Выбор фона:
/ Новости сайта / Наука и Технологии / Как устроена телепортация и при чем тут квантовая физика
04.08.2016

Как устроена телепортация и при чем тут квантовая физика

Оценка: 3.0    3543 17 Наука и Технологии
11:26
Квантовая телепортация — это передача квантового состояния на расстояние. Отдельно ее объяснить трудно, это можно сделать только вкупе со всей квантовой физикой. В своей лекции, состоявшейся в рамках «Лектория 2035» на ВДНХ, профессор физического факультета Университет Калгари (Канада), член Канадского института высших исследований Александр Львовский постарался простым языком рассказать о принципах квантовой телепортации и квантовой криптографии. «Лента.ру» публикует выдержки из его выступления.

Ключ к замку

Криптография — это искусство общения защищенным образом по незащищенному каналу. То есть у вас есть некая линия, которую могут прослушивать, и вам нужно передать по ней секретное сообщение, которое никто посторонний не сможет прочесть.

Представим, что, скажем, если у Алисы и Боба есть так называемый секретный ключ, а именно — тайная последовательность нулей и единиц, которой нет ни у кого другого, они могут зашифровать сообщение с помощью этого ключа, применив операцию исключающего ИЛИ, чтобы ноль совпадал с нулем, а единица — с единицей. Такое зашифрованное послание уже можно передать по открытому каналу. Если его кто-то перехватит, это не страшно, ведь его никто не сможет прочесть, кроме Боба, у которого есть копия секретного ключа.

В любой криптографии, в любой коммуникации самым дорогим ресурсом является случайная последовательность нулей и единиц, которой владеют только два общающихся. Но в большей части случаев используется криптография с открытым ключом. Допустим, вы покупаете что-то с помощью кредитной карты в интернет-магазине по безопасному протоколу HTTPS. По нему ваш компьютер переговаривается с каким-то сервером, с которым до этого никогда не общался, и у него не было возможности обменяться с этим сервером секретным ключом.

Тайна этого диалога обеспечивается решением сложной математической задачи, в частности — разложения на простые множители. Перемножить два простых числа легко, а если уже дана задача найти их произведение, найти два сомножителя, то это трудно. Если число достаточно большое, оно потребует от обычного компьютера многолетних вычислений.

Однако если этот компьютер не обычный, а квантовый, он такую задачу решит легко. Когда он будет наконец изобретен, приведенный выше широко используемый метод окажется бесполезным, что, как ожидается, будет иметь катастрофические последствия для общества.

Если помните, в первой книге про Гарри Поттера главному герою нужно было пройти через защиту, чтобы добраться до Философского камня. Тут нечто похожее: тому, кто установил защиту, будет легко пройти ее. Гарри пришлось очень трудно, но в итоге он ее все же преодолел.

Этот пример очень хорошо иллюстрирует криптографию с открытым ключом. Тот, кто его не знает, в принципе имеет возможность расшифровать сообщения, однако ему будет очень трудно, и на это потенциально потребуется много лет. Абсолютной безопасности криптография с открытым ключом не дает.

Квантовая криптография

Все это объясняет необходимость квантовой криптографии. Она дает нам лучшее из обоих миров. Есть метод одноразового блокнота, надежный, но, с другой стороны, требующий «дорогого» секретного ключа. Чтобы Алиса могла общаться с Бобом, она должна послать ему курьера с чемоданом, полным дисков с такими ключами. Он их будет постепенно расходовать, так как каждый из них можно использовать только один раз. С другой стороны, у нас есть метод открытого ключа, который «дешев», но не дает абсолютной надежности.


Бинарный код

Квантовая криптография, с одной стороны, «дешевая», она позволяет безопасную передачу ключа по каналу, в который могут залезть, а с другой стороны — гарантирует секретность благодаря фундаментальным законам физики. Смысл ее заключается в том, чтобы кодировать информацию в квантовом состоянии отдельных фотонов.

