерууд нь жижиг стандарт хайрцагт байдаг - чипүүд. Хэрэв та лабораторид очвол Александр Львовский, ялангуяа тэд телепорт хийдэг бол та пневматик тулгуур дээр тогтворжсон оптик хүснэгтийг харах болно. Өөрөөр хэлбэл, нэг тонн жинтэй энэ ширээг хуруугаараа хүрвэл хөвж, ганхаж эхэлнэ. Квантын протоколуудыг хэрэгжүүлдэг технологи нь маш мэдрэмтгий учраас үүнийг хийдэг. Хэрэв та хатуу хөл дээр зогсож, эргэн тойрон алхвал энэ бүхэн ширээний чичиргээнээс үүдэлтэй байх болно. Өөрөөр хэлбэл эдгээр нь нээлттэй оптик, нэлээд том үнэтэй лазерууд юм. Ерөнхийдөө энэ бол нэлээд том төхөөрөмж юм.

Эхний төлөвийг лазераар бэлтгэдэг. Орооцолдсон төлөвийг бэлтгэхийн тулд импульс эсвэл тасралтгүй лазераар шахдаг шугаман бус талстыг ашигладаг. Шугаман бус нөлөөллөөс болж хос фотонууд үүсдэг. Бидэнд хоёр - ℏ(2ω) энергийн фотон байна, тэр нь нэг - ℏω+ ℏω энергийн хоёр фотон болж хувирдаг гэж төсөөлье. Эдгээр фотонууд зөвхөн хамтдаа төрдөг; эхлээд нэг фотон салж чадахгүй, дараа нь нөгөө нь. Мөн тэдгээр нь хоорондоо холбогдсон (орозод) бөгөөд сонгодог бус хамаарлыг харуулдаг.

Түүх ба одоогийн судалгаа

Тиймээс квантын телепортацын хувьд бидний өдөр тутмын амьдралд ажиглагдахгүй нөлөө ажиглагдаж байна. Гэхдээ маш үзэсгэлэнтэй, гайхалтай дүр зураг байсан бөгөөд энэ үзэгдлийг тайлбарлахад яг тохирч байсан тул үүнийг квант телепортац гэж нэрлэжээ. Өмнө дурьдсанчлан, кубит энд оршсоор байгаа цаг мөч байхгүй, гэхдээ тэнд аль хэдийн гарч ирсэн. Энэ нь эхлээд энд устгагдсан бөгөөд дараа нь тэнд гарч ирдэг. Энэ бол ижил телепорт юм.

Квантын телепортацийг 1993 онд Чарльз Беннет тэргүүтэй Америкийн хэсэг эрдэмтэд онолын хувьд дэвшүүлсэн бөгөөд тэр үед л энэ нэр томъёо гарч ирсэн. Анхны туршилтын хэрэгжилтийг 1997 онд Инсбрук, Ром дахь физикчдийн хоёр бүлэг хэрэгжүүлсэн. Аажмаар эрдэмтэд төлөв байдлыг улам бүр хол зайд - нэг метрээс хэдэн зуун километр ба түүнээс дээш зайд дамжуулах боломжтой болсон.

Одоо хүмүүс ирээдүйд квантын давталтуудын үндэс болох туршилтуудыг хийхийг оролдож байна. 5-10 жилийн дараа бид бодит квант давталтуудыг харах болно гэж найдаж байна. Өөр өөр шинж чанартай объектуудын хооронд төрийн шилжүүлгийн чиглэл мөн хөгжиж байна, үүнд 2016 оны 5-р сард Александр Львовскийн лабораторид Квантын төвд эрлийз квантын телепортацийг хийжээ. Онол нь бас зогсохгүй байна. Алексей Федоровын удирдлаган дор ижил Квантын төвд телепортын протоколыг нэг чиглэлд биш, харин хоёр чиглэлтэй боловсруулж байгаа бөгөөд ингэснээр нэг хосын тусламжтайгаар мужуудыг нэгэн зэрэг бие бие рүүгээ дамжуулах боломжтой болно.

