Movimentos quânticos. O que é emaranhamento quântico? A essência em palavras simples

Do ponto de vista da física, teletransportar um tanque do ponto A ao ponto B é muito simples. Você precisa pegar o tanque no ponto A, medir todos os seus elementos, fazer desenhos e enviar para o ponto B. Depois, no ponto B, montar o mesmo tanque de acordo com esses desenhos. Mas com objetos quânticos, a situação é muito mais complicada.

Tudo neste mundo consiste em prótons, nêutrons e elétrons, mas todos esses elementos são reunidos de maneiras diferentes e se movem de maneiras diferentes. Cientificamente falando, eles estão em um estado quântico diferente. E mesmo que tivéssemos uma máquina que pudesse manipular partículas individuais: coletar átomos delas, moléculas de átomos, ainda não seríamos capazes de teletransportar nem mesmo uma ameba. O fato é que para pequenos objetos quânticos é impossível medir simultaneamente todos os seus parâmetros: ainda poderíamos desmontar um tanque quântico em partes, mas não podemos mais medi-los.

Este problema é resolvido pelo teletransporte quântico. Ele permite que você transfira as propriedades de um objeto para outro objeto em branco: o estado quântico de um átomo para outro átomo, a velocidade e a coordenada de um elétron para outro elétron. A questão é que, sem ter como saber em que estado está o átomo original, podemos fazer outro átomo estar no mesmo estado desconhecido, mas concreto. É verdade que, neste caso, o estado do primeiro átomo mudará irreversivelmente e, tendo recebido uma cópia, perderemos o original.

2

Portanto, o teletransporte é a transferência de estado do original para um átomo em branco. Para fazer isso, os físicos usam partículas gêmeas especiais. Um par de fótons vermelhos, obtidos como resultado do decaimento de um violeta, é mais adequado para esse papel. Esses fótons gêmeos têm uma propriedade quântica única: por mais distantes que estejam, eles não conseguem parar de sentir um ao outro. Assim que o estado de um dos fótons muda, o estado do outro muda imediatamente.

Portanto, para o teletransporte de um estado quântico do ponto A ao ponto B, esses dois fótons são levados. Um vai para o ponto A, o outro para o ponto B. Um fóton no ponto A interage com um átomo, cujo estado precisa ser transferido para o ponto B. O fóton aqui atua como um mensageiro da DHL - ele veio ao átomo, levou dele um pacote de documentos, privando-o assim para sempre desses documentos, mas tendo coletado as informações necessárias, após o que ele entra em um caminhão e retira os documentos. No ponto B, o pacote recebe outro fóton e o leva ao seu novo dono.

No ponto B, transformações especiais são realizadas com o segundo fóton e, em seguida, esse fóton interage com o segundo átomo em branco, para o qual o estado quântico desejado é transferido. Como resultado, o átomo em branco se torna um átomo do ponto A. Tudo, o teletransporte quântico ocorreu.

A física ainda está muito longe do teletransporte humano, mas já está próxima dos serviços especiais e dos serviços de segurança. O teletransporte de estados quânticos pode ser usado para transmitir informações altamente confidenciais. A informação é codificada pelo estado quântico do fóton, após o qual o estado é teletransportado de um espião para outro. Se um espião inimigo tentar interceptar a informação, ele terá que medir o estado do fóton, o que o estragará irreversivelmente e levará a erros. Nossos espiões perceberão imediatamente esses erros e adivinharão que o inimigo os está espionando. Tudo isso é chamado de criptografia quântica.

O teletransporte quântico é a transferência de um estado quântico à distância. É difícil explicá-lo separadamente, só pode ser feito em conjunto com toda a física quântica. Em sua palestra realizada como parte do Lecture Hall 2035 no VDNKh, Professor da Faculdade de Física da Universidade de Calgary (Canadá), membro do Instituto Canadense de Estudos Superiores Alexander Lvovsky tentou explicar em termos simples os princípios do teletransporte quântico e criptografia quântica. Lenta.ru publica trechos de seu discurso.

chave do castelo

Criptografia é a arte de se comunicar com segurança em um canal inseguro. Ou seja, você tem uma determinada linha que pode ser ouvida e precisa enviar uma mensagem secreta por ela que ninguém mais pode ler.

