Телепортация — не фантастика, а реальность. когда можно будет телепортировать человека?

«Из пункта А в пункт В…»

История реальной, а не вымышленной телепортации началась в 1993 году, когда американский физик Чарльз Беннетт математически — при помощи формул — доказал теоретическую возможность мгновенных квантовых перемещений.

Конечно, это были сугубо теоретические выкладки: абстрактные уравнения, не имеющие никакого практического применения. Однако точно так же — математическим путем — уже были открыты, например, черные дыры, гравитационные волны и другие явления, подтвердить существование которых экспериментально удалось гораздо позже.

Так что расчеты Беннетта стали настоящей сенсацией. Ученые начали активно вести исследования в этом направлении — и первый успешный опыт квантовой телепортации удалось провести уже через несколько лет.

Тут нужно подчеркнуть, что речь идет именно о квантовой телепортации, а это не совсем то же самое, что мы привыкли видеть в фантастических фильмах. Из одного места в другое передается не сам материальный объект (например, фотон или атом — ведь все состоит из атомов), а информация о его квантовом состоянии. Однако в теории этого достаточно, чтобы «восстановить» исходный объект в новом месте, получив его точную копию. Более того, такие опыты уже тоже успешно проводятся в лабораториях — но об этом чуть ниже.

В привычном нам мире эту технологию проще всего сравнить с ксероксом или факсом: вы посылаете не сам документ, а информацию о нём в электронном виде — но в результате у получателя оказывается его точная копия. С той существенной разницей, что в случае с телепортацией сам отсылаемый материальный объект разрушается, то есть исчезает — и остается лишь копия.

Давайте попробуем разобраться, как это происходит.

XM29 OICW

Футуристическая винтовка, так и не вышедшая в серию. /Фото: wikiрedia.org

В девяностых годах прошлого века две компании — американской Alliant Techsystems и немецкой Heckler & Koch — начали разработку совместной программы по созданию принципиально нового вида оружия, построенного по модульной схеме: в результате должна была получиться наполовину винтовка со стандартными пулями 5.56 мм, наполовину гранатомёт калибра 20 мм с боезапасом осколочного боеприпаса дистанционного (воздушного) подрыва.

Примерно в 1999 году необычный концепт обрел материальную форму в виде модели XM29 OICW. При многообещающих технических характеристиках внешний вид оружия оказался соответствующим — неоднократно отмечалось, что оно похоже на футуристическую «пушку» из видеоигр. Однако на деле концепт не оправдал ожидания заказчиков, оказавшись малоэффективным: неудовлетворительное поражающее действие гранаты, а также «неприемлемая масса» самого оружия поставило точку в его дальнейшей разработке, и проект был закрыт в 2004 году.

Экспериментальное подтверждение квантовой телепортации

Явление квантовой телепортации — передачи квантовой информации (например, направления спина частицы или поляризации фотона) на расстояние от одного носителя другому — уже наблюдалось на практике в случае двух фотонов, фотонов и группы атомов, а также двух атомов, посредником между которыми служил третий. Однако ни один из предложенных способов не годился для практического использования.

Наиболее реалистичной и легко реализуемой на этом фоне выглядит схема, предложенная специалистами из Университета Мэриленда (США) в 2008 году. Под руководством Кристофера Монро ученым удалось осуществить перемещение квантовой информации между двумя заряженными частицами (ионами иттербия), расположенными в метре друг от друга, причем показатель надежности доставки превысил 90 процентов. Каждый из них поместили в вакуум и удерживали на месте с помощью электрического поля. Затем с помощью сверхбыстрого лазерного импульса их заставили одновременно испустить фотоны, благодаря взаимодействию которых частицы вступили в состояние так называемой квантовой запутанности, и «атом В приобрел свойства атома А, несмотря на то, что они находились в разных камерах на расстоянии метра друг от друга».

«На основе нашей системы можно сконструировать крупномасштабный «квантовый повторитель», который будет использоваться для передачи информации на большие расстояния», — подытожил полученные результаты Кристофер Монро.

Наземная оптическая станцияЕвропейского космического агентствана о. Тенерифе – место приема сигнала

В 2012 году ученые-физики из Венского университета и Австрийской академии наук успешно осуществили квантовую телепортацию на рекордное расстояние в 143 км — между двумя островами Канарского архипелага — Ла Пальма и Тенерифе. Предыдущий рекорд был поставлен за несколько месяцев до этого китайскими учеными, осуществившими телепортацию квантового состояния на 97 км. Специалисты уверены, что данные эксперименты позволят создать в будущем сеть спутниковой квантовой связи.

