Квантовая телепортация

Какие основные вопросы возникают при решении проблемы квантовой телепортации? Как возможно передавать информацию о веществе через расстояние? И какое применение найдет эта технология в будущем? Об этом рассказывает профессор физики Института Нильса Бора Юджин Ползик.

В чем проблема переноса вещества из одного места в другое? Первая — в том, что вещество не может передвигаться очень быстро, не говоря уже о скорости света. Трудно посылать материальные тела очень быстро. Поэтому самое простое — взять информацию о каком-то физическом теле и переслать ее по световому каналу, например, с помощью радиоволн сигналов или с помощью световых волн, с одного места на другое. Там эту информацию собрать и записать ее обратно на атомы, из которых состоял изначальный объект. Этот замечательный простой сценарий имеет одну проблему. Она заключается в том, что невозможно записать состояние квантовой частицы в виде обычных битов информации, в том виде, в котором обычно передается информация по интернету или по любым классическим видам связи. Связано это с тем, что, когда мы смотрим на квантовый объект, мы его изменяем.

Трюк заключается в том, чтобы передать эту информацию, не записывая ее нигде классическим образом. Этот трюк использует так называемые перепутанные состояния. Сценарий таков: представим себе, что мы хотим телепортировать, например, один атом. Этот атом имеет какое-то направление спина, которое нам неизвестно; мы хотим передать это направление спина на Марс. Для этого нам нужны еще два атома: один мы помещаем рядом с нашим атомом, а второй отправляем на Марс. Эти два атома должны быть созданы в так называемом «перепутанном состоянии». Это означает, что направление спина каждого из них неизвестно, но, какое бы ни было у одного из них направление, у другого оно будет абсолютно противоположным — это геометрический смысл перепутанных состояний в атомах. После этого мы производим общее измерение на одном из этих перепутанных спинов и на нашем спине, и результат этого общего измерения мы можем по телефону или какой угодно классической связью передать с Земли на Марс. Над тем спином, который там был, проводится операция поворота спина, зависящая от того, каков результат этого измерения.

Небольшая проблема, которую нам осталось решить, заключается в том, что квантовые телепортации, которые до сих пор осуществлены экспериментально, к сожалению, неидеальны. Они получаются лучше, чем любым классическим образом можно передать направление этого спина, но все равно то, что мы называем «качеством передачи», не стопроцентно; в лучших экспериментах оно между 80% и 90%. Кажется, что, в общем, это неплохо, но представьте себе: если мы хотим передать, телепортировать состояние 10 атомов и делаем ошибку в 10% в каждом из этих атомов, то при 10 атомах у нас практически ничего хорошего не останется.