Imagine que, digamos, se Alice e Bob têm uma chamada chave secreta, ou seja, uma sequência secreta de zeros e uns que ninguém mais tem, eles podem criptografar uma mensagem usando essa chave, aplicando a operação XOR para que zero corresponda a zero e um com um. Essa mensagem criptografada já pode ser transmitida por canal aberto. Se alguém o interceptar, tudo bem, porque ninguém pode lê-lo, exceto Bob, que tem uma cópia da chave secreta.

Em qualquer criptografia, em qualquer comunicação, o recurso mais caro é uma sequência aleatória de zeros e uns, que pertence a apenas dois comunicantes. Mas, na maioria dos casos, a criptografia de chave pública é usada. Digamos que você compre algo com Cartão de crédito na loja online usando o protocolo HTTPS seguro. Segundo ele, seu computador está conversando com algum servidor com o qual nunca se comunicou antes e não teve a oportunidade de trocar uma chave secreta com esse servidor.

O mistério desse diálogo é fornecido pela resolução de um problema matemático complexo, em particular, a decomposição em fatores primos. multiplique dois números primosé fácil, mas se o produto deles já estiver dado, fica difícil encontrar dois fatores. Se o número for grande o suficiente, serão necessários muitos anos de cálculos de um computador convencional.

No entanto, se este computador não for comum, mas quântico, resolverá esse problema facilmente. Quando finalmente for inventado, o método amplamente utilizado acima será inutilizado, o que se espera ser desastroso para a sociedade.

Se você se lembra, no primeiro livro de Harry Potter, o protagonista tinha que passar pela segurança para chegar à Pedra Filosofal. Há algo semelhante aqui: para quem estabeleceu proteção, será fácil passá-la. Foi muito difícil para Harry, mas no final ele superou.

Este exemplo ilustra muito bem a criptografia de chave pública. Quem não o conhece, em princípio é capaz de decifrar as mensagens, mas será muito difícil para ele, e isso pode levar muitos anos. A criptografia de chave pública não fornece segurança absoluta.

criptografia quântica

Tudo isso explica a necessidade da criptografia quântica. Ela nos dá o melhor dos dois mundos. Existe um método one-time pad, confiável, mas, por outro lado, requer uma chave secreta "cara". Para que Alice se comunique com Bob, ela deve enviar a ele um mensageiro com uma mala cheia de discos contendo essas chaves. Ele os consumirá gradualmente, pois cada um deles só pode ser usado uma vez. Por outro lado, temos o método da chave pública, que é "barato", mas não oferece segurança absoluta.

Imagem: Museu da Ciência / Globallookpress.com

A criptografia quântica, por um lado, é "barata", permite a transmissão segura de uma chave por um canal que pode ser hackeado e, por outro lado, garante sigilo devido às leis fundamentais da física. Seu significado é codificar informações no estado quântico de fótons individuais.

De acordo com os postulados da física quântica, o estado quântico no momento em que se tenta medi-lo é destruído e alterado. Assim, se houver algum espião na linha entre Alice e Bob tentando bisbilhotar ou espiar, ele inevitavelmente mudará o estado dos fótons, os comunicantes perceberão que a linha está sendo grampeada, interromperão a comunicação e agirão.

Ao contrário de muitas outras tecnologias quânticas, a criptografia quântica é comercial, não ficção científica. Já existem empresas que produzem servidores conectados a uma linha de fibra ótica convencional, por meio da qual você pode se comunicar com segurança.

Como funciona um divisor de feixe de polarização

A luz é transversal onda eletromagnética, oscilando não ao longo, mas transversalmente. Essa propriedade é chamada de polarização e está presente mesmo em fótons individuais. Eles podem ser usados ​​para codificar informações. Por exemplo, um fóton horizontal é zero e um fóton vertical é um (o mesmo vale para fótons com polarizações de mais 45 graus e menos 45 graus).

Alice codificou as informações dessa maneira e Bob precisa aceitá-las. Para isso, é utilizado um dispositivo especial - um divisor de feixe de polarização, um cubo composto por dois prismas colados. Ele transmite um fluxo polarizado horizontalmente e reflete um polarizado verticalmente, devido ao qual as informações são decodificadas. Se o fóton horizontal for zero e o fóton vertical for um, um detector clicará no caso de um zero lógico e o outro no caso de um.