В соответствии с постулатами квантовой физики, квантовое состояние в момент, когда его пытаются измерить, разрушается и изменяется. Таким образом, если на линии между Алисой и Бобом есть какой-то шпион, пытающийся подслушать или подсмотреть, он неизбежно изменит состояние фотонов, общающиеся заметят, что линию прослушивают, прекратят коммуникацию и примут меры.

В отличие от многих других квантовых технологий, квантовая криптография является коммерческой, это не научная фантастика. Уже сейчас есть компании, производящие серверы, подключаемые к обычной оптоволоконной линии, с помощью которых можно осуществлять безопасное общение.
Как работает поляризационный светоделитель

Свет — это поперечная электромагнитная волна, колеблющаяся не вдоль, а поперек. Это свойство называется поляризацией, и оно присутствует даже в отдельных фотонах. С помощью них можно кодировать информацию. Например, горизонтальный фотон — это ноль, а вертикальный — единица (то же верно для фотонов с поляризацией плюс 45 градусов и минус 45 градусов).

Алиса закодировала таким образом информацию, и Бобу нужно ее принять. Для этого используется специальный прибор — поляризационный светоделитель, куб, состоящий из двух призм, склеенных между собой. Он пропускает горизонтально поляризованный поток и отражает вертикально поляризованный, благодаря чему происходит декодирование информации. Если горизонтальный фотон — ноль, а вертикальный — единица, то тогда в случае логического ноля щелкнет один детектор, а в случае единицы — другой.

Но что будет, если мы пошлем диагональный фотон? Тогда начинает играть роль знаменитая квантовая случайность. Нельзя сказать, пройдет такой фотон или отразится — он с вероятностью 50 процентов сделает либо одно, либо другое. Предсказать его поведение невозможно в принципе. Более того, это свойство лежит в основе коммерческих генераторов случайных чисел.

Что же делать, если у нас стоит задача различить поляризации плюс 45 градусов и минус 45 градусов? Нужно повернуть светоделитель вокруг оси луча. Тогда закон квантовой случайности будет действовать для фотонов с горизонтальной и вертикальной поляризациями. Это свойство фундаментально. Мы не можем задать вопрос о том, какая поляризация у этого фотона.


Комплект телепортации

Принцип квантовой криптографии

В чем же заключается идея квантовой криптографии? Предположим, Алиса посылает Бобу фотон, который она кодирует либо горизонтально-вертикальным образом, либо диагональным. Боб тоже подбрасывает монетку, решая случайным образом, каким будет его базис: горизонтально-вертикальным или диагональным. Если их способы кодировки совпадут — Боб получит данные, которые послала Алиса, если же нет — то какую-то ерунду. Они проводят эту операцию много тысяч раз, а потом «созваниваются» по открытому каналу и сообщают друг другу, в каких базисах совершали передачу, — можно считать, что эта информация теперь доступна кому угодно. Далее Боб и Алиса смогут отсеять события, в которых базисы были разные, и оставить те, в которых они были одинаковые (их будет примерно половина).

Допустим, в линию вклинился какой-то шпион, желающий подслушать сообщения, но ему тоже необходимо измерять информацию в каком-то базисе. Представим, что у Алисы и Боба он совпал, а у шпиона — нет. В ситуации, когда данные были посланы в горизонтально-вертикальном базисе, а подслушивающий измерил передачу в диагональном, он получит случайное значение и перешлет дальше какой-то произвольный фотон Бобу, так как не знает, каким он должен быть. Таким образом, его вмешательство будет замечено.

Самая главная проблема квантовой криптографии — это потери. Даже самое лучшее и современное оптоволокно дает 50 процентов потерь на каждые 10-12 километров кабеля. Допустим, мы посылаем наш секретный ключ из Москвы в Петербург — на 750 километров, и только один из миллиарда миллиардов фотонов достигнет цели. Все это делает технологию совершенно непрактичной. Именно поэтому современная квантовая криптография работает только на расстоянии примерно 100 километров. Теоретически известно, как эту проблему решить, — с помощью квантовых повторителей, но для их реализации нужна квантовая телепортация.


