От квантовых компьютеров до телепортации человека: Что на самом деле может изменить эта технология?

Телепортация десятилетиями оставалась одним из самых узнаваемых образов научной фантастики. В фильмах и сериалах человек исчезает в одном месте и практически мгновенно появляется в другом. Однако физика действительно знает явление, которое получило название квантовой телепортации. Правда, речь в нем идет не о перемещении материи, а о передаче квантового состояния.

Именно это различие принципиально важно. Современная квантовая телепортация не позволяет отправить человека через пространство и не превращает вещество в поток энергии с последующей сборкой в пункте назначения. Зато технология может оказаться одним из ключевых элементов будущих квантовых вычислений и квантового интернета.

От фантастического «транспортера» к реальному эксперименту

Одним из самых известных образов телепортации стал транспортер из «Звездного пути». В этой фантастической концепции устройство преобразует материю в поток энергии, отправляет его в другое место, после чего исходный объект восстанавливается буквально атом за атомом. 

Квантовая телепортация действительно позволяет передавать состояние частицы на расстояние, однако происходит это совсем не так, как в фантастических фильмах. Физическая частица никуда не исчезает и не переносится из одной точки в другую — передается информация о ее квантовом состоянии. Для этого ученые используют квантовую запутанность: две частицы оказываются связаны между собой особым образом, и после специального измерения состояние одной из них можно воспроизвести на другой. Такой механизм рассматривается как один из ключевых элементов будущих квантовых сетей — он может позволить соединять удаленные квантовые компьютеры и передавать между ними квантовую информацию. 

Телепортация как способ соединить квантовые машины

Если научиться надежно передавать квантовые состояния между удаленными системами, отдельные квантовые компьютеры можно будет соединять друг с другом. Вместо одной гигантской квантовой машины теоретически можно построить сеть из нескольких систем, между которыми передается квантовая информация. Именно здесь возникает идея квантового интернета.

Такая сеть должна будет обеспечивать взаимодействие удаленных квантовых устройств, а квантовая телепортация может стать одним из стандартных протоколов передачи информации между ними. Однако это не означает, что квантовый интернет станет просто более быстрым вариантом нынешнего интернета. Он будет основан на других физических принципах и потребует совершенно иной инфраструктуры.

Когда можно будет телепортировать человека?

Все это может создавать впечатление, что следующий логичный шаг — попытаться телепортировать более сложные объекты. Но между передачей состояния одного кубита и телепортацией человека лежит практически непреодолимая на сегодняшний день пропасть.

Квантовая телепортация не перемещает материю. Чтобы гипотетически телепортировать человека, пришлось бы каким-то образом передать квантовую информацию, связанную с огромным количеством атомов и частиц, из которых состоит человеческий организм. Причем в пункте назначения должен был бы находиться соответствующий набор атомов, из которых можно было бы восстановить человека, а квантовое состояние необходимо было бы передать для каждой составляющей системы.

Современная квантовая телепортация ничего подобного не делает.  Она работает с отдельными квантовыми системами и их состояниями, а не с макроскопическими объектами, состоящими из огромного количества взаимодействующих компонентов.

Даже идеальная технология не решает главный вопрос

Допустим, когда-нибудь технические ограничения будут преодолены. Тогда возникнет еще более фундаментальная проблема. Что именно означает телепортировать человека?

Если для передачи информации исходный человек должен быть разрушен, а в другом месте из нового набора атомов будет создан организм с теми же характеристиками, остается вопрос: будет ли это тот же человек или его копия?

В квантовой механике существует запрет на клонирование неизвестного состояния. Именно поэтому в стандартном протоколе телепортации исходное состояние уничтожается, а не сохраняется параллельно с новым. Но перенос этого принципа на человеческую личность уже выходит за пределы проверенной физики.

Можно ли перенести сознание?

Теоретически возникает еще более сложный вопрос: является ли то, что делает человека именно этим человеком — память, личность, чувство собственного «я», — исключительно физической информацией, которую можно описать и воспроизвести на квантовом уровне?

На сегодняшний день никаких оснований утверждать это нет. Даже если представить технологию, способную невероятно точно передать информацию о составляющих человеческого организма, это само по себе не отвечает на вопрос о непрерывности сознания и личности.

Получившийся в другом месте организм мог бы иметь те же характеристики и воспоминания, но будет ли он тем же самым человеком — вопрос, на который сама процедура квантовой телепортации ответа не дает. Исследователи подчеркивают, что подобные рассуждения сегодня находятся в области спекуляций. Телепортация человека остается научной фантастикой.

Настоящая революция может произойти совсем не там, где ее ждет фантастика

У квантовой телепортации есть парадоксальная особенность: наиболее реалистичное и потенциально масштабное применение этой технологии связано не с перемещением людей, а с перемещением квантовой информации. Если ученые смогут надежно масштабировать соответствующие системы, квантовая телепортация может стать частью инфраструктуры, соединяющей квантовые компьютеры. Это позволит перейти от отдельных экспериментальных машин к распределенным квантовым системам и в перспективе — к квантовому интернету.

Поэтому главный результат многолетних экспериментов заключается не в приближении к фантастическому транспортеру. Ученые получили подтвержденный способ переносить квантовое состояние между удаленными системами, не перемещая исходную материю. Теперь задача заключается в том, чтобы превратить этот фундаментальный физический эффект в надежную инженерную технологию. И если это удастся, квантовая телепортация может изменить не способ перемещения людей, а способ, которым будущие компьютеры будут обмениваться информацией.

По материалам National Geographic