Este posibilă teleportarea din punct de vedere științific? Vom putea în curând să călătorim lumi aproape instantaneu? Astăzi vom încerca să spunem ce este nou în acest domeniu.
Teleportarea a fost un vis uman de la începutul lumii. O persoană își dorește să se miște instantaneu în spațiu, să călătorească, fără să piardă timpul în călătorii obositoare pe distanțe lungi. Acest subiect a fost de mult prezent în multe lucrări ale culturii pop, dar este încă subiect de cercetare. Deși, în 2004, a fost chiar înregistrată brevet pe „sistemul de teleportare a întregului corp”, există deja primele succese în cercetarea teleportarii, dar demonstrează că nu va fi deloc ceea ce ne așteptăm de la această tehnologie.
De ce subiectul teleportării stârnește atât de mult imaginația omenirii? Dacă ar fi să facem o listă cu cele mai dorite tehnologii din lume, teleportarea ar fi în prim-plan. Gândește-te doar câte probleme am rezolva dacă ne-am putea deplasa instantaneu între diferite locuri. Din păcate, există multe indicii că teleportarea în forma pe care am dori să o vedem, cel puțin deocamdată, este dincolo de atingerea noastră. Cu toate acestea, acest lucru nu înseamnă că teleportarea nu este deloc posibilă. Ea arată altfel decât ne imaginăm.
Nu se poate vorbi despre teleportare fără o scurtă introducere în elementele de bază ale fizicii cuantice. Și acest lucru, la rândul său, poate descuraja mulți oameni să citească articolul în continuare. Dar credeți-mă, nu vom pătrunde prea adânc în acele mahalale, ci vom încerca să explicăm superficial, cu cuvinte simple și cu exemple clare, principiul teleportării. Să încercăm să explicăm cum poate funcționa chiar acum. Dar de ce spun exact „cum funcționează acum”? Se întâmplă deja asta? Da, doamnelor și domnilor, primii pași serioși au fost deja făcuți. Cu toate acestea, oamenii de știință au reușit să teleporteze nu o persoană, echipamente sau materiale, ci informații. Am reușit să vă intrigam? Citiți mai departe pentru același lucru.
Progrese în cercetarea teleportarii
Toată lumea știe ce este teleportarea, dar nu toată lumea știe că au fost deja făcuți câțiva pași în dezvoltarea acesteia. Și a trecut mult timp de când Einstein s-a ocupat de această problemă. Oamenii de știință au aflat deja că totul începe la nivelul microscalei, adică la nivelul particulelor cuantice. Când aceste particule cuantice au început să fie studiate, comportamentul lor ciudat a fost observat. Însuși procesul interacțiunii lor a fost complet diferit de orice poate fi văzut cu ochiul liber la o scară macro. S-a dovedit ca cuantic particulele pot fi în două locuri simultan. Oamenii de știință numesc acest lucru principiul suprapunerii. Cu toate acestea, suprapunerea are loc numai atunci când particulele nu interacționează între ele, adică nu li se întâmplă nimic. Când sunt în repaus, vorbim despre așa-numitul colaps al valului de probabilitate. Îmi dau seama că multora dintre voi le este greu să înțeleagă toate acestea. Cel mai simplu mod de a ilustra această stare este cu ajutorul biților de computer. După cum știți, ele funcționează în sistem binar, adică pot fi zero sau unu. Și qubiții (biții cuantici) pot fi atât „zero”, cât și „unu” în același timp - până când valul de probabilitate se prăbușește.
Einstein a reușit să descopere ceea ce el a numit „interacțiunea fantomă la distanță”. În cursul cercetărilor sale, s-a dovedit că particulele obișnuite pot fi împletite la nivel cuantic. Fără a intra în detalii, voi spune că astfel de două particule se pot imperechea, deși au proprietăți diferite (de exemplu, impuls). Și acum cel mai interesant lucru este că după împerechere, proprietățile uneia dintre ele se schimbă, schimbând simultan și proprietățile celeilalte particule. Indiferent de distanta la care se afla! Și exact asta funcționează teleportarea astăzi. Dacă încerci să o descrii în cuvinte simple, desigur, pentru că cu cât mai departe în pădure...
