Калининградцы разобрались в механизме квантовой телепортации

17 мая в Информационном центре по атомной энергии Калининграда (ИЦАЭ) физик и математик Валериан Юров объяснил слушателям постулаты квантовой механики и механизм квантовой телепортации. Валериан Юров – кандидат физико-математических наук, PhD университета Колумбия-Миссури (США), доцент-исследователь ИФМНиИТ БФУ им. И. Канта.

В начале XX века Альберт Эйнштейн разработал теорию относительности. В тот же период он опубликовал статью, в которой показал, что свет – не только волна, но и частица. Однако к середине 20-х годов выяснилось, что не только световые волны ведут себя как частицы. Это означало, что для описания поведения элементарных частиц нужна новая волновая механика – квантовая механика.

Валериан Юров рассказал о принципе неопределённости Вернера Гейзенберга, парадоксе Эйнштейна-Подольского-Розена и теореме Джона Белла, а также принципе неразличимости элементарных частиц, сформулированных Вольфгантом Паули. Слушатели узнали, что измерение импульса одной частицы равносильно измерению импульса второй частицы. «Это создаёт впечатление мгновенного воздействия первой частицы на вторую: две частицы могут быть перепутаны между собой, мгновенно передавая информацию о своём состоянии на сколь угодно далёкие расстояния», — рассказал Валериан Юров.
Это феномен квантовой запутанности, который объясняет механизм квантовой телепортации. «Пусть есть два наблюдателя – Алиса и Боб. У Алисы есть некий фотон с поляризацией α, которую она ещё 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. 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 четырёх возможных ответов. В результате эффекта дистанционного приготовления оказывается, что после этого измерения в зависимости от результата фотон Боба перешел в определённое состояние. До этого он был запутан с фотоном Алисы, пребывая в неопределённом состоянии. Алиса сообщает Бобу по телефону, каким был результат её измерений. В конце эксперимента по телепортации у Боба оказывается копия первоначального фотона Алисы, а её фотон и информация о нём в процессе разрушаются», — рассказал Валериан Юров.

В наше время рекорд дальности квантовой телепортации составляет 143 км. Телепортация была продемонстрирована на примере фотонов, ионизированных атомов и сверхпроводящих наноэлементов. В 2015 году учёные из научно-технического университета Китая телепортировали квантовую информацию об ансамбле рубидиевых атомов на расстояние 150 м. Очевидно, хотелось бы телепортировать и макрообъекты.

«Но чтобы суметь телепортировать человека, учёным необходимы данные о том, сколько всего информации в нём содержится. Это невозможно сделать напрямую, посчитав каждый атом в организме человека. Тут на помощь приходит космология и математика. Учёные, оценивая максимальную информацию, которая содержится в человеке, представили чёрную дыру размером и объёмом с человеческий мозг, а потом подсчитали, какое максимально возможное число информации там имеется. После подсчётов учёные пришли к выводу: в нашей вселенной есть существенная вероятность того, что в ней существует точная копия такой информации, а значит, и точная копия человека, квантовый двойник каждого из нас. Но телепортировать человека с помощью квантовой телепортации на данный момент невозможно», — заключил Валериан Юров.
Лекция Валериана Юрова прошла в рамках проекта ИЦАЭ Калининграда «Научное антикафе». По пятницам у жителей города есть возможность прийти после работы в ИЦАЭ, сыграть в настольные и интеллектуальные игры, пообщаться с учёными и научными журналистами, обсудить научные новости и задать интересующие их вопросы спикерам.