Ar teleportacija įmanoma moksliškai? Ar greitai galėsime apkeliauti pasaulius beveik akimirksniu? Šiandien pabandysime papasakoti, kas naujo šioje srityje.
Teleportacija buvo žmogaus svajonė nuo pat pasaulio pradžios. Žmogus nori akimirksniu pajudėti erdvėje, keliauti, nešvaistydamas laiko varginančioms kelionėms dideliais atstumais. Ši tema jau seniai buvo pateikta daugelyje popkultūros kūrinių, tačiau ji vis dar yra tyrimų objektas. Nors dar 2004 metais net buvo įregistruota patentas „Viso kūno teleportacijos sistemoje“ jau yra pirmųjų teleportacijos tyrimų sėkmių, tačiau jie įrodo, kad tai bus visai ne tai, ko tikimės iš šios technologijos.
Kodėl teleportacijos tema taip jaudina žmonijos vaizduotę? Jei sudarytume geidžiamiausių technologijų sąrašą pasaulyje, teleportacija būtų priešakyje. Tik pagalvokite, kiek problemų išspręstume, jei galėtume akimirksniu persikelti iš vienos vietos į kitą. Deja, yra daug požymių, kad teleportacija tokia forma, kokią mes norėtume matyti, bent jau kol kas mums nepasiekiama. Tačiau tai nereiškia, kad teleportacija apskritai negalima. Ji tiesiog atrodo kitaip, nei mes įsivaizduojame.
Negalima kalbėti apie teleportaciją be trumpo įvado į kvantinės fizikos pagrindus. Ir tai, savo ruožtu, gali atgrasyti daugelį žmonių nuo tolesnio straipsnio skaitymo. Bet patikėkite, mes per daug nesigilinsime į tuos lūšnynus, o bandysime paviršutiniškai, paprastais žodžiais ir aiškiais pavyzdžiais paaiškinti teleportacijos principą. Pabandykime paaiškinti, kaip tai gali veikti dabar. Bet kodėl aš sakau būtent „kaip tai veikia dabar“? Ar tai jau vyksta? Taip, ponios ir ponai, pirmieji rimti žingsniai jau žengti. Tačiau mokslininkams pavyko teleportuoti ne asmenį, įrangą ar medžiagas, o informaciją. Ar mums pavyko jus suintriguoti? Skaitykite apie tą patį.
Teleportacijos tyrimų pažanga
Visi žino, kas yra teleportacija, tačiau ne visi žino, kad ją plėtojant jau žengta keletas žingsnių. Ir praėjo daug laiko, kai Einšteinas sprendė šią problemą. Mokslininkai jau išsiaiškino, kad viskas prasideda mikroskalėje, tai yra, kvantinių dalelių lygyje. Pradėjus tyrinėti šias kvantines daleles, buvo pastebėtas keistas jų elgesys. Pats jų sąveikos procesas visiškai skyrėsi nuo visko, ką galima pamatyti plika akimi makro skalėje. Paaiškėjo, kad kvantinis dalelės vienu metu gali būti dviejose vietose. Mokslininkai tai vadina superpozicijos principu. Tačiau superpozicija atsiranda tik tada, kai dalelės nesąveikauja viena su kita, tai yra, joms nieko neįvyksta. Kai jie ilsisi, mes kalbame apie vadinamąją tikimybių bangos žlugimą. Suprantu, kad daugeliui iš jūsų sunku visa tai suprasti. Lengviausias būdas iliustruoti šią būseną yra kompiuterio bitų pagalba. Kaip žinote, jie veikia dvejetainėje sistemoje, tai yra, gali būti nulis arba vienas. O kubitai (kvantiniai bitai) vienu metu gali būti ir „nulis“, ir „vienas“ – kol tikimybių banga nesugrius.
Einšteinui pavyko atrasti tai, ką jis pavadino „fantomine sąveika per atstumą“. Jo tyrimo metu paaiškėjo, kad įprastos dalelės gali būti susipynusios kvantiniu lygmeniu. Nesileisdamas į smulkmenas pasakysiu, kad tokios dvi dalelės gali poruotis, nors turi skirtingas savybes (pavyzdžiui, impulsą). O dabar įdomiausia tai, kad suporavus pasikeičia vienos iš jų savybės, kartu keičiant ir kitos dalelės savybes. Nepriklausomai nuo atstumo jie yra! Ir būtent tai šiandien veikia teleportacija. Žinoma, jei pabandysite tai apibūdinti paprastais žodžiais, nes kuo toliau į mišką...