Эксперимент, проведенный международной командой ученых под руководством австрийского физика Антона Цайлингера, закладывает фундамент для всемирной информационной сети, в которой квантово-механические эффекты используются для того, чтобы сделать обмен сообщениями более безопасным, и обеспечить намного более эффективное выполнение некоторых типов вычислений. В этом «квантовом интернете» квантовая телепортация станет ключевым протоколом связи между квантовыми компьютерами.

В этом эксперименте квантовые состояния — но не материя или энергия – передаются на расстояние, которое, в принципе, может быть сколь угодно большим. Процесс может работать даже в том случае, если местоположение получателя неизвестно. Квантовая телепортация может использоваться как для передачи сообщений, так и для выполнения операций квантовыми компьютерами. Для реализации подобных задач необходимо обеспечить надежный способ передачи фотонов на большие дистанции, при котором их хрупкое квантовое состояние будет оставаться неизменным.

Как Алиса и Боб обвели Мэлори

В обычной системе связи Мэлори отводится роль «человека посередине». Он незаметно вклинивается в линию передачи, перехватывает сообщение от Алисы, читает его, при желании также изменяет и передает дальше Бобу. Наивный Боб ни о чем не подозревает. Поэтому Мэлори получает его ответ, проделывает с ним что угодно и отправляет Алисе. Так происходит компрометация всей переписки, телефонных переговоров и любого другого классического вида связи. С квантовой связью это невозможно в принципе. Почему?

Чтобы создать в ней криптографический ключ, Алиса и Боб сначала используют серию измерений на парах запутанных фотонов. Затем результаты этих измерений становятся ключом для шифрования и расшифровки сообщений, отправляемых по любому открытому каналу. Если Мэлори перехватит запутанные фотоны, он разрушит квантовую систему и оба собеседника немедленно узнают об этом. Мэлори физически не сможет повторно передать такие же фотоны, потому что это противоречит принципу квантовой механики, известному как «запрет на клонирование».

Так происходит потому, что свойства макро- и микромира кардинально отличаются. Любой макрообъект всегда существует во вполне определенном состоянии. Вот лист бумаги, он лежит. Вот его поместили в конверт и отправили авиапочтой. Мы можем измерить любой параметр бумажного сообщения в любой момент времени, и это никак не повлияет на его суть. Оно не изменит содержание от взвешивания, просвечивания рентгеном и не станет лететь быстрее в луче радара, которым мы измеряем скорость самолета.

Для элементарных частиц все не так. Они описываются как вероятностные состояния квантовой системы, а любое измерение переводит ее в строго определенное состояние, то есть изменяет. Само влияние измерения на результат плохо укладывается в привычное мировоззрение. Однако с практической точки зрения оно интересно тем, что состояние передаваемой квантовой системы нельзя узнать скрытно. Попытка перехватить и прочесть такое сообщение попросту разрушит его. Поэтому считается, что квантовая связь полностью исключает возможность MitM-атаки.

Для квантовой передачи данных теоретически подходят любые элементарные частицы. Раньше эксперименты проводились с электронами, протонами и даже ионами разных металлов. На практике же пока удобнее всего использовать фотоны. Их легко излучать и регистрировать. Уже есть готовые приборы, протоколы и целые оптоволоконные сети для традиционной передачи данных. Отличие квантовых систем связи состоит в том, что передавать в них надо пары предварительно запутанных фотонов.

Автомобиль-вертолёт

Один из проектов летающего автомобиля. /Фото: reddit.com

И до Второй мировой войны, и во время нее инженеры пытались создать такое оружие или военную технику, чьи способности и характеристики кажутся впечатляющими даже сейчас. Одним из таких откровенно странных проектов можно смело назвать разработку нового летательного аппарата в виде гибрида вертолета и автомобиля.

Подобную машину решили спроектировать военные инженеры британской армии. В конечном итоге у них получился агрегат, который представлял собой внедорожник, оснащенный хвостом и несущим винтом от вертолёта. Поразительно, но эта машина действительно неплохо летала. Однако крест на развитии необычного концепта поставила банальная практичность: быстро стало ясно, что транспортировка наземной техники осуществляется немного проще посредством самолётов, нежели путем создания десятков и сотен гибридов.