Оптоволокно в приближении

Квантовая запутанность

Научное определение квантовой запутанности — это делокализованное состояние суперпозиции. Звучит сложно, но можно привести простой пример. Предположим, у нас есть два фотона: горизонтальный и вертикальный, квантовые состояния которых взаимозависимы. Один из них мы посылаем Алисе, а другой — Бобу, которые делают измерения на поляризационном светоделителе.

Когда эти измерения совершаются в обычном горизонтально-вертикальном базисе, понятно, что результат будет скоррелирован. Если Алиса заметила горизонтальный фотон, то второй, естественно, будет вертикальным, и наоборот. Это можно представить проще: у нас есть синий и красный шарик, мы не глядя запечатываем каждый из них в конверт и посылаем двум получателям — если одному придет красный, второй обязательно получит синий.

Но в случае квантовой запутанности этим дело не ограничивается. Эта корреляция имеет место не только в горизонтально-вертикальном базисе, но и в любом другом. Например, если Алиса и Боб одновременно повернут свои светоделители на 45 градусов, у них опять будет полное совпадение.

Это очень странное квантовое явление. Допустим, Алиса повернула каким-то образом свой светоделитель и обнаружила какой-то фотон с поляризацией α, который прошел через него. Если Боб измерит свой фотон в том же самом базисе, он обнаружит поляризацию 90 градусов +α.

Итак, в начале мы имеем состояние запутанности: фотон Алисы полностью неопределен и фотон Боба полностью неопределен. Когда Алиса измерила свой фотон, обнаружила какое-то значение, то теперь известно точно, какой фотон у Боба, как бы далеко он ни находился. Этот эффект многократно подтвержден экспериментами, это не фантазия.

Квантовая телепортация

Допустим, у Алисы есть некий фотон с поляризацией α, которую она еще не знает, то есть находящийся в неизвестном состоянии. Между ней и Бобом нет прямого канала. Если бы канал был, то Алиса смогла бы зарегистрировать состояние фотона и донести эту информацию до Боба. Но квантовое состояние за одно измерение узнать невозможно, поэтому такой способ не годится. Однако между Алисой и Бобом есть заранее приготовленная запутанная пара фотонов. За счет этого можно заставить фотон Боба принять первоначальное состояние фотона Алисы, «созвонившись» потом по условной телефонной линии.

Вот классический (хотя и очень отдаленный аналог) всего этого. Алиса и Боб получают в конверте по шарику — синий или красный. Алиса хочет послать Бобу информацию о том, какой у нее. Для этого ей нужно, «созвонившись» с Бобом, сравнить шарики, сказав ему «у меня такой же» или «у нас разные». Если кто-то подслушивает эту линию, то это не поможет ему узнать их цвет.


Кадр из фильма «Звездный путь»

Таким образом, существуют четыре варианта исхода событий (условно, у получателей синие шарики, красные шарики, красный и синий или синий и красный — прим. «Ленты.ру»). Они интересны тем, что образуют базис. Если у нас есть два каких-то фотона с неизвестной поляризацией, то им можно «задать вопрос», в каком из этих состояний они находятся, и получить ответ. Но если хотя бы один из них окажется запутан с каким-то другим фотоном, то произойдет эффект удаленного приготовления, и третий, удаленный фотон «приготовится» в определенном состоянии. На этом и основана квантовая телепортация.

Как это все работает? У нас есть запутанное состояние и фотон, который мы хотим телепортировать. Алиса должна произвести соответствующее измерение исходного телепортированного фотона и задать вопрос, в каком состоянии находится другой. Случайным образом она получает один из четырех возможных ответов. В результате эффекта дистанционного приготовления оказывается, что после этого измерения в зависимости от результата фотон Боба перешел в определенное состояние. До этого он был запутан с фотоном Алисы, пребывая в неопределенном состоянии.

