Телепортация уже существует — но почему мы не можем телепортировать человека?

Телепортация человека уже несколько десятилетий остается одной из самых популярных идей научной фантастики. В фильмах человек входит в специальное устройство, через несколько секунд исчезает и внезапно появляется в совершенно другом месте. Кажется, будто пространство складывается, расстояние исчезает, и человек может переместиться из одной точки в другую, не преодолевая разделяющее их расстояние.

Но самое интересное заключается в том, что телепортация больше не является исключительно фантастикой. Ученые уже продемонстрировали процесс, который называется квантовой телепортацией. Однако здесь существует принципиальная разница: ученые не телепортируют людей или физические предметы. Они передают квантовое состояние одной системы другой системе. На первый взгляд это может показаться незначительной деталью, но именно здесь скрывается одна из самых необычных идей современной физики.

Что на самом деле означает телепортация?

Когда мы слышим слово «телепортация», большинство людей представляет физическое перемещение человека или предмета. В квантовой физике телепортация означает совсем другое. Материя не перемещается из одного места в другое. Передается квантовое состояние — информация, описывающая состояние квантовой системы.

Представим две квантовые системы, связанные между собой особым квантовым ресурсом. Одна из них находится в определенном квантовом состоянии, которое необходимо передать другой. В результате специальной процедуры состояние первой системы может быть восстановлено во второй, при этом исходная частица физически не перемещается между двумя точками.

Поэтому квантовую телепортацию правильнее понимать как передачу квантового состояния, а не как обычное перемещение материального объекта.

Квантовая запутанность — самая загадочная часть

Главным элементом этого процесса является квантовая запутанность. Это явление, при котором состояния двух квантовых систем оказываются взаимосвязанными таким образом, что их уже нельзя полностью описать независимо друг от друга.

Именно эта необычная связь является одним из ключевых ресурсов, необходимых для квантовой телепортации.

Квантовая запутанность настолько необычна, что ее часто неправильно понимают. Иногда можно услышать утверждение, будто она позволяет передавать информацию быстрее скорости света. Это неверно. Для завершения протокола квантовой телепортации необходимо передать обычную классическую информацию, а она не может распространяться быстрее света. Поэтому квантовая телепортация не нарушает теорию относительности.

Как работает квантовая телепортация?

Чтобы объяснить принцип проще, физики часто используют двух условных участников — Алису и Боба. Представим, что у Алисы есть неизвестное квантовое состояние, которое она хочет передать Бобу. При этом у Алисы и Боба уже есть пара запутанных квантовых систем: одна находится у Алисы, другая — у Боба.

Алиса выполняет специальное совместное измерение над состоянием, которое она хочет телепортировать, и своей частью запутанной пары. В результате получается небольшое количество классической информации, которую Алиса отправляет Бобу обычным каналом связи. Получив эту информацию, Боб выполняет соответствующую операцию над своей квантовой системой. После этого система Боба приобретает то же квантовое состояние, которое первоначально было у Алисы.

Здесь существует важная деталь: речь не идет о создании идеальной копии. Исходное квантовое состояние не сохраняется в первоначальной системе. Именно поэтому квантовая телепортация не нарушает теорему о невозможности клонирования, согласно которой неизвестное квантовое состояние невозможно идеально скопировать.

Первый реальный эксперимент

Квантовая телепортация не осталась лишь теоретической идеей. В 1997 году ученые опубликовали в журнале Nature один из первых исторических экспериментов, в котором квантовая телепортация была продемонстрирована экспериментально. Исследователи показали, что состояние поляризации фотона может быть передано другому фотону с использованием квантовой запутанности и специального измерения.

Этот эксперимент совершенно не напоминал телепортационные устройства из научно-фантастических фильмов. Никакой предмет не исчезал и не появлялся в другом месте. Ученые продемонстрировали другое: квантовое состояние одной системы может быть восстановлено в другой системе.

Тем не менее это стало важнейшей вехой в развитии квантовой информатики.

Телепортация на все большие расстояния

В последующие годы ученые проводили все более сложные эксперименты и постепенно увеличивали расстояния, на которых удавалось реализовать квантовую телепортацию.

Одним из наиболее впечатляющих достижений стал эксперимент, опубликованный в 2017 году. Исследователи продемонстрировали квантовую телепортацию от наземной станции к спутнику на низкой околоземной орбите на расстояние до 1 400 километров.

Это не означало, что ученые приблизились к телепортации человека. Значение эксперимента было другим: он показал возможность использования квантовой телепортации в системах связи, работающих на чрезвычайно больших расстояниях.

Почему же мы не можем телепортировать человека?

Здесь возникает невероятно сложная проблема. Фотон или другая относительно простая квантовая система несравнимо проще человеческого организма. Человеческое тело состоит из огромного количества частиц, участвующих в чрезвычайно сложных физических процессах.

Если мы захотим телепортировать человека, недостаточно будет знать его внешний вид, размеры тела или расположение органов. В принципе необходимо было бы получить чрезвычайно подробное описание его физического состояния, а затем каким-то образом восстановить это состояние в другом месте.

Современные технологии совершенно не способны решить такую задачу. И проблема заключается не только в недостаточной мощности компьютеров. Сама квантовая механика устанавливает фундаментальные ограничения на то, что можно измерить и скопировать.

Нельзя просто «просканировать» человека

На первый взгляд решение кажется очевидным: создать невероятно мощный сканер, записать всю информацию о человеке, передать ее в другое место и восстановить человека там.

