Що е то квантова телепортация?

Учените от Китай ще проведат първия в света експеримент по квантова телепортация на разстояние около 1200 километра – между Земята и Космоса. Изследователите дори планират да проведат подобни опити по квантова телепортация между Земята и Луната. Но какво е квантова телепортация?

Телепортация… Дума от научнофантастичните книги, от историята за космическите приключения, където героите за секунди преодоляват гигантски разстояния с помощта на телепорт. Квантовата телепортация няма нищо общо с реалното преместване на обекти. Тогава какво е тя и защо се нарича така?

Разказва ръководителят на лабораторията по физика на Политехническия музей Юрий Михайловски.

Необходимо е да се разбира, че при квантова телепортация на протича преместването на обект от едно място в пространството в друго – както при телепортацията в обичайното разбиране на тази дума. С помощта на квантовата телепортация се телепортира, тоест мигновено се премества, не самият обект, а състоянието на този обект.

Грубо казано, имаме някакъв предмет с определено състояние и с помощта на квантовата телепортация можем да пренесем това състояние на друго място, за да се появи там обект със същите свойства. (В Китай състоянието на частиците между две точки на Земята ще се предава с помощта на космически спътник, който заради този експеримент ще бъде изведен на орбита.)

Пояснявам – сега ние не умеем да предаваме състоянието на сложни обекти. Става дума да се предаде състоянието на отделни атоми или фотони, нищо повече.За да се осъществи квантова телепортация, е необходимо да се създаде квантово заплетена двойка. За простота ще говорим за едно състояние, състоянието на спина на частицата. Той може да се намира в две състояния – спин нагоре и спин надолу. Тези състояния ще се опитаме да предадем.

И така, ще се опитаме да създадем така наречената квантово заплетена двойка (обикновено това е двойка светлинни фотони). Тя е организирана по такъв начин, че при тях сумарният спин е равен на нула. Тоест на единия фотон спинът е нагоре, на другия – надолу, и когато създаваме тази двойка, тяхната сума е нула. При това ние не само не знаем накъде гледат фотоните, но и самите фотони не знаят в каква посока са насочени техните спинове. Те се намират в т.нар. смесено състояние, неопределено. Може спинът да е нагоре, може надолу, никой не знае, докато не бъде проведен актът на измерване.

Но ние имаме гаранция, че ако измерим единия спин и той гледа нагоре, то спинът на другия фотон гледа надолу. Сега да вземем два заплетени фотона и да ги разделим на голямо разстояние – например километър. И тук вземаме един от фотоните и измерваме неговото състояние. Определяме, че неговият спин е нагоре, и в този момент на разстояние един километър спинът на другия фотон се превръща в състояние със спин надолу. Чрез акта на измерването на единия фотон сме изменили състоянието на другия фотон.

Обикновено тези два заплетени фотона се наричат Алиса и Боб.

Този ефект на квантово заплитане се използва за телепортация. Имаме спин, който бихме искали да телепортираме, той обикновено се нарича Алиса. Провеждаме измерване на спина на Алиса и в този момент Боб получава състоянието на Алиса. Какво именно – ще разберем от резултата на измерването. След това вече е необходимо да предадем тази информация по обикновен канал за връзка. Трябва ли да преобръщаме Боб или не.

Ако например предадем състоянията на 10 спина, то за завършване на телепортацията е необходимо да предадем съобщения от вида: „Смени с противоположните състояния 1, 3, 5, 6 и 8“.

Ето така се осъществява квантова телепортация.