Алиса сообщает Бобу по телефону, каким был результат ее измерений. Если ее результат, допустим, оказался ψ-, то Боб знает, что его фотон автоматически преобразовался в это состояние. Если же Алиса сообщила, что ее измерение дало результат ψ+, то фотон Боба принял поляризацию -α. В конце эксперимента по телепортации у Боба оказывается копия первоначального фотона Алисы, а ее фотон и информация о нем в процессе разрушаются.
Технология телепортации

Сейчас мы умеем телепортировать поляризацию фотонов и некоторые состояния атомов. Но когда пишут, мол, ученые научились телепортировать атомы — это обман, ведь у атомов очень много квантовых состояний, бесконечное множество. В лучшем случае мы придумали, как телепортировать пару из них.

Мой любимый вопрос — когда будет телепортация человека? Ответ — никогда. Допустим, у нас есть капитан Пикард из сериала «Звездный путь», которого нужно телепортировать на поверхность планеты с корабля. Для этого, как нам уже известно, нужно сделать еще пару таких же Пикардов, привести их в запутанное состояние, которое включает все его возможные состояния (трезвого, пьяного, спящего, курящего — абсолютно все) и провести измерения на обоих. Понятно, насколько это сложно и нереализуемо.

Квантовая телепортация — это интересное, но лабораторное явление. До телепортации живых существ дело не дойдет (по крайней мере, в ближайшем будущем). Однако его можно использовать на практике для создания квантовых повторителей, для передачи информации на далекие расстояния.

 
Источник:  https://lenta.ru


Поделитесь в социальных сетях

Комментарии 17

0  
Мамонт 05.08.2016 01:36 [Материал]
Волхвы во всех руских сказках уходят именно так
"Сказал и пропал, как будто его и не было"
"Оглянулся Иван...а старика уж нет нигде"
0  
Мамонт 04.08.2016 23:06 [Материал]
kvantic права....но требуются разъяснения.
Телепортироваться способны только живые и высокодуховные существа. Это одно из сидхи.
Для телепортации, йог просто переносит своё сознание в другую точку пространства....и появляется там.
Мир-информационная матрица. Примитивно говоря, чтобы изменить ваше местоположение...достаточно "перезаписать" информацию о вашем местоположении в некоем хранилище данных этой матрицы.

