Квантовая телепортация — уже реальность?

Без телепортации не обходится почти никакая sci-fi вселенная. В реальности ученые реализовали только квантовую телепортацию — ее первооткрыватели в 2022 году получили Нобелевскую премию по физике. Объясняем, почему ее принцип нельзя применить к макромиру и почему шансов создать телепорт в духе Star Trek очень мало

Почему квантовая телепортация — не то же самое, что телепортация физических тел?

Если подыскивать фантастический аналог, квантовая телепортация похожа скорее на телепатию. Другими словами, речь идет о мгновенной передаче информации между носителями, а не о перемещении самих носителей. Но только передаются при этом не слова, мысли или образы, а состояния.

Представим, что в фантастической версии нашего мира рождаются дети, между которыми есть таинственная связь. Если разбудить одного, другой тут же откроет глаза — и если при этом зрачки одного всегда смотрят вверх, то зрачки другого будут смотреть вниз (и наоборот). Но знать заранее, куда смотрят их зрачки, мы не можем, пока не разбудим их. Важный момент — такой фокус можно проделать лишь один раз.

Физики сказали бы, что дети находятся в состоянии квантовой запутанности. Было бы неточным говорить, что они обмениваются информацией. Просто если кто-то воздействует на одного, то реагируют оба. И это работает на любом расстоянии. А телепортация — это способ мгновенно передать состояние одного ребенка другому.

В случае квантовых частиц мы воздействуем на них — например измеряем спин (момент импульса) и всегда получаем противоположные состояния. Например, спин одной частицы будет направлен вверх, а другой — вниз. С помощью манипуляций с запутанностью можно мгновенно переносить состояние одной частицы на другую. При этом "рецепиент" и "донор" могут находиться хоть на разных концах галактики. 

Сейчас мы только начинаем понимать, как использовать это явление. Многие ученые надеются, что она обеспечит более быстрый обмен данными и поможет разработать надежные системы шифрования. Ведь перехватить пересылаемую таким образом информацию почти невозможно — стороннее воздействие на частицу необратимо изменит ее "целевое" состояние и выдаст злоумышленника.

Значит, физическая телепортация невозможна?

За квантовой телепортацией стоит физический процесс, который инженеры пытаются приспособить для нужд человека. Но идея телепортации объектов макромира не опирается ни на какой из известных законов. Например, мы не можем мгновенно "сообщать" количество протонов и нейтронов одного атома другому (скажем, чтобы сделать из обычной воды "тяжелую").

Теоретически, чтобы телепортировать объект, его пришлось бы оцифровать, то есть преобразовать в данные для передачи, а затем перевести обратно в материю с помощью какого-нибудь универсального 3D-принтера. Пока эти технологии слишком фантастичны, но в теории могли бы однажды появиться. Но в обоих случаях мы сталкиваемся с другими проблемами.

Потребуется сканер, который может регистрировать положение каждого атома с точностью порядка размера атома водорода. Специалисты из Лестерского университета подсчитали, что оцифрованные данные всех клеток человеческого тела составили бы астрономический объем — 2,6×10 в 42-й степени бит. По техническим стандартам 2013 года (время публикации статьи) передача данных заняла бы до 4,85×10 в 15-й степени лет, что намного больше, чем возраст Вселенной.

Но остается еще один вопрос — будет ли цифровой двойник предмета или человека идентичным ему самому? Например, удастся ли целиком передать все нюансы молекулярного строения скрипки Страдивари? А как быть с сознанием и другими сложными процессами, природу которых мы даже не понимаем? Очевидно, что, пока люди не изучат в совершенстве строение физических объектов и не изобретут способ картировать их, ни о какой телепортации не может быть и речи.

А "кротовые норы"? Вроде бы их тоже предлагали использовать для телепортации?

В этом случае речь идет не о переносе тела в заданное место, а о поиске более короткого пути между точками во Вселенной. Те, кто смотрел фильм "Интерстеллар", наверняка помнят аналогию со сложенной бумагой. Если на листе бумаги есть две удаленные точки, то лучшим способом попасть из одной точки в другую будет не "шагать" по листу, а сложить лист точка к точке и "перескочить". Только как, если мы имеем дело с материей Вселенной?

На этот вопрос полушутя попытался ответить знаменитый физик Кип Торн в книге "Интерстеллар. Наука за кадром". Такие туннели через ткань Вселенной, как ни странно, теоретически возможны — согласно общей теории относительности Эйнштейна. Но это коварное свойство уравнений Эйнштейна: они допускают много странных и причудливых вещей (например, черные дыры), но существуют они во Вселенной или нет, мы не знаем. И можем даже не узнать.

По мнению Торна, такие "кротовые норы", если бы они возникали, были бы очень короткоживущими (мельчайшие доли секунды). "Протащить" через них что-то мы бы точно не успели. Удержать "нору" в стабильном состоянии могла бы отрицательная энергия, но физикам пока удалось получить ее только в лабораторных условиях и в небольших количествах.

Если говорить упрощенно, то один участок пространства забирает у другого участка порцию энергии, создавая дефицит. "Так это работает в физике, — объясняет Торн, — но у нас есть большая, хотя и не 100-процентная уверенность в том, что получить достаточно отрицательной энергии, чтобы удержать стенки "кротовой норы" от схлопывания, нам никогда не удастся".

Впрочем, "маловероятно" — не значит невозможно, напоминает Торн. Когда-то и физическая основа квантовой телепортации казалась невероятной самому Эйнштейну. Он так до конца жизни и не принял идею, что в квантовом мире информация может передаваться мгновенно. Тем не менее сегодня этот эффект наука пытается поставить под контроль. Возможно, когда-нибудь мы откроем "кротовые норы". И даже сможем их "обжить".

Источник