Квантын криптографийн талаарх бидний ажил нь квантын хуваарилалт болон түлхүүр төхөөрөмжийг бий болгодог бөгөөд энэ нь бид саатуулах боломжгүй түлхүүрийг үүсгэдэг гэсэн үг юм. Дараа нь хэрэглэгч нэг удаагийн дэвсгэр гэж нэрлэгддэг энэ түлхүүрийг ашиглан мэдээллийг шифрлэх боломжтой. Квантын технологийн шинэ давуу талууд ойрын арван жилд илчлэгдэх ёстой. Квантын мэдрэгчийг бүтээх ажил хөгжиж байна. Тэдний мөн чанар нь квант нөлөөгөөр бид жишээлбэл соронзон орон, температурыг илүү нарийвчлалтай хэмжиж чаддагт оршино. Өөрөөр хэлбэл, алмааз дахь NV төв гэж нэрлэгддэг алмаазууд байдаг - эдгээр нь квант объект шиг ажилладаг азотын согогтой байдаг. Тэд хөлдсөн нэг атомтай маш төстэй. Энэ согогийг харахад нэг эсийн дотор ч гэсэн температурын өөрчлөлтийг ажиглаж болно. Өөрөөр хэлбэл, зөвхөн гар доорх температурыг хэмждэггүй, харин эсийн доторх эрхтэний температурыг хэмжинэ.

Мөн Оросын квант төв нь спин диодын төсөлтэй. Гол санаа нь бид антен авч, арын радио долгионоос эрчим хүчийг маш үр дүнтэй цуглуулж эхлэх явдал юм. Эргэн тойронд радио долгионы эрчим хүч их байгааг ойлгохын тулд одоо хотод хэдэн Wi-Fi эх үүсвэр байгааг санахад хангалттай. Үүнийг өмсдөг мэдрэгч (жишээлбэл, цусан дахь сахарын мэдрэгч) ашиглаж болно. Тэд байнгын эрчим хүчний хангамжийг шаарддаг: зай эсвэл гар утаснаас эрчим хүч цуглуулдаг систем. Өөрөөр хэлбэл, нэг талаас эдгээр асуудлуудыг одоо байгаа элементийн баазаар тодорхой чанартайгаар шийдэж, нөгөө талаас квант технологийг ашиглаж, энэ асуудлыг бүр илүү сайн, бүр жижигрүүлсэн байдлаар шийдэж болно.

Квант механик нь хүний ​​амьдралыг ихээхэн өөрчилсөн. Хагас дамжуулагч, атомын бөмбөг, цөмийн энерги - эдгээр нь бүгд түүний ачаар ажилладаг объектууд юм. Одоо дэлхий нийт нэг бөөмс, тэр дундаа орооцолдсон хэсгүүдийн квант шинж чанарыг хянаж эхлэхээр тэмцэж байна. Жишээлбэл, телепортац нь гурван бөөмсийг хамардаг: нэг хос, зорилтот нэг. Гэхдээ тус бүрийг тусад нь удирддаг. Энгийн тоосонцорыг бие даан хянах нь технологи, тэр дундаа квантын компьютерт шинэ боломжуудыг нээж өгдөг.

Юрий Курочкин, Физик-математикийн шинжлэх ухааны нэр дэвшигч, Оросын квант төвийн Квантын холбооны лабораторийн эрхлэгч.

Шошго:

Шошго нэмэх

"Коммерсант" сонинд Орост "цацралт" нэвтрүүлэх төлөвлөгөөний тухай өгүүлэл нийтлэгдсэний дараа РуНет урьд өмнө хэзээ ч квант механикийн мэдлэгээр цангаж байсангүй. Стратегийн санаачилгын агентлагийн (ASI) ОХУ-ын технологийн хөгжлийн хөтөлбөр нь зөвхөн "цацралт"-аар хязгаарлагдахгүй, харин энэ нэр томъёо нь олон нийтийн сүлжээ, хэвлэл мэдээллийн хэрэгслийн анхаарлыг татсан бөгөөд үүний шалтгаан болсон юм. олон хошигнол.

Дараа нь орооцолдсон бөөмсийг шаардлагатай зайд аваачдаг - ингэснээр А ба В фотонууд нэг газарт, С фотонууд өөр газарт үлдэнэ.Хоёр цэгийн хооронд шилэн кабелийг татдаг. Квантын телепортацийг хийсэн хамгийн дээд зай нь аль хэдийн 100 км-ээс илүү байгааг анхаарна уу.

Зорилго нь орооцолдоогүй А бөөмийн квант төлөвийг С бөөм рүү шилжүүлэх явдал юм. Үүний тулд эрдэмтэд А ба В фотонуудын квант шинж чанарыг хэмждэг. Дараа нь хэмжилтийн үр дүнг хоёртын код болгон хувиргаж, А ба В бөөмсийн ялгааг хэлдэг. .