În laboratoare, oamenii de știință au reușit să transfere starea unei particule din punctul A în punctul B, dar cu aceasta nu se transmit informații specifice despre această particulă. De ce? Principala problemă este că, pe baza stării actuale a cercetării, ambele părți nu pot stabili această informație inițială, adică oamenii de știință nu pot determina ce a fost primul și ce a urmat. Aproape ca puiul și oul. În această etapă, merită evidențiate aceste concepte. S-a dovedit că informația este ceva mult mai complicat decât comportamentul particulei în sine.
Și aceasta este principala limitare în dezvoltarea tehnologiei de teleportare, care în același timp aruncă lumină asupra a ceea ce poate fi realizat în viitor și a ceea ce probabil nu poate fi realizat. Să rezumam. În prezent, suntem capabili să „împerechem” particulele între ele la nivel cuantic. Putem transfera starea particulelor din punctul A în punctul B, dar nu transferăm informațiile necesare. Nu avem capabilitățile tehnologice pentru a dezvolta un canal special care să transmită această informație cu viteza luminii. Pe Pământ, transmitem informații prin canale radio sau prin fibră optică, dar acesta este un nivel complet diferit.
Citeste si: Despre calculatoarele cuantice în cuvinte simple
Truc cu monede
Așadar, de ce nu teleportăm informații la scară largă când se pare că stăpânim tehnologia? Ei bine, nu totul este atât de simplu pe cât ar părea. Nu controlăm pe deplin cu ce stare cuantică (și, prin urmare, rezultatul teleportării) ajungem. Pentru a explica acest lucru, oamenii de știință folosesc exemplul unei monede.
Avem două monede încurcate în dimensiunea cuantică. Fiecare poate avea una din două stări - revers sau revers, una merge la expeditor, cealaltă la destinatar. După încurcare, dacă primul indică spre avers, al doilea trebuie să indice și către avers. Din fericire sau din păcate, așa funcționează mai mult sau mai puțin în fizica cuantică. Știind acest lucru, expeditorul începe să învârtească prima monedă și în același timp moneda se învârte către cel căruia i-a fost trimisă. În timp ce moneda se învârte, nimeni nu știe rezultatul. Nici expeditorul, nici destinatarul. Până când moneda expeditorului nu se oprește, acesta nu știe ce informații îi trimite de fapt către destinatar. Pe scurt, trimitem „ceva”, dar nu prea știm ce. Până când este trimisă, informația rămâne în suprapunere.
Această limitare face imposibilă trimiterea unor informații specifice în acest stadiu de dezvoltare, deoarece expeditorul nu poate determina dacă vom primi ceea ce a intenționat să trimită. Deci, nu există un canal de transmisie care să verifice informațiile de ambele părți. Calculatoarele cuantice ne-ar putea ajuta aici, dar abia acum apar și până acum sunt destul de primitive. Despre ele vom vorbi astăzi.
Citeste si: Blockchain-urile de mâine: viitorul industriei criptomonedelor în cuvinte simple
Este posibilă și teleportarea umană?
Aici ajungem la cea mai importantă întrebare pentru mulți. Deci, ne putem gândi măcar la teleportarea oamenilor sau a altor organisme pe baza realității de astăzi? Ei bine, probabil că nu există o singură persoană pe Pământ care să poată răspunde la această întrebare fără echivoc. Cu toate acestea, privind direcția de dezvoltare, personal cred că ar trebui uitată deocamdată. De ce?
Rețineți că atunci când vorbim despre teleportare, vorbim întotdeauna despre transferul stării particulelor. Prin urmare, această particulă trebuie să fie într-o stare „definită”. Între timp, creierul uman se schimbă la fiecare microsecundă. Miliarde de sinapse, electroni, impulsuri - acest proces este aproape imposibil de oprit. Poate părea că creierul este un loc în care sunt stocate informațiile primite din mediul înconjurător. Atunci ar putea fi posibil să teleportați o persoană cu acea informație, dar cu siguranță nu ar fi aceeași persoană cu același creier ca atunci când a fost făcută „mutarea”. La urma urmei, starea în sine este un fel de record, iar în cazul centrului nostru nervos, nu există nici măcar o „stare” inițială. Doar dacă nu vorbim despre un psihic.
