Телепортация путаницы. часть вторая: кульбиты кубитов
В первой части мы попытались объяснить основы квантовой телепортации. А теперь, собственно, переходим к тому, что сотворили с атомами, а точнее — с ионами кальция в Австрии и бериллия в США.
И попробуем оценить, как эти опыты повлияют на будущее человечества.
Итак, сначала две группы учёных создали пару запутанных ионов (условно атом «1» и «2»), квантовые функции которых были, можно сказать, мистически связаны, но неизвестны по определению.
Это как проделать произвольные манипуляции с двумя шариками в чёрном ящике вслепую, не включая свет.
Затем физики взяли третий ион («3»), квантовую функцию которого опять-таки измерить нельзя, и запутали его с одним из ионов (допустим «1») от первой пары.
Потом физики провели измерение квантовых параметров (в данном эксперименте — спин и фаза) у ионов «1» и «3».
Этот конкретный результат и передавался физически (с вполне конечной скоростью, а вовсе не мгновенно).
Далее, руководствуясь правилами вычисления волновых функций, физики определяли, какой гейт нужно применить к иону номер «2», чтобы в результате его волновая функция стала копией таковой у иона «3», каким он был до эксперимента.
Таким образом, ион «2» становился идентичным третьему — осуществлялась телепортация.
Хотя какая же именно была та волновая функция, что телепортировалась — оставалось принципиально непознаваемым.
Вычислить её из переносимой физически информации было невозможно — этой информации там просто не было.
Так что принцип квантовой физики — нельзя измерить квантовые параметры частицы, не изменив их самим фактом измерения — оставался незыблемым.
Лидер группы в NIST Дэвид Вайнленд (David Wineland) настраивает часть телепортационной установки — ультрафиолетовый лазер (фото с сайта nist.gov).
Кстати, прекрасно соблюдался и другой закон физики — запрет на клонирование частиц.
Он гласит, что двух частиц с одинаковыми квантовыми состояниями одновременно быть не может.
Но ведь исходная частица, состояние которой переносилось на новую, сама в ходе опыта становилась другой.
Теперь вернёмся к началу. Почему нельзя телепортировать вещество?
Видимо, потому, что для этого нужно телепортировать все квантовые параметры частицы. А это не только спин или фаза вращения, но и много-много других чисел.
Препятствие тут в том, что, измеряя какой-то один из этих параметров, мы непоправимо меняем всё квантовое состояние частицы, как бы «задевая» другие параметры.
Так что, представляется, скопировать частицу полностью невозможно, хотя телепортировать некий её параметр — реально.
Зато для квантовых компьютеров новые опыты — путеводная звезда и свет в конце тоннеля. Такие компьютеры оперируют не с битами, а с кубитами (квантовыми битами).
Если один бит кодируется в компьютере зарядом или напряжением (есть — нет, 1-0), то кубит — неким квантовым параметром носителя (тем же спином, например).
А так как он носит вероятностный характер, то получается что один элемент такого компьютера (фотон или ион) находится сразу в двух состояниях — 0 и 1. Два кубита представляют сразу четыре числа — 00, 01, 10 , 11. Вообще — n кубитов — это 2 в степени n чисел.
А операции с ними квантовый компьютер проводит, ну очень упрощённо, как над матрицей (говорят «суперпозиция кубитов») — одномоментно.
Золотые электроды — фрагмент ловушки для ионов в американской установке (фото с сайта nist.gov).
Ведь само физическое устройство квантового компьютера предполагает проведение операций (тех самых гейтов) не над кубитами даже, а де-факто над квантовыми состояниями частиц-носителей информации.
Потому там, где обычный компьютер вычисляет функцию f от одного x, квантовый компьютер получает сразу все значения этой функции от всех x.
Это и называют квантовым параллелизмом, который сулит в далёкой перспективе компьютеры такой мощности, что нынешние перед ними — как деревянные счёты.
Пространство-то представления чисел при линейном росте количества кубитов возрастает экспоненциально.
Вот здесь мы, человечество, и попытаемся распутать все возможности квантовой запутанности, ведь хотя квантовое состояние таких частиц для каждой из них по отдельности измерить нельзя, их общее квантовое состояние может быть определено, что и даёт возможность телепортации квантовых состояний.
Это, в свою очередь, наряду с огромным потенциалом представления информации, также станет ключевым моментом в квантовом компьютере, так как именно телепортацией в нём и будут передаваться данные между кубитами.
Наконец, достижение наших героев выглядит ещё более многообещающим, в свете того, что теперь в качестве физических носителей кубитов можно использовать долгоживущие атомы, а не «легкомысленные» фотоны.
Мы далеки от мысли, что, собирая материал для данной статьи, сумели целиком и полностью разобраться во всех тонкостях квантовой телепортации и квантовых вычислений. Поэтому дополнения и поправки — приветствуются.
Квантовый компьютер (математика)