Парадокс Галилея

Галилео Галилей / Wikimedia

В своём труде «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки» Галилео Галилей предложил парадокс, демонстрирующий любопытные свойства бесконечных множеств. Учёный сформулировал два противоречащих друг другу суждения. Первое: есть числа, представляющие собой квадраты других целых чисел, например 1, 9, 16, 25, 36 и так далее. Существуют и другие числа, у которых нет этого свойства — 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10 и тому подобные. Таким образом, общее количество точных квадратов и обычных чисел должно быть больше, чем количество только точных квадратов. Второе суждение: для каждого натурального числа найдётся его точный квадрат, а для каждого квадрата существует целый квадратный корень, то есть, количество квадратов равно количеству натуральных чисел.

На основании этого противоречия Галилей сделал вывод, что рассуждения о количестве элементов применены только к конечным множествам, хотя позже математики ввели понятие, мощности множества — с его помощью была доказана верность второго суждения Галилея и для бесконечных множеств.

Парадокс воронов

Карл Густав Гемпель / Wikimedia

Проблема также известна, как парадокс Гемпеля — второе название она получила в честь немецкого математика Карла Густава Гемпеля, автора её классического варианта. Проблема формулируется довольно просто: каждый ворон имеет чёрный цвет. Из этого следует, что всё, что не чёрного цвета, не может быть вороном. Этот закон называется логическая контрапозиция, то есть если некая посылка «А» имеет следствие «Б», то отрицание «Б» равнозначно отрицанию «А». Если человек видит чёрного ворона, это укрепляет его уверенность, что все вороны имеют чёрный окрас, что вполне логично, однако в соответствии с контрапозицией и принципом индукции, закономерно утверждать, что наблюдение предметов не чёрного цвета (скажем, красных яблок) также доказывает, что все вороны окрашены в чёрный цвет. Иными словами — то, что человек живёт в Санкт-Петербурге доказывает, что он живёт не в Москве.

С точки зрения логики парадокс выглядит безукоризненно, однако он противоречит реальной жизни — красные яблоки никоим образом не могут подтверждать тот факт, что все вороны чёрного цвета.

Парадокс мешка картофеля

nieidealne-danie.blogspot.com

Допустим, у некоего фермера имеется мешок картофеля весом ровно 100 кг. Изучив его содержимое, фермер обнаруживает, что мешок хранился в сырости — 99% его массы составляет вода и 1% остальные вещества, содержащиеся в картофеле. Он решает немного высушить картофель, чтобы содержание воды в нём снизилось до 98% и переносит мешок в сухое место. На следующий день оказывается, что, один литр (1 кг) воды действительно испарился, но вес мешка уменьшился со 100 до 50 кг, как такое может быть? Давайте посчитаем — 99% от 100 кг это 99 кг, значит соотношение массы сухого остатка и массы воды изначально было равно 1/99. После сушки вода насчитывает 98% от общей массы мешка, значит соотношение массы сухого остатка к массе воды теперь составляет 1/49. Так как масса остатка не изменилась, оставшаяся вода весит 49 кг.

Конечно, внимательный читатель сразу обнаружит грубейшую математическую ошибку в расчётах — мнимый шуточный «парадокс мешка картофеля» можно считать отличным примером того, как с помощью на первый взгляд «логичных» и «научно подкреплённых» рассуждений можно буквально на пустом месте выстроить теорию, противоречащую здравому смыслу.

Апория «Дихотомия»

www.student31.ru

Ещё один парадокс от Зенона Элейского, демонстрирующий некорректность идеализированной математической модели движения. Проблему можно поставить так — скажем, вы задались целью пройти какую-нибудь улицу вашего города от начала и до конца. Для этого вам необходимо преодолеть первую её половину, затем половину оставшейся половины, далее половину следующего отрезка и так далее. Иначе говоря — вы проходите половину всего расстояния, затем четверть, одну восьмую, одну шестнадцатую — количество уменьшающихся отрезков пути стремится к бесконечности, так как любую оставшуюся часть можно разделить надвое, значит пройти весь путь целиком невозможно. Формулируя несколько надуманный на первый взгляд парадокс, Зенон хотел показать, что математические законы противоречат реальности, ведь на самом деле вы можете без труда пройти всё расстояние без остатка.

Аэростат-шпион

Попытка реанимировать дирижабли в военном деле. /Фото: oborona.ru

Казалось бы, эпоха аэростатов отошла в историю вместе с дирижаблями в тридцатых годах прошлого века. Однако не так давно была предпринята попытка этих летающих гигантов «воскресить», причем адаптируя их для нужд военных. Именно так появилась программа по созданию в США разведывательных аэростатов-шпионов, ведь их обслуживание и эксплуатация намного дешевле по сравнению с теми же беспилотниками.