Desigur, acestea sunt doar presupuneri și presupuneri, pentru că în acest moment nimeni nu poate prezice clar ce va aduce viitorul. Cu toate acestea, direcția actuală de cercetare și dezvoltare a tehnologiilor de teleportare ne face să înțelegem că vom merge într-o altă direcție.
Este viitorul teleportării legat de computerele cuantice?
Deci, există un viitor în teleportare și ce este acesta? O altă descoperire în acest subiect a avut loc în 2019. După cum am menționat deja, teleportarea stării cuantice este teoretic posibilă la orice distanță. Doar teoretic, deoarece nu a fost încă investigat pe deplin, dar însuși faptul de a deplasa o particulă pe o distanță de peste 500 de kilometri o poate dovedi. De asemenea, știm că, de departe, cea mai complexă unitate de informație este cel mai mic qubit (adică, binecunoscutul „bit” în suprapunere).
În ciuda acestui fapt, din cauza prăbușirii undei de probabilitate în timpul observației, am reușit până acum să ne teleportăm în starea 0 sau 1 și nimic altceva. Cu ceva timp în urmă, două echipe independente de oameni de știință au reușit să trimită o suprapunere a trei stări în același timp, pe care le-au numit cutter. Cu toate acestea, nu a avut un succes complet, dar încercarea în sine arată bine că oamenii de știință nu au uitat de teleportare. Ce înseamnă asta pentru noi? Pe scurt, asta înseamnă că suntem foarte lent, dar încă creștem puterea, ceea ce în viitor poate duce la prima transmitere completă a informațiilor.
La sfârșitul anului 2019, situația a devenit și mai interesantă. O echipă de oameni de știință din Zurich a reusit sa se teleporteze cuantumul datelor. 10000 de biți cuantici (qubiți) au fost transferați între sisteme informatice care funcționează independent într-o secundă. Au construit un cip de computer cu o dimensiune electronică de trei microni. Doi erau transmițătorii, în timp ce al treilea era receptorul. Electronii încurși la temperaturi apropiate de zero absolut au însemnat că datele trimise către transmițător au apărut și în receptor, adică conform principiilor fizicii cuantice. Și de ce vorbim despre teleportare și nu doar despre transfer de date? Ei bine, pentru că nu a existat niciun fir sau altă cale desemnată între sisteme.
Consider că toate problemele discutate mai sus creează o versiune destul de pesimistă a evenimentelor, care, la rândul său, va reflecta entuziasmul dumneavoastră pentru subiect. Dar nu este timpul să intrați în panică și să vă pierdeți interesul pentru tema teleportării. Știința nu stă pe loc. Odată cu dezvoltarea cercetărilor privind teleportarea stării particulelor cuantice, au început în sfârșit să apară echipamente sub formă de computere cuantice. „Ce legătură are asta cu subiectul nostru?” - tu intrebi. Ei bine, cu ajutorul lor, dorim să realizăm crearea unui canal cuantic separat. Datorită acesteia, se va putea teleporta informația, în loc să le trimită, așa cum este acum, cu ajutorul fibrelor optice, printre altele (desigur, vorbim despre „distribuție tradițională”, nu despre particule cuantice) . Da - aceasta este o modalitate de presupusă influență a „emițătorului monedei” asupra rezultatului circulației acesteia asupra monedei destinatarului.
Munca unor astfel de computere este interesant de descris, dacă înțelegeți că un computer cuantic nu poate fi comparat cu un computer desktop obișnuit. Acest lucru este la fel cu a spune că o lampă incandescentă este doar o „lumânare mai puternică”. Acestea sunt tehnologii complet diferite, care nici măcar nu sunt similare între ele. Și la fel cum computerele moderne lucrează cu două stări în sistemul binar (0 și 1), computerele cuantice pot lucra cu stări care sunt în suprapunere. Deci, de exemplu, pot fi 60% zero și 40% unul în același timp. Sună complicat, așa că să trecem la un alt exemplu.
Ne jucăm „avers sau invers” cu computerul (am menționat deja că acesta este un exemplu preferat de oameni de știință atunci când explică stările cuantice). Aversul este pe masă în mod implicit. În prima rundă, computerul poate întoarce moneda sau o poate lăsa neschimbată, dar nu știm rezultatul deciziei finale. Atunci avem aceeași oportunitate, iar computerul nu știe nici rezultatul. După câteva runde, se verifică starea monedei. Dacă aversul s-a schimbat, computerul câștigă, altfel câștigăm noi. Acest lucru ne oferă exact 50% șanse de a câștiga.
