Содержание
- Корни телепортации: квантовая физика и механика
- Основное правило: принцип неопределенности Гейзенберга
- Жуткий экшн на расстоянии и кот Шредингера
- Квантовая телепортация и научная фантастика
- Что будущее держит для телепортации
Телепортация - это передача материи или энергии из одного места в другое без пересечения расстояния в традиционном физическом смысле. Когда капитан Джеймс Т. Кирк из телесериала и фильмов «Звездный путь» впервые сказал инженеру Starship Enterprise Монтгомери «Скотти» Скотту «поднять меня» в 1967 году, актеры мало знали, что к 1993 году ученый IBM Чарльз Х. Беннетт и его коллеги предложили бы научную теорию, которая предложила бы реальную возможность телепортации.
К 1998 году телепортация стала реальностью, когда физики из Калифорнийского технологического института квантово телепортировали частицу света из одного места в другое в лаборатории без физического пересечения расстояния между этими двумя точками. Хотя между научной фантастикой и научным фактом существует некоторое сходство, телепортация в реальном мире сильно отличается от ее вымышленных корней.
Корни телепортации: квантовая физика и механика
Отрасль науки, которая привела к этой первой телепортации в 1998 году, берет свое начало от отца квантовой механики, немецкого физика Макса Планка. Его работа в 1900 и 1905 годах в области термодинамики привела его к открытию отдельных пакетов энергии, которые он назвал «квантами». В своей теории, теперь известной как постоянная Планка, он разработал формулу, которая описывает, как кванты на субатомном уровне выступают как частицы, так и волны.
Многие правила и принципы в квантовой механике на макроскопическом уровне описывают эти два типа явлений: двойственное существование волн и частиц. Частицы, будучи локализованным опытом, передают как массу, так и энергию в движении. Волны, представляющие делокализованные события, распространяются в пространстве-времени, например, световые волны в электромагнитном спектре, и по мере движения несут энергию, но не массу. Например, шары на бильярдном столе - объекты, к которым вы можете прикоснуться - ведут себя как частицы, а рябь на пруду ведет себя как волны, когда «нет чистого переноса воды: отсюда нет чистого переноса массы», пишет Стивен Дженкинс, профессор физики в Университете Эксетера в Великобритании
Основное правило: принцип неопределенности Гейзенберга
Одно фундаментальное правило вселенной, разработанное Вернером Гейзенбергом в 1927 году, теперь известное как принцип неопределенности Гейзенберга, гласит, что существует внутреннее сомнение, связанное со знанием точного местоположения и толчка любой отдельной частицы. Чем больше вы можете измерить один из атрибутов частиц, таких как тяга, тем более неясной становится информация о местонахождении частиц. Другими словами, принцип гласит, что вы не можете знать оба состояния частицы одновременно, а тем более знать множество состояний множества частиц одновременно. Сам принцип неопределенности Гейзенберга делает идею телепортации невозможной. Но именно здесь квантовая механика становится странной, и это связано с изучением физиком Эрвином Шредингером квантовой запутанности.
Жуткий экшн на расстоянии и кот Шредингера
Подводя итог самым простым терминам, квантовая запутанность, которую Эйнштейн назвал «пугающим действием на расстоянии», по существу говорит, что измерение одной запутанной частицы влияет на измерение второй запутанной частицы, даже если между двумя частицами существует большое расстояние.
Шредингер описал это явление в 1935 году как «отход от классического мышления» и опубликовал его в статье из двух частей, в которой он назвал теорию «Verschränkung», или запутанность. В той статье, в которой он также говорил о своей парадоксальной кошке - живой и мертвой в одно и то же время, пока наблюдение не свернуло существование кошачьего состояния, превращая его в мертвого или живого - Шредингер предположил, что когда две отдельные квантовые системы запутываются или квантово связанный из-за предыдущей встречи, объяснение особенностей одной квантовой системы или состояния невозможно, если оно не включает характеристики другой системы, независимо от пространственного расстояния между двумя системами.
Квантовая запутанность составляет основу экспериментов по квантовой телепортации, которые сегодня проводят ученые.
Квантовая телепортация и научная фантастика
Телепортация ученых сегодня основывается на квантовой запутанности, так что то, что происходит с одной частицей, происходит мгновенно с другой. В отличие от научной фантастики, он не включает в себя физическое сканирование объекта или человека и передачу его в другое место, потому что в настоящее время невозможно создать точную квантовую копию оригинального объекта или человека без уничтожения оригинала.
Вместо этого квантовая телепортация представляет собой перемещение квантового состояния (например, информации) из одного атома в другой атом через значительную разницу. Научные группы из Мичиганского университета и Объединенного квантового института в Университете Мэриленда сообщили в 2009 году, что они успешно завершили этот конкретный эксперимент. В их эксперименте информация от одного атома перемещалась к другому на расстоянии одного метра. Ученые держали каждый атом в отдельных корпусах во время эксперимента.
Что будущее держит для телепортации
В то время как идея транспортировки человека или объекта с Земли в отдаленное место в космосе на данный момент остается в области фантастики, квантовая телепортация данных из одного атома в другой имеет потенциал для приложений в нескольких областях: компьютеры, кибербезопасность , интернет и многое другое.
По сути, любая система, которая полагается на передачу данных из одного местоположения в другое, может видеть, что передача данных происходит намного быстрее, чем люди могут себе представить. Когда квантовая телепортация приводит к перемещению данных из одного местоположения в другое без каких-либо промежутков времени из-за суперпозиции - данные, существующие в обоих двойных состояниях и 0 и 1 в двоичной системе компьютера, пока измерение не свернет состояние в 0 или 1 - данные перемещаются Быстрее скорости света. Когда это произойдет, компьютерные технологии претерпят совершенно новую революцию.