Kopenhagos „Niels Bohr“instituto fizikos profesorius, vienas iš kvantinės teleportacijos pradininkų Eugenijus Polzik, „RIA Novosti“aiškino, kur yra riba tarp „tikrojo“ir „kvantinio“pasaulių, kodėl žmogaus negalima teleportuoti ir kaip jam pavyko sukurti materiją su „neigiama mase“.
Prieš penkerius metus jo komanda pirmą kartą įgyvendino eksperimentą, skirtą teleportuoti ne vieną šviesos atomą ar dalelę, bet makroskopinį objektą.
- „Salik.biz“
Neseniai jis pirmininkavo Rusijos kvantų centro (RQC) tarptautinei patariamajai tarybai, pakeisdamas Michailą Lukiną, vieno didžiausių pasaulyje kvantinių kompiuterių kūrėją ir pasaulio kvantinio skaičiavimo lyderį. Anot profesoriaus Polzik, jis daugiausiai dėmesio skirs jaunų Rusijos mokslininkų intelektinio potencialo plėtojimui ir įgyvendinimui bei tarptautinio dalyvavimo RCC darbe stiprinimui.
„Eugenij, ar žmonija kada nors galės teleportuoti daugiau nei atskiras daleles ar atomų ar kitų makroskopinių objektų kolekciją?
- Jūs net neįsivaizduojate, kaip dažnai man užduodamas šis klausimas - ačiū, kad nepaklausėte, ar įmanoma žmogų teleportuoti. Bendrai kalbant, padėtis yra tokia.
Visata yra milžiniškas objektas, įsipainiojęs į kvantinį lygį. Problema ta, kad mes nesugebame „pamatyti“visų šio objekto laisvės laipsnių. Jei mes paimsime didelę objektą tokioje sistemoje ir bandysime į tai atsižvelgti, tada šio objekto sąveika su kitomis pasaulio dalimis lems tai, kas vadinama „mišria būsena“, kurioje nėra įsipainiojimų.
Kvantiniame pasaulyje veikia vadinamasis monogamijos principas. Tai išreiškiama tuo, kad jei mes turime du idealiai įsipainiojusius objektus, tada jie abu negali turėti tų pačių stiprių „nematomų ryšių“su kitais aplinkinio pasaulio objektais, kaip ir tarpusavyje.
Eugenijus Polzikas, Niels Bohr instituto Kopenhagoje profesorius ir RCC tarptautinės patariamosios tarybos vadovas. Nuotrauka: RCC.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Grįžtant prie kvantinio teleportavimo klausimo, tai reiškia, kad iš principo niekas netrukdo mums painioti ir teleportuoti objekto, kurio dydis yra bent jau visas Visatos dydis, tačiau praktiškai tai trukdys mums pamatyti visas šias jungtis tuo pačiu metu. Todėl atlikdami tokius eksperimentus turime atskirti makroobjektus nuo likusio pasaulio ir leisti jiems sąveikauti tik su „reikalingais“objektais.
Pavyzdžiui, mūsų eksperimentuose tai buvo įmanoma padaryti debesyje, kuriame yra trilijonas atomų, dėl to, kad jie buvo vakuume ir laikomi specialiame spąstuose, izoliuojančiuose juos nuo išorinio pasaulio. Šios kameros, beje, buvo sukurtos Rusijoje - Michailo Balabo laboratorijoje Sankt Peterburgo valstybiniame universitete.
Vėliau mes perėjome prie eksperimentų su didesniais objektais, kuriuos galima pamatyti plika akimi. Ir dabar mes vykdome vibracijų, atsirandančių plonose membranose, pagamintose iš dielektrinių medžiagų, matuojančių milimetrą milimetru, teleportaciją.
Dabar, kita vertus, aš asmeniškai labiau domiuosi kitomis kvantinės fizikos sritimis, kuriose, man atrodo, artimiausiu metu įvyks tikri proveržiai. Jie tikrai visus nustebins.
Kur tiksliai?
- Visi gerai žinome, kad kvantinė mechanika neleidžia mums žinoti visko, kas vyksta mus supančiame pasaulyje. Dėl Heisenbergo neapibrėžtumo principo, mes negalime vienu metu išmatuoti visų objektų savybių kuo didesniu tikslumu. Ir šiuo atveju teleportacija virsta įrankiu, leidžiančiu apeiti šį apribojimą, perduodant ne dalinę informaciją apie objekto būklę, bet patį objektą.