Mas o que acontece se enviarmos um fóton diagonal? Então o famoso acidente quântico começa a desempenhar um papel. É impossível dizer se tal fóton passará ou será refletido - ele fará um ou outro com 50% de probabilidade. Prever seu comportamento é impossível em princípio. Além disso, esta propriedade fundamenta geradores de números aleatórios comerciais.

O que fazer se tivermos a tarefa de distinguir polarizações de mais 45 graus e menos 45 graus? É necessário girar o divisor de feixe em torno do eixo do feixe. Então a lei da aleatoriedade quântica irá operar para fótons com polarizações horizontal e vertical. Esta propriedade é fundamental. Não podemos perguntar que polarização tem este fóton.

Foto: Museu da Ciência / Globallookpress.com

Princípio da criptografia quântica

Qual é a ideia por trás da criptografia quântica? Suponha que Alice envie um fóton para Bob, que ela codifica horizontalmente, verticalmente ou diagonalmente. Bob também joga uma moeda, decidindo aleatoriamente se sua base será horizontal-vertical ou diagonal. Se seus métodos de codificação forem correspondentes, Bob receberá os dados enviados por Alice, caso contrário, alguma bobagem. Eles realizam essa operação milhares de vezes e, em seguida, “chamam” em um canal aberto e informam uns aos outros em quais bases fizeram a transferência - podemos supor que essas informações agora estão disponíveis para qualquer pessoa. Em seguida, Bob e Alice poderão eliminar eventos em que as bases eram diferentes e deixar aqueles em que eram iguais (haverá cerca de metade deles).

Suponha que algum espião tenha entrado na linha querendo escutar as mensagens, mas ele também precisa medir as informações de alguma forma. Imagine que Alice e Bob tenham o mesmo, mas o espião não. Em uma situação em que os dados foram enviados na horizontal-vertical, e o bisbilhoteiro mediu a transmissão na diagonal, ele receberá um valor aleatório e enviará algum fóton arbitrário para Bob, pois ele não sabe o que deve ser. Assim, sua interferência será notada.

A maioria o problema principal criptografia quântica é perda. Mesmo a melhor e mais moderna fibra dá 50% de perda para cada 10-12 quilômetros de cabo. Digamos que enviemos nossa chave secreta de Moscou para São Petersburgo - por 750 quilômetros, e apenas um em um bilhão de bilhões de fótons atingirá a meta. Tudo isso torna a tecnologia completamente impraticável. É por isso que a criptografia quântica moderna só funciona a uma distância de cerca de 100 quilômetros. Teoricamente, sabe-se como resolver esse problema - com a ajuda de repetidores quânticos, mas sua implementação requer teletransporte quântico.

Foto: Perry Mastrovito / Globallookpress.com

emaranhamento quântico

A definição científica de emaranhamento quântico é um estado deslocalizado de superposição. Parece complicado, mas um exemplo simples pode ser dado. Suponha que temos dois fótons: horizontal e vertical, cujos estados quânticos são interdependentes. Enviamos um deles para Alice e o outro para Bob, que faz medições em um divisor de feixe de polarização.

Quando essas medições são feitas na base horizontal-vertical usual, fica claro que o resultado será correlacionado. Se Alice notou um fóton horizontal, então o segundo, é claro, será vertical e vice-versa. Isso pode ser imaginado de forma mais simples: temos uma bola azul e uma vermelha, selamos cada uma delas em um envelope sem olhar e enviamos para dois destinatários - se um receber vermelho, o segundo certamente receberá azul.

Mas no caso do emaranhamento quântico, a questão não se limita a isso. Essa correlação ocorre não apenas na base horizontal-vertical, mas também em qualquer outra. Por exemplo, se Alice e Bob girarem seus divisores de feixe 45 graus ao mesmo tempo, eles terão novamente uma combinação perfeita.

Este é um fenômeno quântico muito estranho. Digamos que Alice de alguma forma virou seu divisor de feixe e encontrou algum fóton com polarização α que passou por ele. Se Bob medir seu fóton na mesma base, ele encontrará uma polarização de 90 graus +α.

