Возможна ли телепортация? Да, в квантовом мире.
В то время как телепортация человека существует только в научной фантастике, в субатомном мире квантовой механики она возможна, хотя и не так, как обычно изображают в кино. В квантовом мире телепортация предполагает транспортировку информации, а не материи.
В прошлом году ученые подтвердили, что информация может передаваться между фотонами на компьютерных чипах даже тогда, когда фотоны физически не связаны. Согласно новым исследованиям Университета Рочестера и Университета Пердью, телепортация может быть также возможна между электронами.
В статье, опубликованной в журнале Nature Communications, исследователи, в том числе Джон Никол, доцент физики в Рочестере, и Эндрю Джордан, профессор физики в Рочестере, исследуют новые пути создания квантово-механических взаимодействий между удаленными друг от друга электронами. Исследования являются важным шагом в совершенствовании квантовых вычислений, которые, в свою очередь, способны произвести революцию в технологии, медицине и науке, обеспечивая более быстрые и эффективные процессоры и датчики.
Квантовая телепортация — это демонстрация того, что Альберт Эйнштейн назвал «жутким действием на расстоянии», также известным как квантовая запутанность. В запутанности — одном из основных понятий квантовой физики — свойства одной частицы влияют на свойства другой даже тогда, когда частицы разделены на большое расстояние. Квантовая телепортация включает в себя две далекие, запутанные частицы, в которых состояние третьей частицы мгновенно «телепортирует» свое состояние к двум запутанным частицам.
Квантовая телепортация является важным средством передачи информации в квантовых вычислениях. В то время как обычный компьютер состоит из миллиардов транзисторов, называемых битами, квантовые компьютеры кодируют информацию в квантовых битах или кубитах. Бит имеет одно двоичное значение, либо «0», либо «1», но кубииты могут находиться одновременно и в состояниии «0», и «1». Способность отдельных кубитов одновременно занимать несколько состояний лежит в основе потенциальной мощности квантовых компьютеров.
Недавно ученые продемонстрировали квантовую телепортацию, используя электромагнитные фотоны для создания удаленно запутанных пар кубитов.
Кубиты, изготовленные из отдельных электронов, однако, также перспективны для передачи информации в полупроводниках.
«Отдельные электроны являются многообещающими кубитами, поскольку они очень легко взаимодействуют друг с другом, а в полупроводниках также масштабируемы», — говорит Никол. «Надежное создание дальних взаимодействий между электронами необходимо для квантовых вычислений».
Создание запутанных пар электронных кубитов, которые охватывают большие расстояния, необходимые для телепортации, оказалось сложным: в то время как фотоны естественным образом передаются на большие расстояния, электроны обычно ограничиваются одним местом.
Для демонстрации квантовой телепортации с использованием электронов исследователи использовали недавно разработанную методику, основанную на принципах обменного взаимодействия Гейзенберга. Электрон подобен магниту с северным и южным полюсами. Направление полюса — независимо от того, указывает ли северный полюс, например, вверх или вниз – называется магнитным моментом электрона или квантовым спином. Если определенные виды частиц имеют один и тот же магнитный момент, они не могут находиться в одном и том же месте в одно и то же время. То есть, два электрона в одном и том же квантовом состоянии не могут сидеть друг на друге. Если бы они это делали, их состояния со временем менялись бы туда-сюда.
Исследователи использовали эту технику, чтобы распределить запутанные пары электронов и телепортировать их спиновые состояния.
«Мы предоставляем доказательства для «перекручивания запутанных пар», в котором мы создаем спутанность между двумя электронами. Даже если частицы никогда не взаимодействовали, «телепортация квантовых гейтов» — потенциально полезная техники для квантовых вычислений, использующих телепортацию», — говорит Никол. «Наша работа показывает, что это может быть сделано даже без фотонов.»
Результаты прокладывают путь для будущих исследований в области квантовой телепортации с участием спиновых состояний всей материи, а не только фотонов, и дают больше доказательств удивительно полезных возможностей отдельного электрона.
Да уж, телепортация – ни разу не похожа на то, что мы слышали или видели в фантастических фильмах. Вряд ли на нашем веку появится возможность телепортироваться из Киева в Нью-Йорк, но последнее слово все равно остается за .science