Dacă jucăm același joc cu un computer cuantic, computerul va avea practic 100% șanse de câștig (într-un studiu a câștigat 97% în peste 300 de jocuri diferite, restul de 3% este probabil... din cauza unei erori de sistem). Dar cum este posibil acest lucru? Imaginați-vă că în fiecare rundă computerul își păstrează suprapunerea, pentru că nu este văzut de niciun observator (nimeni din mediul înconjurător, inclusiv noi). În același timp, aparatul decide 30% în favoarea aversului și 70% în favoarea părăsirii stării curente, în runda următoare alege altul. Dar cel mai important lucru este că un computer cuantic alege întotdeauna două stări diferite (când alegem doar una). La sfârșitul jocului, când rezultatul este dezvăluit, valul probabilității se întrerupe și... el câștigă.
Ne înșală computerul cuantic? Nu! Știu că este greu de înțeles, dar imaginează-ți că în timpul acestor mai multe runde, computerul toarnă două sucuri diferite într-un bol în proporții diferite și, la sfârșit, separă ambele componente ale amestecului, literalmente „depășind” probabilitatea și făcând întotdeauna alegerea potrivita. Este greu de crezut, dar în practică asta se întâmplă exact.
Un fenomen obscur, dar este o bună ilustrare a puterii fizicii cuantice. La nivelul moleculelor cuantice, un astfel de computer ar fi mult mai bun la dezvoltarea, de exemplu, de noi medicamente. Ne-ar veni cu siguranță la îndemână în condițiile unei pandemii și să depășim alte boli. Dar cel mai important lucru este că un astfel de computer va fi util în dezvoltarea tehnologiilor informaționale de teleportare. Și acestea nu sunt cuvinte banale! Când vor exista multe computere cuantice în lume, moleculele cuantice ale fiecăruia dintre ele se vor putea amesteca (pereche) unele cu altele. Apoi, dacă schimbăm proprietatea unuia dintre ele, vom schimba și starea moleculei pereche. În cele din urmă, se va putea trimite informații, deoarece imediat după ce sunt trimise se poate determina starea inițială și finală. În orice caz, să ne amintim realizările supercomputerului cuantic Google. În 200 de secunde, a făcut calcule care ar necesita... 10 ani de funcționare a celui mai rapid supercomputer „normal”. Așa că puteți vedea potențialul uriaș și puterea pe care o poartă.
Astfel, s-ar crea un canal de transmisie complet nou, la care nici nu visam. La fel ca o fibră optică sau un canal radio acum. Și din moment ce, așa cum am menționat deja, teoretic nu există o limită pentru distanța de teleportare a stării cuantice, vom putea, de asemenea, să comunicăm cu alte planete într-o clipă. Și într-un mod extrem de sigur. Datorită teleportării, ar fi chiar imposibil să „prindeți” informații. Pe de altă parte, dacă teleportarea ar deveni posibilă, o persoană inteligentă ar găsi o modalitate de a o face. Poate că nu știm încă atât de multe și, prin urmare, nu suntem chiar homo sapiens...
Și acum am ajuns la finalul conversației despre starea actuală și viitoare a dezvoltării teleportarii. Trebuie să recunoaștem că planurile de viitor par mult mai interesante, mai ales că nu toate sunt atât de îndepărtate pe cât ai putea crede. De asemenea, trebuie amintit că nu putem prezice cum va fi de fapt viitorul. Lumea modernă a demonstrat că uneori ceea ce părea o fantezie acum 30 de ani devine realitate astăzi. Toate tezele (în special cele legate de teleportarea umană) se bazează pe informațiile disponibile și previziunile de dezvoltare a cercetării. Prin urmare, sperăm că tehnologia calculului cuantic va deveni în curând mai accesibilă și mai ușor de înțeles. Și, desigur, ne dorim ca această revoluție să aibă loc în timpul vieții noastre. Chiar vreau să văd cum o persoană se poate muta instantaneu pe Marte sau Alpha Centauri. Vise, vise, vise...
Citeste si: