Нова теорія квантової телепортації. Коли можна буде телепортувати людину?

Для героїв фантастичних фільмів телепортація – звичайна справа. Одним натисканням кнопки вони зникають у повітрі, щоб за пару секунд опинитися за сотні й тисячі кілометрів: в іншій країні чи навіть на іншій планеті.

Чи справді така подорож можлива, чи телепортація назавжди залишиться мрією сценаристів та сценаристів? Коротка відповідь на це питання полягає в тому, що телепортація можлива, і експерименти ведуться дуже активно. Мало того, вчені регулярно публікують статті в наукових журналах про успішні експерименти з квантової телепортації — на все більші та більші відстані.

Трішки історії

Під телепортацією ми маємо на увазі миттєвий рух об’єктів на будь-яку відстань, в ідеалі швидший за швидкість світла. Саме слово було придумано в 1931 році американським публіцистом Чарльзом Фортом, який захоплювався вивченням паранормальних явищ.

Історія реальної, а не вигаданої телепортації почалася в 1993 році, коли американський фізик Чарльз Беннетт математично довів теоретичну можливість миттєвих квантових зсувів за допомогою формул. Звичайно, це були чисто теоретичні розрахунки: абстрактні рівняння, які не мали практичного застосування. Однак точно так же, наприклад, вже математично відкриті чорні діри, гравітаційні хвилі та інші явища, існування яких було підтверджено експериментально набагато пізніше.

Так розрахунки Беннета стали справжньою сенсацією. Вчені почали активно проводити дослідження в цьому напрямку, а перший успішний експеримент з квантової телепортації був проведений у 2002 році.

Тут слід підкреслити, що мова йде про квантову телепортацію, а це не зовсім те ж саме, що ми звикли бачити в фантастичних фільмах. З одного місця в інше передається не сам матеріальний об’єкт (наприклад, фотон або атом, бо все складається з атомів), а інформація про його квантовий стан. Однак теоретично цього достатньо, щоб «відновити» вихідний об’єкт на новому місці, отримавши його точну копію. Мало того, такі експерименти вже успішно проводяться в лабораторіях.

Цю технологію найпростіше порівняти з ксероксом або факсом: ви відправляєте не сам документ, а інформацію про нього в електронному вигляді, але в результаті одержувач отримує його точну копію. З тією істотною різницею, що в разі телепортації сам матеріальний об’єкт знищується, тобто зникає, і залишається тільки копія.

З’ясувалося, що телепортація дозволена без будь-яких умовностей: раз і там! У цьому впевнений фізик Хатім Саліх.

Нова теорія телепортації

Хатім Саліх з Брістольського університету у Великій Британії працює над теорією прямої телепортації квантової інформації без передачі частинок або енергії. Цей вчений мав низку публікацій у міжнародних наукових журналах, а нова робота також відзначена публікацією в журналі Quantum Science and Technology. Раніше він запропонував кілька протоколів та експериментів, щоб довести існування «контрфактичного зв’язку» – зв’язку, який не може бути пояснений існуючими практиками та теоріями традиційної та квантової фізики.

У своїй новій роботі фізик доводить, що пара заплутаних частинок може миттєво передавати квантову інформацію у вигляді звичайних каналів зв’язку, явище, яке він пропонує назвати контрпортацією.

«У той час як контрпортація досягає кінцевої мети телепортації, яка полягає в безтілесному транспортуванні інформації, вона робить це дивовижним чином без будь-яких помітних носіїв, які переміщуються через кордон», — каже він. «Якщо контрпортація буде реалізована, необхідно буде побудувати абсолютно новий тип квантового комп’ютера: безобмінний, в якому сторони, що спілкуються, не обмінюються частинками».

Згідно з розрахунками Саліха, пара зв’язаних частинок взаємодіє через окремий випадок моста Ейнштейна-Розена. Це варіант червоточини або проколу в просторі-часі. Система взаємодії описується відомими рівняннями і має право на існування. Традиційно червоточини описували в термінах чорних дір, оскільки вони є явищами одного порядку. Але хто сказав, що це виключно астрофізичні об’єкти? Червоточина в одному квантовому комп’ютері може забезпечити безенергетичний зв’язок для передачі даних між кубітами, квантовими процесорами та кластерами, а в національному масштабі — квантовим Інтернетом.

На думку Саліха, така місцева червоточина може виступати в якості середовища, через яку відбувається контрпортація.

«Мета найближчого майбутнього полягає в тому, щоб фізично побудувати таку червоточину в лабораторії, яку потім можна буде використовувати як випробувальний майданчик для конкуруючих фізичних теорій, навіть теорій квантової гравітації», — сказав він.

На цей час це теоретичні міркування, з якими згодні не всі вчені, але це додає ще один рівень інтриги до наукової дискусії про квантову контрфактичну комунікацію та її потенційну роль у дослідженнях.

«Це важлива віха, до якої ми прагнули вже кілька років», – каже Саліх.

Чи можна телепортувати людину?

Річ у тому, що в нашому тілі налічується близько 7 атомів-октильйонів (після 7 йде 27 нулів, тобто це сім мільярдів мільярдів мільярдів), що більше, ніж у зірок в спостережуваній частині Всесвіту.

І аналізувати й описувати потрібно не тільки кожну окрему частинку, але і всі зв’язки між ними, адже на новому місці вони повинні бути зібрані в абсолютно правильному порядку.

Зібрати й передати такий великий обсяг інформації практично неможливо принаймні при нинішньому рівні технологій. І невідомо, коли з’являться комп’ютери, здатні обробляти такі обсяги даних. Принаймні поки що ведеться робота над збільшенням відстані між лабораторіями, а не кількості частинок, які можна телепортувати.

Саме тому багато вчених вважають, що мрія про телепортацію людини навряд чи здійсниться. Хоча, наприклад, професор Нью-Йоркського коледжу і відомий популяризатор науки Мічіо Каку переконаний, що телепортація стане реальністю до кінця 21 століття, а може бути, навіть через 50 років. Не називаючи конкретних часових рамок, деякі інші експерти в цілому з ним згодні.

«Це питання вдосконалення технологій, підвищення якості. Але я б сказав, що фундаментальні питання вирішені, і немає межі досконалості», — каже Євген Ползік, професор Інституту Нільса Бора при Копенгагенському університеті.

Однак на цьому шляху виникає багато інших питань. Наприклад, чи буде отримана «копія мене» справжнім мною? Чи буде вона думати так само, мати такі ж спогади? Адже, як говорилося раніше, оригінал відправленого предмета знищується в результаті квантового аналізу.

“Для квантової телепортації знищення телепортованого об’єкта в процесі є абсолютно необхідним і неминучим. Я думаю, що ви просто перетворитеся на купу нейтронів, протонів і електронів. Ви б не виглядали найкращим чином», — каже Едвард Фархі, який очолював Центр теоретичної фізики Массачусетського технологічного інституту з 2004 по 2016 рік.

З іншого боку, з чисто матеріалістичного погляду ми визначаємося не частинками, з яких ми складаємося, а їх станом, і ця інформація, кажуть вчені, гранично точна.

Так що, хто знає, можливо, до кінця століття телепортація стане для багатьох людей повсякденним явищем, так само як смартфон або інтернет стали сьогодні.