Но квантовая физика устроена гораздо сложнее. Неизвестное квантовое состояние нельзя измерить с абсолютной точностью, а затем идеально скопировать. Существуют фундаментальные ограничения, связанные с самой природой квантовой информации.

Даже если представить устройство будущего, способное исследовать человеческое тело с невероятной детализацией, останется еще более сложная задача: каким образом использовать всю полученную информацию для восстановления точно такого же физического состояния в другом месте?

Именно поэтому телепортация человека — это не просто инженерная задача, которую можно решить созданием достаточно мощного компьютера. Здесь возникают фундаментальные вопросы самой физики.

Если оригинал исчезает, кто появляется на другой стороне?

На этом этапе телепортация превращается из физической проблемы в философскую.

Представим, что когда-нибудь в будущем ученые создадут технологию, способную полностью восстановить физическое состояние человека в другом месте. В процессе первоначальный человек перестает существовать в своей прежней форме, а в пункте назначения появляется человек с абсолютно идентичным физическим состоянием.

Можно ли считать его тем же самым человеком?

Если у него будут те же воспоминания, личность, структура мозга и физические характеристики, можно утверждать, что человек просто переместился. Но существует и другая точка зрения: возможно, в пункте назначения появляется лишь невероятно точная копия, тогда как первоначальный человек больше не существует.

Вопрос становится еще более сложным, если процесс телепортации уничтожает оригинал. Если первоначальное тело исчезает, а в другом месте появляется полностью идентичное тело, где проходит граница между перемещением и созданием копии?

Физика сама по себе не может дать окончательный ответ. Здесь уже начинаются вопросы сознания, личности и философии.

Почему квантовая телепортация все равно имеет огромное значение?

Можно было бы подумать, что если человека невозможно телепортировать, то практическое значение квантовой телепортации невелико. На самом деле все наоборот.

Квантовая телепортация является важным инструментом квантовой информатики. Она связана с исследованиями квантовых компьютеров, квантовых сетей и будущих методов передачи квантовой информации на большие расстояния.

Современные компьютеры и интернет работают с классическими битами. Квантовые компьютеры используют кубиты, которые подчиняются законам квантовой механики. Поэтому возможность надежно передавать квантовые состояния является одной из важных задач будущих квантовых технологий.

Именно поэтому ученые работают над концепцией квантового интернета — будущей сети, которая сможет соединять квантовые устройства и передавать между ними квантовую информацию.

Квантовый интернет — сеть будущего

Квантовый интернет не будет просто более быстрой версией современного интернета. Его задача будет заключаться в соединении квантовых систем и распределении квантовой информации и запутанности между удаленными точками.

Создание такой сети чрезвычайно сложно, потому что квантовые состояния очень хрупкие. Взаимодействие с окружающей средой может разрушить тонкую квантовую информацию, поэтому передача ее на большие расстояния является серьезной технологической проблемой.

Именно поэтому ученые экспериментируют с оптоволокном, квантовыми устройствами, свободным оптическим пространством и спутниками. Цель этих исследований — не телепортация людей, а создание коммуникационных систем, способных надежно передавать квантовую информацию на все большие расстояния.

Смогут ли люди когда-нибудь телепортироваться?

Сегодня телепортация человека невозможна, и на данный момент наука не располагает технологией, которая предлагает реалистичный способ телепортировать человека.

Нет и гарантии, что появление более мощных компьютеров или более совершенных сканеров автоматически решит эту проблему. Телепортация человека потребовала бы невероятной способности описывать и восстанавливать физическую информацию на квантовом уровне, одновременно учитывая фундаментальные ограничения самой квантовой механики.

Поэтому на вопрос «Когда мы сможем телепортировать человека?» самый честный научный ответ сегодня звучит так:

Мы не знаем, станет ли это вообще когда-нибудь возможным.

Телепортация уже существует — просто не так, как мы ее представляем

Самый удивительный факт заключается в следующем: наука уже продемонстрировала физический принцип квантовой телепортации, однако он не имеет ничего общего с исчезновением человеческого тела в одном месте и его появлением в другом.

Начиная с первых экспериментальных демонстраций 1997 года и заканчивая все более сложными экспериментами на больших расстояниях, квантовая телепортация превратилась в важнейшее направление квантовой информатики. В 2017 году эксперимент с наземной станции и спутника продемонстрировал квантовую телепортацию на расстояние до 1 400 километров и показал потенциал спутниковых квантовых коммуникаций.

Получается, что одна из самых известных идей научной фантастики уже частично стала реальностью. Просто ученые пока не нашли способ заставить человека исчезнуть в одном месте и появиться в другом.

Возможно, в будущем квантовые сети станут реальностью. Возможно, квантовые компьютеры изменят способы обработки информации. А возможно, технологии, которые сегодня кажутся невозможными, однажды станут обычной частью нашей жизни.

Но если когда-нибудь наступит день, когда человек действительно сможет телепортироваться, самый сложный вопрос может оказаться уже не технологическим.

Если твое тело уничтожают в одном месте, а затем идеально восстанавливают в другом — действительно ли ты переместился туда, или там просто появилась твоя идеальная копия?

Возможно, самая большая тайна человеческой телепортации заключается не в вопросе «Как туда попасть?», а в другом:

«Кто именно туда попадет?»

Если статья была для вас интересной, поделитесь ею с друзьями и оставьте комментарий.