Assim, no início temos um estado de emaranhamento: o fóton de Alice é completamente indefinido e o fóton de Bob é completamente indefinido. Quando Alice mediu seu fóton, encontrou algum valor, agora sabemos exatamente qual fóton Bob tem, não importa o quão longe ele esteja. Este efeito foi repetidamente confirmado por experimentos, isso não é uma fantasia.

teletransporte quântico

Suponha que Alice tenha um determinado fóton com polarização α, que ela ainda não conhece, ou seja, em um estado desconhecido. Não há canal direto entre ela e Bob. Se houvesse um canal, Alice seria capaz de registrar o estado do fóton e transmitir essa informação a Bob. Mas é impossível saber o estado quântico em uma medição, então esse método não é adequado. No entanto, entre Alice e Bob existe um par de fótons emaranhados pré-preparados. Devido a isso, é possível fazer com que o fóton de Bob tome o estado inicial do fóton de Alice, "telefonado" posteriormente em uma linha telefônica condicional.

Aqui está um clássico (embora um análogo muito distante) de tudo isso. Alice e Bob recebem cada um um balão vermelho ou azul em um envelope. Alice quer enviar a Bob informações sobre o que ela tem. Para isso, ela precisa, depois de “ligar” para Bob, comparar as bolas, dizendo a ele “tenho a mesma” ou “temos diferentes”. Se alguém escutar esta linha, não o ajudará a reconhecer sua cor.

Como tudo funciona? Temos um estado emaranhado e um fóton que queremos teletransportar. Alice deve fazer uma medição apropriada do fóton teletransportado original e perguntar em que estado o outro está. Aleatoriamente, ela recebe uma das quatro respostas possíveis. Como resultado do efeito de cozimento remoto, verifica-se que após essa medição, dependendo do resultado, o fóton de Bob entrou em um determinado estado. Antes disso, ele estava emaranhado com o fóton de Alice, estando em um estado indefinido.

Alice diz a Bob por telefone qual foi sua medida. Se o resultado, digamos, for ψ-, então Bob sabe que seu fóton se transformou automaticamente nesse estado. Se Alice relatou que sua medição deu o resultado ψ+, então o fóton de Bob assumiu a polarização -α. No final do experimento de teletransporte, Bob tem uma cópia do fóton original de Alice, e seu fóton e as informações sobre ele são destruídos no processo.

tecnologia de teletransporte

Agora somos capazes de teletransportar a polarização dos fótons e alguns estados dos átomos. Mas quando escrevem, dizem eles, os cientistas aprenderam a teletransportar átomos - isso é um engano, porque os átomos têm muitos estados quânticos, um conjunto infinito. Na melhor das hipóteses, descobrimos como teletransportar alguns deles.

Minha pergunta favorita é quando o teletransporte humano ocorrerá? A resposta é nunca. Digamos que temos o Capitão Picard da série Star Trek que precisa ser teletransportado para a superfície do planeta de uma nave. Para fazer isso, como já sabemos, precisamos fazer mais alguns dos mesmos Picards, colocá-los em um estado confuso que inclua todos os seus estados possíveis (sóbrio, bêbado, dormindo, fumando - absolutamente tudo) e faça medições em ambos. É claro como isso é difícil e irreal.

O teletransporte quântico é um fenômeno interessante, mas de laboratório. As coisas não chegarão ao teletransporte de seres vivos (pelo menos em um futuro próximo). No entanto, pode ser usado na prática para criar repetidores quânticos para transmissão de informações em longas distâncias.

Professor da Faculdade de Física da Universidade de Calgary (Canadá), membro do Instituto Canadense de Estudos Superiores Alexander Lvovsky tentou falar em termos simples sobre os princípios do teletransporte quântico e da criptografia quântica.

chave do castelo

Criptografia é a arte de se comunicar com segurança em um canal inseguro. Ou seja, você tem uma determinada linha que pode ser ouvida e precisa enviar uma mensagem secreta por ela que ninguém mais pode ler.