Laboratorijose mokslininkams pavyko perkelti dalelės būseną iš taško A į tašką B, tačiau su tuo neperduodama jokia konkreti informacija apie šią dalelę. Kodėl? Pagrindinė problema yra ta, kad, remiantis dabartine tyrimų padėtimi, abi pusės negali nustatyti šios pradinės informacijos, tai yra, mokslininkai negali nustatyti, kas buvo pirma, o kas vėliau. Beveik kaip vištiena ir kiaušinis. Šiame etape verta pabrėžti šias sąvokas. Paaiškėjo, kad informacija yra daug sudėtingesnis dalykas nei pačios dalelės elgesys.
Ir tai yra pagrindinis apribojimas plėtojant teleportacijos technologiją, kuri tuo pat metu atskleidžia, ką galima pasiekti ateityje, o ko tikriausiai nepavyks. Apibendrinkime. Šiuo metu mes galime „suporuoti“ daleles viena su kita kvantiniu lygmeniu. Galime perkelti dalelių būseną iš taško A į tašką B, bet neperduodame reikiamos informacijos. Neturime technologinių galimybių sukurti specialų kanalą, kuris šią informaciją perduotų šviesos greičiu. Žemėje informaciją perduodame radijo kanalais arba šviesolaidžiu, bet tai visai kitas lygis.
Taip pat skaitykite: Apie kvantinius kompiuterius paprastais žodžiais
Monetų triukas
Taigi kodėl mes neteleportuojame informacijos dideliu mastu, kai atrodo, kad įvaldėme technologiją? Na, ne viskas taip paprasta, kaip gali pasirodyti. Mes visiškai nekontroliuojame, su kokia kvantine būsena (taigi ir teleportacijos rezultatu) atsiduriame. Norėdami tai paaiškinti, mokslininkai naudoja monetos pavyzdį.
Turime dvi monetas, įsipainiojusias į kvantinį matmenį. Kiekvienas gali turėti vieną iš dviejų būsenų – aversą arba reversą, viena siunčiama siuntėjui, kita – gavėjui. Po įsipainiojimo, jei pirmasis nukreipia į aversą, antrasis taip pat turi nukreipti į aversą. Laimei ar deja, kvantinėje fizikoje tai daugiau ar mažiau veikia. Tai žinodamas, siuntėjas pradeda sukti pirmąją monetą ir tuo pačiu moneta sukasi tam, kuriam buvo išsiųsta. Kol moneta sukasi, rezultatų niekas nežino. Nei siuntėjas, nei gavėjas. Kol siuntėjo moneta nesustoja, ji nežino, kokią informaciją iš tikrųjų siunčia gavėjui. Trumpai tariant, siunčiame „kažką“, bet nelabai žinome ką. Kol ji neišsiunčiama, informacija lieka superpozicijoje.
Šis apribojimas neleidžia siųsti konkrečios informacijos šiame kūrimo etape, nes siuntėjas negali nustatyti, ar gausime tai, ką jis ketino siųsti. Taigi, nėra perdavimo kanalo, kuris tikrintų informaciją iš abiejų pusių. Čia mums galėtų padėti kvantiniai kompiuteriai, tačiau jie tik dabar atsiranda ir kol kas yra gana primityvūs. Apie juos kalbėsime šiandien.
Taip pat skaitykite: Rytojaus blokų grandinės: kriptovaliutų pramonės ateitis paprastais žodžiais
Ar apskritai įmanoma žmonių teleportacija?
Čia prieiname daugeliui svarbiausio klausimo. Taigi, ar galime net pagalvoti apie žmonių ar kitų organizmų teleportavimą, remiantis šių dienų realybe? Na, ko gero, Žemėje nėra nė vieno žmogaus, kuris į šį klausimą galėtų atsakyti vienareikšmiškai. Tačiau žvelgiant į vystymosi kryptį, aš asmeniškai manau, kad tai kol kas reikėtų pamiršti. Kodėl?
Atkreipkite dėmesį, kad kai kalbame apie teleportaciją, mes visada kalbame apie dalelių būsenos perdavimą. Todėl ši dalelė turi būti kažkokioje „apibrėžtoje“ būsenoje. Tuo tarpu žmogaus smegenys keičiasi kas mikrosekundę. Milijardai sinapsių, elektronų, impulsų – šio proceso beveik neįmanoma sustabdyti. Gali atrodyti, kad smegenys yra vieta, kurioje saugoma iš aplinkos gauta informacija. Tada gal ir būtų galima teleportuoti žmogų su ta informacija, bet tai tikrai nebūtų tas pats žmogus su tokiomis pačiomis smegenimis kaip ir tada, kai buvo atliktas „judesys“. Juk pati būsena yra savotiškas rekordas, o mūsų nervų centro atveju net nėra pradinės „būsenos“. Nebent apie ekstrasensą.