Дараа нь энэ кодыг уламжлалт холбооны сувгаар дамжуулдаг - кабелийн нөгөө үзүүрт байгаа мессежийг хүлээн авагч нь С бөөмийг эзэмшдэг бөгөөд энэ мэдээллийг C бөөмийг удирдах заавар эсвэл түлхүүр болгон ашигладаг. мөн чанар нь С бөөмийн тусламжтайгаар С бөөмсийн байсан төлөвийг сэргээж А бөөм Үүний үр дүнд С бөөм нь А бөөмийн квант төлөвийг хуулж авдаг - мэдээллийг телепортоор дамжуулдаг.

Энэ бүхэн яагаад хэрэгтэй вэ?

Юуны өмнө квант телепортацийг квант харилцаа холбоо, квант криптографийн технологид ашиглахаар төлөвлөж байна - энэ төрлийн харилцаа холбооны аюулгүй байдал нь бизнес болон улсын аль алинд нь сонирхол татахуйц харагдаж байгаа бөгөөд квант телепортацийг ашиглах нь мэдээллийн алдагдлаас зайлсхийх боломжийг олгодог. фотонууд оптик утас дагуу хөдөлдөг.

Жишээлбэл, Москва дахь Газпромбанкны хоёр оффисын хооронд 30.6 километрийн урттай шилэн кабелиар дамжуулан квант мэдээллийг амжилттай дамжуулсан тухай саяхан мэдэгдэв. Оросын Квантын төв (RCC) дээр ажиллаж байсан, Газпромбанк, ОХУ-ын Боловсрол, шинжлэх ухааны яам 450 сая рублийн хөрөнгө оруулалт хийсэн төсөл нь үнэндээ Оросын анхны "хотын" квантын холбооны шугам болсон юм.

Өөр нэг чиглэл бол орооцолдсон бөөмсийг квант мэдээллийн нэгж болгон ашиглаж болох квант компьютерууд юм.

Өөр нэг санаа бол "квант интернет" юм: зөвхөн квант харилцаанд суурилсан бүхэл бүтэн харилцаа холбооны сүлжээ. Энэхүү үзэл баримтлалыг хэрэгжүүлэхийн тулд судлаачид "өөр өөр физик шинж чанартай объектуудын хооронд - фотон, атом, квант цэг, хэт дамжуулагч хэлхээ гэх мэт квант төлөвийг шилжүүлж сурах хэрэгтэй" гэж RCC-ийн ажилтан, Калгаригийн их сургуулийн профессор Александр Львовский тэмдэглэв. N+1-тэй хийсэн ярианд .

Одоогийн байдлаар эрдэмтэд фотон болон атомын төлөв байдлыг голчлон телепортлож байгааг анхаарна уу; Илүү том биетүүдийг телепорт хийх хараахан болоогүй байна.

Квантын телепортац нь "ижил" телепортац юм

Таамаглалаар квантын телепортацийг том биетүүдийн хуулбарыг, тэр дундаа хүмүүсийг бүтээхэд ашиглаж болох юм - эцэст нь бие нь атомуудаас бүрддэг бөгөөд тэдгээрийн квант төлөвийг телепорт хийх боломжтой байдаг. Гэсэн хэдий ч технологийн хөгжлийн өнөөгийн шатанд үүнийг боломжгүй гэж үзэж, шинжлэх ухааны уран зөгнөлийн хүрээ рүү шилжүүлэв.

"Бид хүчилтөрөгч, устөрөгч, нүүрстөрөгчөөс бүтсэн бөгөөд бусад химийн элементүүдийг бага хэмжээгээр нэмсэн. Хэрэв бид шаардлагатай элементүүдийн шаардлагатай тооны атомыг цуглуулж, дараа нь телепортацийг ашиглан тэдгээрийг телепортолсон хүний ​​​​бие дэх төлөвтэй ижил төлөвт оруулбал бид ижил хүнийг авах болно. Энэ нь сансар огторгуй дахь байрлалыг эс тооцвол анхныхаас физикийн хувьд ялгагдахгүй байх болно (эцэст нь ижил квант бөөмсүүд нь ялгагдахгүй). Мэдээжийн хэрэг, би хэт туйлширч байна - бүхэл бүтэн үүрд биднийг хүний ​​телепортоос тусгаарладаг. Гэсэн хэдий ч асуудлын мөн чанар нь яг ийм байна: ижил квант бөөмсүүд хаа сайгүй байдаг, гэхдээ тэдгээрийг хүссэн квант төлөвт оруулах нь тийм ч хялбар биш юм" гэж Александр Львовский N+1-тэй ярилцахдаа хэлэв.