И высокодуховные существа(прошу духовность не путать с добротой) способны на такое.
Совсем другое дело неживые объекты, или живые, но не достигшие такой степени развития....как наши тела и механизмы.
Они не могут телепортироваться, но могут перемещаться выходя из поля пространства-времени. Для этого есть технологии...
Подумайте сами, зачем нужны были бы летающие тарелки, если бы они просто перемещались куда им нужно телепортацией....и не надо летать.
Но на них приходится затрачивать огромное количество энергии, для создания портала и сворачивания пространства-времени....так, что на короткие расстояния энерговыгоднее просто слетать cool
Достаточно сказал cool
0  
kvantic 05.08.2016 07:40 [Материал]
Всё верно! Информационная составляющая живого, его сознание может перемещаться в информационном поле. Перемещаться сама и не нужна тут квантовая физика!
А к физической составляющей-неодушевленной (простите, просто другого слова нет) предметной применима квантовая телепортация.
Перемещение полностью, и сознания и тела-это Не Квантовая Телепортация! Это не имеет никакого отношения к физике на ее нынешнем уровне.
Наука даже не рассматривает такого квантового телепортирования.
Возможности человека-это не квантовая физика. Она аппелирует цифрами, а мы-аналоговые существа. Возможно кто-то мог и может переместиться целиком в пространственно-времменной сетке, но это уже способности самого человека.
И правильно, если бы все так просто было, наблюдали бы мы НЛО?
Да тут разговора на отдельную статью. Простите за возможно, несколько сумбурный текст, просто утро, хотелось сразу ответить, но еще, моё сознание не совсем переместилось из сна в мою физическую оболочку. smile
0  
-Samuray- 05.08.2016 12:28 [Материал]
Думаю, для того, чтобы телепортироваться, надо тоже выходить из поля пространства-время, и НЛО могут как летать , так и телепортироваться, летать надо только для того чтобы сделать какую - нибудь работу или просто наблюдать и при наличии технологии, энергии может потребоваться совсем немного, например хватит пальчиковой батарейки, в доказательство можно привести тех же высокодуховных людей, которым для телепортации не надо даже батарейка.
0  
Медведь 04.08.2016 19:41 [Материал]
Грибов набери.. biggrin Сейчас хороши белые,глухие и сыроежки
0  
kvantic 04.08.2016 18:30 [Материал]
очень даже совместима.
Ты сам квантово запутанные кванты энергий.
Отсюда и успех твоих ментальных и физических экзерсисов.
0  
kvantic 04.08.2016 17:52 [Материал]
если в твою голову даже Каку не помещается, сочувствую...
Но зато ты много другого интересного там разместил...
Слушай, ну вот я не сильна в твоих понятиях осознанности-я же не критикую, наоборот пытаюсь разобраться. Что ты все сразу в штыки... sad
0  
Alexei2012 04.08.2016 15:26 [Материал]
biggrin А вот известный проф. Каку (см. Физика невозможного) считает несколько иначе. Телепортация это перенос не объекта, а информации об объекте. Он не исключает, что полная информация об объекте, даже человеке, вопрос технологический и когда-нибудь может быть решен. Но вот, что делать с «оригиналом» после его воспроизведении «где-то там» … вопрос фактически не разрешимый.
0  
kvantic 04.08.2016 15:33 [Материал]
ну а я о чем написала? sad
только вот личность ли будет перенесена или только оболочка...ну, если скопировать "мозг" ...загрузить в виртуальный носитель и потом... и так далее...
0  
Медведь 04.08.2016 17:42 [Материал]
Ниночка,здравствуй! Некий товарищ Вооллстриусс Абсалямов https://new.vk.com/id189326350 уже побывал в своём теле в соседнем портальном мире через Звёздные врата Льва, которые уже второй раз открывают. "Сейчас пока меня одного провели через Звёздные Врата и вывели на той стороне Дальнего Космоса. Состояние очень необычное и болезненное. Утром я себя чувствовал так, как будто меня разобрали по частям, а затем собрали, но как-то не до конца. Это из-за того, что путешествие через Врата меняет наше тело даже на молекулярном уровне. Но на моём примере было экспериментально установлено, что через Врата можно ходить и живым возвращаться.При этом, следует учитывать, что перестройка физического тела вещь достаточно болезненная (вылезают все застарелые болезни), но и перестройка самого тела становится необратимой. Это означает, что тело устанавливает для себя оптимальный возраст (как правило, это 30+/-) и дальше постепенно перестраивается в этот возраст и остаётся в нём навсегда. Это тоже одно из свойств Врат". Думаю что он не врёт.
Ещё, при знакомстве с трудами О.Казацкого и М.Ерицян из школы О.Даля, также была информация что они("умершие") могут перемещаться в наш мир целиком,как есть, но..они. Нам такого разрешения пока не дают, ввиду непредсказуемости поведения, его неэтичности.