Žinoma, tai tik spėjimai ir prielaidos, nes šiuo metu niekas negali aiškiai nuspėti, ką atneš ateitis. Tačiau dabartinė teleportacijos technologijų tyrimų ir plėtros kryptis leidžia suprasti, kad eisime kita kryptimi.
Ar teleportacijos ateitis yra susijusi su kvantiniais kompiuteriais?
Taigi, ar yra teleportacijos ateitis, ir kas ji yra? Dar vienas proveržis šioje temoje įvyko 2019 m. Kaip jau minėjome, kvantinės būsenos teleportacija teoriškai įmanoma bet kokiu atstumu. Tik teoriškai, nes tai dar nėra iki galo ištirta, tačiau tai gali įrodyti pats faktas, kad dalelė perkeliama daugiau nei 500 kilometrų atstumu. Taip pat žinome, kad pats sudėtingiausias informacijos vienetas yra mažiausias kubitas (ty gerai žinomas „bitas“ superpozicijoje).
Nepaisant to, dėl tikimybių bangos žlugimo stebėjimo metu mums iki šiol pavyko teleportuotis į būseną 0 arba 1, ir nieko daugiau. Prieš kurį laiką dviem nepriklausomoms mokslininkų grupėms vienu metu pavyko pasiųsti trijų būsenų superpoziciją, kurią pavadino kateriu. Tačiau tai nebuvo visiškai sėkminga, tačiau pats bandymas gerai parodo, kad mokslininkai nepamiršo apie teleportaciją. Ką tai reiškia mums? Trumpai tariant, tai reiškia, kad mes labai lėtai, bet vis tiek didiname galią, o tai ateityje gali lemti pirmąjį pilną informacijos perdavimą.
2019 metų pabaigoje situacija tapo dar įdomesnė. Mokslininkų komanda iš Ciuricho pavyko teleportuotis duomenų kvantas. Per vieną sekundę tarp savarankiškai veikiančių kompiuterių sistemų buvo perkelta 10000 XNUMX kvantinių bitų (kubitų). Jie sukonstravo trijų mikronų dydžio kompiuterio lustą su elektronika. Du buvo siųstuvai, o trečiasis buvo imtuvas. Susipynę elektronai esant temperatūrai, artimai absoliučiam nuliui, reiškė, kad į siųstuvą siunčiami duomenys atsirasdavo ir imtuve, t.y. pagal kvantinės fizikos principus. Ir kodėl mes kalbame apie teleportaciją, o ne tik duomenų perdavimą? Na, nes tarp sistemų nebuvo laido ar kito paskirto kelio.
Manau, kad visi aukščiau aptarti klausimai sukuria gana pesimistinę įvykių versiją, kuri savo ruožtu atspindės jūsų entuziazmą šia tema. Tačiau ne laikas panikuoti ir prarasti susidomėjimą teleportacijos tema. Mokslas nestovi vietoje. Tobulėjant kvantinių dalelių būsenos teleportacijos tyrimams, pagaliau pradėjo atsirasti įranga kvantinių kompiuterių pavidalu. "Ką tai turi bendro su mūsų tema?" - Jūs klausiate. Na, o jų pagalba norime sukurti atskirą kvantinį kanalą. Dėl to informaciją bus galima teleportuoti, o ne siųsti, kaip dabar, be kita ko, optinių skaidulų pagalba (žinoma, kalbame apie „tradicinį pasiskirstymą“, o ne apie kvantines daleles) . Taip – tai tariamos „monetos siuntėjo“ įtakos jos apyvartos rezultatui gavėjo monetai būdas.
Tokių kompiuterių darbą įdomu apibūdinti, jei suprantate, kad kvantinio kompiuterio negalima lyginti su paprastu staliniu kompiuteriu. Tai tas pats, kas sakyti, kad kaitrinė lempa yra tik „tvirtesnė žvakė“. Tai visiškai skirtingos technologijos, kurios net nepanašios viena į kitą. Ir kaip šiuolaikiniai kompiuteriai dirba su dviem dvejetainės sistemos būsenomis (0 ir 1), kvantiniai kompiuteriai gali dirbti su būsenomis, kurios yra superpozicijoje. Taigi, pavyzdžiui, tuo pačiu metu jie gali būti 60% nulis ir 40% vienas. Tai skamba sudėtingai, todėl pereikime prie kito pavyzdžio.
Su kompiuteriu žaidžiame „aversą arba atvirkščiai“ (jau minėjau, kad tai yra mėgstamas mokslininkų pavyzdys aiškinant kvantines būsenas). Aversas pagal numatytuosius nustatymus yra ant stalo. Pirmajame raunde kompiuteris gali apversti monetą arba palikti ją nepakeistą, tačiau galutinio sprendimo baigties nežinome. Tada gauname tokią pat galimybę, o kompiuteris irgi rezultato nežino. Po kelių raundų patikrinama monetos būklė. Jei aversas pasikeitė, kompiuteris laimi, kitu atveju laimime mes. Tai suteikia mums lygiai 50% tikimybę laimėti.