Imagine que, digamos, se Alice e Bob têm uma chamada chave secreta, ou seja, uma sequência secreta de zeros e uns que ninguém mais tem, eles podem criptografar uma mensagem usando essa chave, aplicando a operação XOR para que zero corresponda a zero e um com um. Essa mensagem criptografada já pode ser transmitida por um canal aberto. Se alguém o interceptar, tudo bem, porque ninguém pode lê-lo, exceto Bob, que tem uma cópia da chave secreta.

Em qualquer criptografia, em qualquer comunicação, o recurso mais caro é uma sequência aleatória de zeros e uns, que pertence a apenas dois comunicantes. Mas, na maioria dos casos, a criptografia de chave pública é usada. Digamos que você compre algo com cartão de crédito em uma loja online usando um protocolo HTTPS seguro. Segundo ele, seu computador está conversando com algum servidor com o qual nunca se comunicou antes e não teve a oportunidade de trocar uma chave secreta com esse servidor.

O mistério desse diálogo é fornecido pela resolução de um problema matemático complexo, em particular, a decomposição em fatores primos. É fácil multiplicar dois números primos, mas se a tarefa já foi dada para encontrar o produto deles, para encontrar dois fatores, fica difícil. Se o número for grande o suficiente, serão necessários muitos anos de cálculos de um computador convencional.

No entanto, se este computador não for comum, mas quântico, resolverá esse problema facilmente. Quando finalmente for inventado, o método amplamente utilizado acima será inutilizado, o que se espera ser desastroso para a sociedade.

Se você se lembra, no primeiro livro de Harry Potter, o protagonista tinha que passar pela segurança para chegar à Pedra Filosofal. Há algo semelhante aqui: para quem estabeleceu proteção, será fácil passá-la. Foi muito difícil para Harry, mas no final ele superou.

Este exemplo ilustra muito bem a criptografia de chave pública. Quem não o conhece, em princípio é capaz de decifrar as mensagens, mas será muito difícil para ele, e isso pode levar muitos anos. A criptografia de chave pública não fornece segurança absoluta.

criptografia quântica

Tudo isso explica a necessidade da criptografia quântica. Ela nos dá o melhor dos dois mundos. Existe um método one-time pad, confiável, mas, por outro lado, requer uma chave secreta "cara". Para que Alice se comunique com Bob, ela deve enviar a ele um mensageiro com uma mala cheia de discos contendo essas chaves. Ele os consumirá gradualmente, pois cada um deles só pode ser usado uma vez. Por outro lado, temos o método da chave pública, que é "barato", mas não oferece segurança absoluta.

A criptografia quântica, por um lado, é "barata", permite a transmissão segura de uma chave por um canal que pode ser hackeado e, por outro lado, garante sigilo devido às leis fundamentais da física. Seu significado é codificar informações no estado quântico de fótons individuais.

De acordo com os postulados da física quântica, o estado quântico no momento em que se tenta medi-lo é destruído e alterado. Assim, se houver algum espião na linha entre Alice e Bob tentando bisbilhotar ou espiar, ele inevitavelmente mudará o estado dos fótons, os comunicantes perceberão que a linha está sendo grampeada, interromperão a comunicação e agirão.

Ao contrário de muitas outras tecnologias quânticas, a criptografia quântica é comercial, não ficção científica. Já existem empresas que produzem servidores conectados a uma linha de fibra ótica convencional, por meio da qual você pode se comunicar com segurança.

Como funciona um divisor de feixe de polarização

A luz é uma onda eletromagnética transversal, oscilando não ao longo, mas transversalmente. Essa propriedade é chamada de polarização e está presente mesmo em fótons individuais. Eles podem ser usados ​​para codificar informações. Por exemplo, um fóton horizontal é zero e um fóton vertical é um (o mesmo vale para fótons com polarizações de mais 45 graus e menos 45 graus).

Alice codificou as informações dessa maneira e Bob precisa aceitá-las. Para isso, é utilizado um dispositivo especial - um divisor de feixe de polarização, um cubo composto por dois prismas colados. Ele transmite um fluxo polarizado horizontalmente e reflete um polarizado verticalmente, devido ao qual as informações são decodificadas. Se o fóton horizontal for zero e o fóton vertical for um, um detector clicará no caso de um zero lógico e o outro no caso de um.