Tie patys kvantinio pasaulio dėsniai neleidžia mums tiksliai išmatuoti atomų, elektronų ir kitų dalelių judėjimo trajektorijos, nes galima sužinoti tikslų jų judėjimo greitį arba jų padėtį. Praktiškai tai reiškia, kad visų rūšių slėgio, judesio ir pagreičio jutiklių tikslumą griežtai riboja kvantinė mechanika.
Neseniai supratome, kad ne visada taip yra: viskas priklauso nuo to, ką turime omenyje „greitis“ir „padėtis“. Pvz., Jei tokių matavimų metu naudosime ne klasikines koordinačių sistemas, bet jų kvantinius atitikmenis, tada šios problemos išnyks.
Kitaip tariant, klasikinėje sistemoje mes bandome nustatyti tam tikros dalelės padėtį, grubiai tariant, prie stalo, kėdės ar kokio kito atskaitos taško. Kvantinėje koordinačių sistemoje nulis bus dar vienas kvantinis objektas, su kuriuo sąveikauja mus dominanti sistema.
Paaiškėjo, kad kvantinė mechanika leidžia išmatuoti abu parametrus - ir judėjimo greitį, ir trajektoriją - be galo dideliu tikslumu tam tikru atskaitos taško savybių deriniu. Koks yra šis derinys? Atomų debesis, veikiantis kaip kvantinių koordinačių sistemos nulis, turi turėti efektyviąją neigiamą masę.
Tiesą sakant, šie atomai, be jokios abejonės, neturi „svorio problemų“, tačiau jie elgiasi taip, tarsi turėtų neigiamą masę dėl to, kad jie yra išdėstyti savitai vienas kito atžvilgiu ir buvo specialiame magnetiniame lauke. Mūsų atveju tai lemia, kad dalelės pagreitis mažėja, tačiau nedidėja jos energija, o tai klasikinės branduolinės fizikos požiūriu yra absurdas.
Tai padeda mums atsikratyti atsitiktinių dalelių padėties pokyčių ar jų judėjimo greičio, kurie atsiranda, kai matuojame jų savybes lazeriais ar kitais fotonų šaltiniais. Jei šio spindulio kelyje įdėtume atomų debesį su „neigiama mase“, tada jis pirmiausia sąveikautų su jais, tada skraidytų per tiriamą objektą, šie atsitiktiniai trikdžiai pašalina vienas kitą, ir mes galėsime išmatuoti visus parametrus be galo dideliu tikslumu.
Visa tai toli gražu nėra teorija - prieš keletą mėnesių šias idėjas jau išbandėme ir rezultatą paskelbėme žurnale „Nature“.
Ar yra tam praktinio panaudojimo?
- Prieš metus aš jau sakiau, kalbėdamas Maskvoje, kad panašus principas „pašalinti“kvantinę neapibrėžtį gali būti naudojamas pagerinti LIGO ir kitų gravitacinių observatorijų tikslumą.
Tuomet tai buvo tik idėja, tačiau dabar ji pradėjo formuotis. Mes dirbame prie jo įgyvendinimo kartu su vienu iš kvantinių matavimų pradininkų ir LIGO projekto dalyviu, profesoriumi Faridu Khalili iš RCC ir Maskvos valstybinio universiteto.
Žinoma, mes nekalbame apie tokios sistemos įdiegimą pačiame detektoriuje - tai labai sudėtingas ir daug laiko reikalaujantis procesas, o pati LIGO turi planų, į kuriuos paprasčiausiai negalime patekti. Kita vertus, jie jau domisi mūsų idėjomis ir yra pasirengę mūsų klausyti toliau.
Bet kokiu atveju pirmiausia turite sukurti veikiantį tokio įrenginio prototipą, kuris parodys, kad mes tikrai galime peržengti sieną matavimo tikslumu, kurį nustato Heisenbergo neapibrėžtumo principas ir kiti kvantinio pasaulio įstatymai.
Pirmuosius tokio pobūdžio eksperimentus atliksime dešimties metrų interferometru Hanoveryje, mažesnėje LIGO kopijoje. Dabar mes surenkame visus būtinus šios sistemos komponentus, įskaitant stovą, šviesos šaltinius ir atomų debesį. Jei mums pasiseks, tada esu tikras, kad mūsų kolegos amerikiečiai mūsų klausys - dar nėra kitų būdų, kaip apeiti kvantinę ribą.