Пример телепортации был показан в советском фильми"Через тернии к звёздам", так, короткий фрагментик.. biggrin
0  
kvantic 04.08.2016 17:57 [Материал]
О! Привет!
читала про открытие LionGates 2-го августа , но сайт на английском.
Но, там -портал!
Здесь просто о невозможности телепортации на квантовом уровне, а там полностью проход через червоточину.
Считаю вполне возможным, обратного пока наука ничего не доказала.
Там двойника не остается, уходит именно материя и Личность!
Здесь (в случае квантовой телепортации, заметь:телепортации-не перехода) всегда остается оригинал телепортируемого.
Спасибо за ссылку, сейчас посмотрю-почитаю.
0  
Медведь 04.08.2016 18:18 [Материал]
А где их,портов на Земле, нету? В близком будущем(1-2года)
порталы станут доступны именно для этих целей..широкие возможности транскоммуникаций. Для чего тогда Старшие перестраивали земные тела на молекулярном уровне? для чего открывали застарелые порты в Ираке, в Сибири, в Антарктиде,
и многих областях Центральной Руси(Калуга,Тула), для чего строили НОВЫЕ станции коммуникации, для чего были построены 8 реклостеров (когда был жив Ю.Бабиков строили один, теперь - 8), для экспресс-эвакуации под биркой "Вознесение"?
Зачем дотошно, в подробностях, в снах показывали\ют переходы через некие технические сооружения типа огромных открывающихся ворот\дверей в свет? а за светом - такой же материальный мир..только народу значительно меньше и красоту пейзажей трудно описать от восхищения.
0  
kvantic 04.08.2016 18:32 [Материал]
понравилось про Краснодар..."настолько затваренный", что даже Купол повредили...
Вот уж точно!
Не видать портала на Кубани.
я читаю дальше.
0  
Медведь 04.08.2016 19:37 [Материал]
Отчего же? Поправят, со временем(год-два или раньше)..тут события на октябрь-ноябрь готовятся орионцами..
"Пробуждение начнётся раньше, оно начнётся не в феврале следующего года, а уже в ноябре – октябре этого года с точки зрения привнесения новых коэффициентов, увеличения вибраций со стороны системы Земля-Гайя, и привнесения предварительной событийности, которая будет уже создавать трещины, разломы в сознании людей, давать предположения, что могут существовать другие системы, другие сообщества"..
То есть, запланированное "сумасшествие",имхо. В отчётах по трансмутации физических тел был этот конечный пункт.
Отслеживая этапы преобразования "физики" прошли всё, остался последний. А дальше - синева,пустота,тишина... biggrin
0  
kvantic 04.08.2016 14:43 [Материал]
так вот и интересно:
если в момент возникновения всего, все частицы были квантово спутанны, то сейчас изменение хоть одной изменяет что-то и в нас...
0  
kvantic 04.08.2016 13:53 [Материал]
послушай, да квантовая физика никогда не предполагала перенос Вещества! только Свойств! вот у тебя есть некий набор квантиков, и ты хочешь, чтобы у твоего друга был точно такой же где-то. У него тоже есть какой-то набор квантиков. Ты замеряешь свойства своих и тем самым придаешь их свойства тем, что у твоего друга.
Но! трудность в том, что изначально эти квантики должны были быть квантово запутанными, и только потом разнесены на расстояние.
Теперь представь...только представь, что свойства биоматериала замерили и передали на расстояние и там получают двойника. Заметь, двойника! Оригинал у тебя. И что с ним делать? убить? короче, это невозможно-именно телепортация.
Другое дело путешествие самому или на машине времени... biggrin Но это уже совсем сюда не относится....
0  
kvantic 04.08.2016 11:57 [Материал]
спасибо за статью, а то всегда было сложно объяснить почему невозможна телепортация человека. теперь просто буду ссылаться-пусть сами разбираются. smile
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]

Похожие материалы

ТОП Новостей
Материалов за сегодня нет.
Разговоры у камина
Календарь
Последние комментарии
Чистый воздух способствует развитию опасного заболевания, выяснили ученые
С какой целью ты оспариваешь мои слова? Хочешь выставиться? Диоксид серы это кислотное основание. Пр (от Везунчик)
Чистый воздух способствует развитию опасного заболевания, выяснили ученые
Диоксид серы не является окислителем, его и используют для остановки окислительных процессов, наприм (от Проводник)
Чистый воздух способствует развитию опасного заболевания, выяснили ученые
Gr70, поддержу тебя, поскольку что накапливается в фильтрах кондеев, многим неинтересно, но когда сн (от Проводник)
Ежегодное изъятие 5,1 млрд тонн СО2 из атмосферы остановит потепление
Просто кто-то очень хочет подстроить климат планеты под себя.   topzz)
Ежегодное изъятие 5,1 млрд тонн СО2 из атмосферы остановит потепление
Это глобальный обман, причины его озвучены уже неоднократно и давно. (от Проводник)