Mas o que acontece se enviarmos um fóton diagonal? Então o famoso acidente quântico começa a desempenhar um papel. É impossível dizer se tal fóton passará ou será refletido - ele fará um ou outro com 50% de probabilidade. Prever seu comportamento é impossível em princípio. Além disso, esta propriedade fundamenta geradores de números aleatórios comerciais.

O que fazer se tivermos a tarefa de distinguir polarizações de mais 45 graus e menos 45 graus? É necessário girar o divisor de feixe em torno do eixo do feixe. Então a lei da aleatoriedade quântica irá operar para fótons com polarizações horizontal e vertical. Esta propriedade é fundamental. Não podemos perguntar que polarização tem este fóton.

Princípio da criptografia quântica

Qual é a ideia por trás da criptografia quântica? Suponha que Alice envie um fóton para Bob, que ela codifica horizontalmente, verticalmente ou diagonalmente. Bob também joga uma moeda, decidindo aleatoriamente se sua base será horizontal-vertical ou diagonal. Se seus métodos de codificação forem correspondentes, Bob receberá os dados enviados por Alice, caso contrário, alguma bobagem. Eles realizam essa operação milhares de vezes e, em seguida, “chamam” em um canal aberto e informam uns aos outros em quais bases fizeram a transferência - podemos supor que essas informações agora estão disponíveis para qualquer pessoa. Em seguida, Bob e Alice poderão eliminar eventos em que as bases eram diferentes e deixar aqueles em que eram iguais (haverá cerca de metade deles).

Suponha que algum espião tenha entrado na linha querendo escutar as mensagens, mas ele também precisa medir as informações de alguma forma. Imagine que Alice e Bob tenham o mesmo, mas o espião não. Em uma situação em que os dados foram enviados na horizontal-vertical, e o bisbilhoteiro mediu a transmissão na diagonal, ele receberá um valor aleatório e enviará algum fóton arbitrário para Bob, pois ele não sabe o que deve ser. Assim, sua interferência será notada.

O maior problema na criptografia quântica é a perda. Mesmo a melhor e mais moderna fibra dá 50% de perda para cada 10-12 quilômetros de cabo. Digamos que enviemos nossa chave secreta de Moscou para São Petersburgo - por 750 quilômetros, e apenas um em um bilhão de bilhões de fótons atingirá a meta. Tudo isso torna a tecnologia completamente impraticável. É por isso que a criptografia quântica moderna só funciona a uma distância de cerca de 100 quilômetros. Teoricamente, sabe-se como resolver esse problema - com a ajuda de repetidores quânticos, mas sua implementação requer teletransporte quântico.

emaranhamento quântico

A definição científica de emaranhamento quântico é um estado deslocalizado de superposição. Parece complicado, mas um exemplo simples pode ser dado. Suponha que temos dois fótons: horizontal e vertical, cujos estados quânticos são interdependentes. Enviamos um deles para Alice e o outro para Bob, que faz medições em um divisor de feixe de polarização.

Quando essas medições são feitas na base horizontal-vertical usual, fica claro que o resultado será correlacionado. Se Alice notou um fóton horizontal, então o segundo, é claro, será vertical e vice-versa. Isso pode ser imaginado de forma mais simples: temos uma bola azul e uma vermelha, selamos cada uma delas em um envelope sem olhar e enviamos para dois destinatários - se um receber vermelho, o segundo certamente receberá azul.

Mas no caso do emaranhamento quântico, a questão não se limita a isso. Essa correlação ocorre não apenas na base horizontal-vertical, mas também em qualquer outra. Por exemplo, se Alice e Bob girarem seus divisores de feixe 45 graus ao mesmo tempo, eles terão novamente uma combinação perfeita.

Este é um fenômeno quântico muito estranho. Digamos que Alice de alguma forma virou seu divisor de feixe e encontrou algum fóton com polarização α que passou por ele. Se Bob medir seu fóton na mesma base, ele encontrará uma polarização de 90 graus +α.

Assim, no início temos um estado de emaranhamento: o fóton de Alice é completamente indefinido e o fóton de Bob é completamente indefinido. Quando Alice mediu seu fóton, encontrou algum valor, agora sabemos exatamente qual fóton Bob tem, não importa o quão longe ele esteja. Este efeito foi repetidamente confirmado por experimentos, isso não é uma fantasia.

