Contrariamente alle leggi della meccanica classica, abbiamo imparato a trasmettere le informazioni più velocemente della velocità della luce. RIA Novosti ha scoperto come i qubit scambiano dati e perché è impossibile teletrasportare un oggetto materiale.
Misterioso mondo quantistico
Nel mondo quantistico, le informazioni vengono misurate in qubit. A differenza dei bit classici, sono in grado di rimanere simultaneamente in due stati - zero logico e uno - finché non vengono misurati, o meglio, le informazioni vengono lette.
Il ruolo di un qubit è svolto da un atomo artificiale con due livelli di energia. Se l'atomo è al livello di energia inferiore, lo stato del sistema è zero logico, quello superiore è logico. Fisicamente, un qubit può essere incarnato in un fotone, molecola, ione, atomo, punto quantico - in tutto ciò che emette e assorbe quanti di energia elettromagnetica. Ad esempio, i qubit superconduttori sono un circuito elettrico costituito da sottili strati di metallo raffreddati a temperature ultra basse, tra i quali coppie di elettroni passano attraverso strati sottili di un isolante.
Dato che stiamo parlando del mondo quantistico, è impossibile dire in quale stato si trova l'elettrone nel qubit in ogni momento del tempo. Questo apre opportunità per il teletrasporto: la trasmissione di qualcosa nello spazio.
“Il teletrasporto quantistico richiede tre qubit sovrapposti. Diciamo che dobbiamo trasferire le informazioni dal primo elemento al terzo e loro non dovrebbero interagire, cioè non dovrebbero essere vicini. Quindi il terzo e il secondo qubit vengono intrecciati usando un'operazione logica: i loro stati diventano interdipendenti e loro stessi vengono chiamati entangled. E se viene misurato lo stato di uno di essi, lo stato del secondo sarà automaticamente opposto. È come lanciare palline bianche e nere in una scatola e poi estrarne una a caso: il colore della seconda sarà noto con il 100% di probabilità , afferma Ilya Besedin, ingegnere del Superconducting Metamaterials Laboratory presso NUST MISIS.
Quindi il secondo qubit deve interagire con il primo. Ci sono due modi principali per convincerli a "chattare". Innanzitutto, la frequenza di risonanza di un atomo viene modificata in modo che coincida con la frequenza di un altro, dopodiché l'eccitazione da uno a un altro passa attraverso il campo elettrico. La seconda opzione è che il sistema sia esposto alla radiazione a microonde in modo che il coefficiente di assorbimento di un atomo dipenda dallo stato di un altro. Dopo che i qubit hanno "parlato", vengono letti i loro stati.
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In effetti, in questo momento, i qubit si trasformano in bit classici con informazioni note. Quindi viene eseguita un'operazione logica sul terzo qubit, che risulta essere nello stato del primo. Ricordiamo che il primo e il terzo qubit non hanno mai interagito, tranne che per la "comunicazione" indiretta attraverso il secondo qubit. Inoltre, il terzo era in contatto con il secondo prima di scambiare informazioni con il primo.
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Non puoi discutere con la teoria della relatività
Con l'aiuto del teletrasporto quantistico, le informazioni possono essere trasmesse su lunghe distanze. Il record finora appartiene agli scienziati cinesi, che hanno inviato dati dalla Terra a un satellite di oltre 1400 chilometri. Inoltre, i qubit stessi scambiano dati istantaneamente, anche più velocemente della velocità della luce.
Gli scienziati lo hanno confermato misurando simultaneamente lo stato di due qubit entangled in luoghi diversi. Si è scoperto che "sentono" i cambiamenti l'uno dell'altro più velocemente dei movimenti della luce.
Per estrarre informazioni da un qubit, è necessario decodificarlo utilizzando bit classici, la cui velocità di trasmissione non può superare la velocità della luce. Pertanto, sebbene il mondo quantistico offra incredibili opportunità, le persone, a causa della loro natura classica, a volte semplicemente non possono trarne pieno vantaggio.
“Ma il teletrasporto quantistico è perfetto per la trasmissione di dati crittografati. Naturalmente, le informazioni possono anche essere crittografate utilizzando algoritmi classici. Ma questo metodo ha un punto debole: lo scambio di chiavi. Con una potenza di calcolo sufficiente, è sempre possibile leggere la crittografia intercettata , afferma l'esperto.
E i protocolli basati sul teletrasporto quantistico consentono di dimostrare matematicamente che la linea quantistica non viene sfruttata. Non appena un estraneo si connette ad esso, la qualità del trasferimento dello stato quantistico si deteriora in modo significativo, indipendentemente dall'equipaggiamento tecnico dell'intruso. Ed entrambe le parti scoprono immediatamente che la loro conversazione non è più privata.
Non ci sarà il teletrasporto?
Per condividere un video divertente con un amico, entrambi avete bisogno di computer o smartphone. Lo stesso è con il teletrasporto dei dati tra qubit: per trasferire lo stato, è necessario un qubit trasmettitore e un qubit ricevitore, che si trovano già nel posto giusto. Cioè, prima di inviare i dati, è necessario spostare fisicamente l'oggetto che li riceverà. E finora possiamo farlo solo in modo classico: lungo una traiettoria nota - dal punto "A" al punto "B". E per niente istantaneamente.
E che dire del teletrasporto di qualsiasi oggetto materiale nel suo insieme, ad esempio una persona? Dopotutto, in ultima analisi, la materia è costituita da atomi, cioè sistemi quantistici tra i quali è possibile trasmettere le informazioni. Per fare ciò, dovrai teletrasportare i dati su tutti gli atomi del corpo ad altri atomi situati in un altro luogo e quindi ricreare una persona.
Ma per ogni atto di trasferimento, sono necessarie attrezzature tecniche complesse. Una persona che pesa circa 70 chilogrammi contiene 6,7 * 1027 atomi. È incredibilmente difficile trasmettere informazioni su tutte le particelle con una precisione del 100% - e al momento non è tecnicamente fattibile. Tuttavia, il teletrasporto di un oggetto materiale è un compito troppo allettante per essere rifiutato.