Jei žaisime tą patį žaidimą su kvantiniu kompiuteriu, kompiuteris iš esmės turės 100% tikimybę laimėti (tyrime jis laimėjo 97% daugiau nei 300 skirtingų žaidimų, likę 3% tikriausiai... dėl sistemos klaidos). Bet kaip tai įmanoma? Įsivaizduokite, kad kiekvieną kartą kompiuteris išlaiko savo superpoziciją, nes jo nemato joks stebėtojas (niekas iš aplinkos, įskaitant mus). Tuo pačiu metu mašina nusprendžia 30% averso naudai ir 70% - paliekant esamą būseną, kitame etape pasirenka kitą. Tačiau svarbiausia yra tai, kad kvantinis kompiuteris visada pasirenka dvi skirtingas būsenas (kai pasirenkame tik vieną). Pačioje žaidimo pabaigoje, kai paaiškėja rezultatas, tikimybės banga nutrūksta ir... jis laimi.
Ar kvantinis kompiuteris mus apgaudinėja? Ne! Žinau, kad sunku suprasti, bet įsivaizduokite, kad per šiuos kelis ratus kompiuteris į vieną dubenį skirtingomis proporcijomis pila dvi skirtingas sultis, o pačioje pabaigoje atskiria abu mišinio komponentus, tiesiogine prasme „įveikdamas“ tikimybę ir visada padarydamas teisingas pasirinkimas. Sunku patikėti, bet praktiškai taip atsitinka.
Neaiškus reiškinys, tačiau tai gerai iliustruoja kvantinės fizikos galią. Kvantinių molekulių lygmeniu toks kompiuteris kur kas geriau galėtų kurti, pavyzdžiui, naujus vaistus. Mums tai tikrai praverstų pandemijos sąlygomis ir įveikiant kitas ligas. Tačiau svarbiausia, kad toks kompiuteris bus naudingas kuriant teleportacijos informacines technologijas. Ir tai nėra nereikšmingi žodžiai! Kai pasaulyje bus daug kvantinių kompiuterių, kiekvieno iš jų kvantinės molekulės galės maišytis (susiporuoti) viena su kita. Tada, jei pakeisime vieno iš jų savybę, pakeisime ir suporuotos molekulės būseną. Pagaliau bus galima siųsti informaciją, nes iškart po jos išsiuntimo galima nustatyti pradinę ir galutinę būseną. Bet kuriuo atveju prisiminkime „Google“ kvantinio superkompiuterio pasiekimus. Per 200 sekundžių jis atliko skaičiavimus, kuriems prireiktų... 10 metų greičiausio „normalaus“ superkompiuterio veikimo. Taigi galite pamatyti didžiulį jos potencialą ir galią.
Taip būtų sukurtas visiškai naujas perdavimo kanalas, apie kurį net nesvajojome. Kaip dabar optinis pluoštas ar radijo kanalas. O kadangi, kaip jau minėta, kvantinės būsenos teleportacijos atstumui teoriškai ribų nėra, akimirksniu galėsime susisiekti ir su kitomis planetomis. Ir itin saugiu būdu. Teleportacijos dėka informacijos „pagauti“ būtų net teoriškai neįmanoma. Kita vertus, jei teleportacija taptų įmanoma, protingas žmogus rastų būdą tai padaryti. Galbūt mes dar nežinome tiek daug ir todėl nesame homo sapiens...
Ir dabar pasiekėme pokalbio apie dabartinę ir būsimą teleportacijos raidos būklę pabaigą. Reikia pripažinti, kad ateities planai atrodo kur kas įdomiau, juolab kad ne visi jie taip toli, kaip galėtum pagalvoti. Taip pat reikia atsiminti, kad negalime numatyti, kokia iš tikrųjų bus ateitis. Šiuolaikinis pasaulis įrodė, kad kartais tai, kas prieš 30 metų atrodė kaip fantazija, šiandien tampa realybe. Visos tezės (ypač susijusios su žmogaus teleportacija) yra pagrįstos turima informacija ir tyrimų plėtros prognozėmis. Todėl tikimės, kad kvantinio skaičiavimo technologija greitai taps prieinamesnė ir suprantamesnė. Ir, žinoma, norime, kad ši revoliucija įvyktų per visą mūsų gyvenimą. Labai noriu pamatyti, kaip žmogus gali akimirksniu persikelti į Marsą ar Kentauro Alfą. Svajonės, svajonės, svajonės...
Taip pat skaitykite: