Квантове диво. Ученим уперше вдалося телепортувати енергію — пояснюємо, як це працює
Наукпоп5 березня 2023, 20:03
Квантові комп’ютери — машини, у яких заховано неймовірний потенціал для людства. Нещодавно ми розповідали, як учені з усього світу працюють над тим, щоб квантова ера настала якомога скоріше.
Одним із напрямків, над яким активно працюють дослідники — розробка квантового інтернету. Не варто плутати його із сучасною вебмережею — це скоріше взаємозв'язок між квантовими пристроями, які об'єднані у єдину мережу. Цей зв’язок гіпотетично дозволить роботу т.зв. модульного квантового комп’ютера, який працюватиме завдяки не одному, а кільком процесорам.
Така трансформація допоможе розбити великомасштабну квантову обчислювальну систему на кілька менших модулів. Це забезпечить більшу масштабованість систем, їхню гнучкість, полегшить конструювання та підтримку їхньої роботи, а також знизить загальну вартість розробки та побудови квантових комп’ютерів.
Проте нещодавнє дослідження фізика Казукі Іхеда з американського Університету Стоуні Брук продемонструвало ще один потенційний напрям використання квантового інтернету — телепортація енергії. Звучить футуристично, еге ж?
Передплатіть NV Преміум та читайте без обмежень
Нам необхідна ваша підтримка, щоб займатися якісною журналістикою
Усе починається з квантової заплутаності. Це особливий зв’язок між двома або більше квантовими частинками, завдяки якому вони взаємодіють між собою незалежно від відстані, що розділяє їх.
Це основа роботи квантового комп’ютера, головна сила якого — заплутані між собою кубіти. Завдяки цьому зв’язку вони стають ніби єдиним цілим, і будь-яка зміна стану одного з кубітів негайно спричинить таку ж зміну в іншому. Саме ця особливість і дає змогу квантовим комп’ютерам проводити надскладні обчислення за лічені секунди.
Проте 13 років тому японський фізик Масахіро Хотта з Університету Тохоку вирішив піти далі і запропонував ідею квантової телепортації енергії. Він припустив, що якщо пов’язані між собою кубіти можуть передавати інформацію на будь-яку відстань, то чому те саме неможливо відтворити і з енергією?
Ключова ідея телепортації квантової енергії полягає в тому, що енергія будь-якої квантової системи постійно коливається. Хотта стверджував, що ці коливання енергії можна використовувати, а не просто спостерігати за ними. На його думку, вимірювання стану однієї частинки неминуче вводить у систему із заплутаних частинок енергію. Якщо після цього провести вимірювання іншої частинки із системи, цю енергію теоретично можна дістати — при цьому енергія не буде рухатись крізь інші частинки. Якщо гіпотеза правильна, то саме таким чином має відбуватися телепортація енергії, писав фізик.
Для перевірки гіпотези йому були потрібні заплутані квантові частинки. Змоги попрацювати з квантовим комп’ютером у нього не було — тоді ці машини лише починали створювати і доступ до них мала лише невелика частка дослідників.
Проте зараз технологія квантового зв’язку набагато більш розвинута ніж у 2010-му році, коли Хотта виклав свою гіпотезу. Це дозволило Ікеді розвинути ідеї Хотти — для перших експериментів вчений використав квантові комп’ютери IBM, написавши для них алгоритм, що втілював теорію свого попередника. Результати своєї роботи він опублікував у статті.
Запустивши алгоритм на квантовому комп’ютері, вчений взяв два сплутаних між собою кубіти та згенерував третій «віртуальний» кубіт. Потім за допомогою певної послідовності операцій та вимірювань Ікеда зумів передати 85% енергії з одного кубіта іншому — інші 15% були втрачені під час телепортації.
Ця операція пройшла без будь-якого переміщення частинок — саме квантова заплутанність дозволила здійснити телепортацію енергії. Фізик перевірив, що передача енергії була успішною, вимірявши стан перших двох кубітів і спостерігаючи за впливом на третій кубіт: «Результати повністю узгоджуються з теорією», — каже Ікеда.
Фактично йому вдалося телепортувати енергію на відстань, що дорівнює розміру комп’ютерного чіпа. Проте Ікеда впевнений, що невдовзі він зможе телепортувати енергію на набагато більші відстані. «Здатність передавати квантову енергію на великі відстані призведе до нової революції в квантових комунікаційних технологіях», — каже вчений.