Ar deterministinių kvantų teorijų šalininkai, manantys, kad kvantiniame pasaulyje šansų nėra, tokius eksperimentus laikys savo idėjų teisingumo įrodymu?
- Tiesą sakant, aš nežinau, ką jie apie tai galvoja. Kitais metais Kopenhagoje rengiame konferenciją apie ribas tarp klasikinės ir kvantinės fizikos ir panašių filosofinių klausimų, ir jie gali dalyvauti, jei nori pateikti savo šios problemos viziją.
Aš pats laikausi klasikinės Kopenhagos kvantinės mechanikos interpretacijos ir pripažįstu, kad bangų funkcijos nėra ribojamos dydžio. Kol kas nematome ženklų, kad jos nuostatos kažkur pažeidžiamos ar prieštarauja praktikai.
Rusijos kvantų centro kvantinės optikos laboratorija. Nuotrauka: RCC.
Pastaraisiais metais fizikai atliko daugybę Bello nelygybės ir Einšteino-Podolskio-Roseno paradokso testų, kurie visiškai atmeta galimybę, kad objektų elgesį kvantiniame lygmenyje gali valdyti kai kurie paslėpti kintamieji ar kiti dalykai, nepatenkantys į klasikinės kvantų teorijos taikymo sritį.
Pavyzdžiui, prieš keletą mėnesių buvo dar vienas eksperimentas, kuris uždarė visas įmanomas „skylutes“Bello lygtyse, kurias naudojo paslėptų kintamųjų teorijos šalininkai. Lieka mums tik perfrazuoti Nielsą Bohrą ir Richardą Feynmaną, „užsičiaupk ir eksperimentuok“: man atrodo, kad turėtume sau užduoti tik tuos klausimus, į kuriuos galima atsakyti per eksperimentus.
Jei grįžtume prie kvantinės teleportacijos - atsižvelgiant į jūsų aprašytas problemas: ar ji bus pritaikyta kvantiniuose kompiuteriuose, ryšių palydovuose ir kitose sistemose?
- Esu tikras, kad kvantinės technologijos vis labiau įsiskverbs į ryšių sistemas ir greitai pateks į mūsų kasdienį gyvenimą. Kaip tiksliai, dar neaišku - pavyzdžiui, informaciją galima perduoti tiek teleportuojant, tiek per įprastas šviesolaidines linijas, naudojant kvantinių raktų paskirstymo sistemas.
Savo ruožtu, tikiu, kvantinė atmintis po kurio laiko taps realybe. Mažiausiai reikės sukurti kartotuvus kvantiniams signalams ir sistemoms. Kita vertus, sunku numatyti, kaip ir kada visa tai bus įgyvendinta.
Anksčiau ar vėliau kvantinė teleportacija taps ne egzotika, o kasdieniu dalyku, kuriuo gali naudotis visi. Žinoma, vargu ar pamatysime šį procesą, tačiau jo darbo rezultatai, įskaitant saugius duomenų perdavimo tinklus ir palydovinio ryšio sistemas, vaidins didžiulį vaidmenį mūsų gyvenime.
Kiek kvantinės technologijos prasiskverbs į kitas mokslo ir gyvenimo sritis, nesusijusias su IT ar fizika?
- Tai geras klausimas, į kurį dar sunkiau atsakyti. Kai pasirodė pirmieji tranzistoriai, daugelis mokslininkų tikėjo, kad jie bus naudojami tik klausos priemonėse. Taip atsitiko, nors šiuo metu naudojama tik labai maža puslaidininkinių įtaisų dalis.
Nepaisant to, man atrodo, kad kvantinis proveržis įvyks, bet ne visur. Pavyzdžiui, bet kokie įtaisai ir įrenginiai, kurie sąveikauja su aplinka ir kažkaip matuoja jos savybes, neišvengiamai pasieks kvantinę ribą, apie kurią jau diskutavome. O mūsų technologijos padės jiems apeiti šią ribą arba bent jau sumažinti trikdžius.
Be to, mes jau išsprendėme vieną iš šių problemų naudodamiesi tuo pačiu „neigiamos masės“metodu, tobulindami kvantinio magnetinio lauko jutiklius. Tokie prietaisai gali rasti labai specifines biomedicinos programas - jie gali būti naudojami širdies ir smegenų darbui stebėti, įvertinant širdies priepuolio tikimybę ir kitas problemas.
Mano kolegos iš RCC daro kažką panašaus. Dabar kartu aptariame, ko pasiekėme, bandome derinti savo požiūrius ir gauti ką nors įdomesnio.