Suponha que Alice tenha um determinado fóton com polarização α, que ela ainda não conhece, ou seja, em um estado desconhecido. Não há canal direto entre ela e Bob. Se houvesse um canal, Alice seria capaz de registrar o estado do fóton e transmitir essa informação a Bob. Mas é impossível saber o estado quântico em uma medição, então esse método não é adequado. No entanto, entre Alice e Bob existe um par de fótons emaranhados pré-preparados. Devido a isso, é possível fazer com que o fóton de Bob tome o estado inicial do fóton de Alice, "telefonado" posteriormente em uma linha telefônica condicional.

Aqui está um clássico (embora um análogo muito distante) de tudo isso. Alice e Bob recebem cada um um balão vermelho ou azul em um envelope. Alice quer enviar a Bob informações sobre o que ela tem. Para isso, ela precisa, depois de “ligar” para Bob, comparar as bolas, dizendo a ele “tenho a mesma” ou “temos diferentes”. Se alguém escutar esta linha, não o ajudará a reconhecer sua cor.

Assim, existem quatro opções para o resultado dos eventos (condicionalmente, os destinatários têm balões azuis, balões vermelhos, vermelho e azul ou azul e vermelho). Eles são interessantes porque formam uma base. Se tivermos dois fótons com polarização desconhecida, podemos “fazer uma pergunta” em qual desses estados eles estão e obter uma resposta. Mas se pelo menos um deles estiver emaranhado com algum outro fóton, ocorrerá o efeito da preparação remota e o terceiro fóton remoto se “preparará” em um determinado estado. É nisso que se baseia o teletransporte quântico.

Como tudo funciona? Temos um estado emaranhado e um fóton que queremos teletransportar. Alice deve fazer uma medição apropriada do fóton teletransportado original e perguntar em que estado o outro está. Aleatoriamente, ela recebe uma das quatro respostas possíveis. Como resultado do efeito de cozimento remoto, verifica-se que após essa medição, dependendo do resultado, o fóton de Bob entrou em um determinado estado. Antes disso, ele estava emaranhado com o fóton de Alice, estando em um estado indefinido.

Alice diz a Bob por telefone qual foi sua medida. Se o resultado, digamos, for ψ-, então Bob sabe que seu fóton se transformou automaticamente nesse estado. Se Alice relatou que sua medição deu o resultado ψ+, então o fóton de Bob assumiu a polarização -α. No final do experimento de teletransporte, Bob tem uma cópia do fóton original de Alice, e seu fóton e as informações sobre ele são destruídos no processo.

tecnologia de teletransporte

Agora somos capazes de teletransportar a polarização dos fótons e alguns estados dos átomos. Mas quando escrevem, dizem eles, os cientistas aprenderam a teletransportar átomos - isso é um engano, porque os átomos têm muitos estados quânticos, um conjunto infinito. Na melhor das hipóteses, descobrimos como teletransportar alguns deles.

Minha pergunta favorita é quando o teletransporte humano ocorrerá? A resposta é nunca. Digamos que temos o Capitão Picard da série Star Trek que precisa ser teletransportado para a superfície do planeta de uma nave. Para fazer isso, como já sabemos, precisamos fazer mais alguns dos mesmos Picards, colocá-los em um estado confuso que inclua todos os seus estados possíveis (sóbrio, bêbado, dormindo, fumando - absolutamente tudo) e faça medições em ambos. É claro como isso é difícil e irreal.

O teletransporte quântico é um fenômeno interessante, mas de laboratório. As coisas não chegarão ao teletransporte de seres vivos (pelo menos em um futuro próximo). No entanto, pode ser usado na prática para criar repetidores quânticos para transmissão de informações em longas distâncias.

O teletransporte quântico não transfere energia ou matéria à distância. conceito de fantasia teletransporte vem de uma interpretação específica do experimento: “o estado inicial da partícula A é destruído depois de tudo o que aconteceu. Ou seja, o estado não foi copiado, mas transferido de um lugar para outro.

Descrição do experimento