В рамках данной программы в 2005 году была начата разработка сразу трех проектов, которые должны были удовлетворить запросы американской армии. Все они сводились к одному: дирижабль большого размера (вплоть до сотни метров длиной) должен был находиться над местом проведения боевых действий и собирать информацию при помощи высокоточного оборудования. Был найден даже «полигон» для первого применения —

это должен был стать Афганистан. Однако ряд конструктивных недоработок у прототипов привели к закрытию проекта в 2013 году.

Версия Дерека Парфита

В своей книге «Причины и личности» Парфит просит читателя представить, что тот входит в телепорт. Телепорт – это машина, которая сначала погружает вас в сон, а затем уничтожает, разбивая на атомы. После чего копирует информацию и передает её на Марс со скоростью света. На Марсе другая машина воссоздает вас (из местных запасов углерода, водорода и т.д.), атом к атому, в том же самом расположении. Парфит задается вопросом, является ли телепорт средством путешествия; является ли человек на Марсе тем же человеком, который вошел в телепорт на Земле. Конечно, проснувшись на Марсе, воссозданный машиной человек будет помнить, как вошёл в телепорт для перемещения на Марс, будет даже ощущать порез на верхней губе после утреннего бритья, но продолжит ли своё существование уничтоженный на Земле человек?

Затем телепорт совершенствуют. На Земле его изменяют таким образом, чтобы он не уничтожал входящего в него человека, а вместо этого производил бесконечное количество его копий, каждая из которых заявляла бы, что помнит, как входила в телепорт на Земле.

Используя такие мысленные эксперименты, как этот, Парфит утверждает, что любой критерий для определения тождественности человека будет недостаточным, так как отсутствуют дальнейшие факты

Что действительно важно, по его мнению, так это психологическая связанность, то есть память, свойства и особенности характера и т.д.. Парфит развивает эту логику, чтобы установить новый контекст для морали и общественного контроля

Он считает аморальным причинение вреда или вмешательство в дела других людей. Общество должно пресекать подобного рода нарушения. Исходя из данного утверждения, методом экстраполяции можно заключить, что общество должно защищать и «будущие личности» индивида. Например, курение табака может быть классифицировано как нарушение права «будущей личности» вести здоровый образ жизни. Подобное заключение, по-видимому оправдывающее нарушение личных свобод, выглядит логичным. Однако сам Парфит напрямую не поддерживает такой агрессивный контроль.

Парфит развивает эту логику, чтобы установить новый контекст для морали и общественного контроля. Он считает аморальным причинение вреда или вмешательство в дела других людей. Общество должно пресекать подобного рода нарушения. Исходя из данного утверждения, методом экстраполяции можно заключить, что общество должно защищать и «будущие личности» индивида. Например, курение табака может быть классифицировано как нарушение права «будущей личности» вести здоровый образ жизни. Подобное заключение, по-видимому оправдывающее нарушение личных свобод, выглядит логичным. Однако сам Парфит напрямую не поддерживает такой агрессивный контроль.

Его заключение в чем-то похоже на точку зрения Дэвида Юма, а также на взгляды на индивида в буддизме, хотя оно не ограничивается их простой переформулировкой. Подход Парфита не только редукционный, но и дефляционный: в конце концов, «то, что имеет значение» — это не персональная идентичность, а скорее психическая целостность и связанность. Идея того, что персональная идентичность целиком и полностью содержится в молекулярной и биологической структуре мозга (т.е. полностью материальна) подразумевает возможное создание дубликата, который был бы полностью тождествен, за исключением физического расположения. Вопрос дубликатов имеет практическое применения для крионики, потому что если криоконсервация мозга может служить моделью для точнейшего воссоздания нового мозга, то нет причин ограничиваться лишь одним воссозданием. Будет ли каждый реконструированный мозг обладать одной и той же умственной и личностной идентичностью? В этом и заключается парадокс дубликатов.

«Gyrojet»

Не самый удачный бесшумный пистолет. /Фото: alloutdoor.com

В начале 1960-х годов компания MB Associates дала начало появлению целого семейства уникальных ракетных пистолетов и винтовок. В сущности, эти модели оружия были не такими плохими: они имели удовлетворительную эффективность, к тому же являлись бесшумными.

Однако их история не была успешной, и, пожалуй, главным их достижением оказалось появление в киноленте про легендарного агента 007 Джеймса Бонда «Живёшь только дважды». Ведь практика его использования показала, что за пределами экрана оружие было недостаточно точным, малополезные снаряды при использовании на ближних дистанциях, к тому же часто допускало осечки.

«Ложь, слухи и небылицы»

Для начала давайте уточним, о чем именно идет речь. Под телепортацией мы понимаем мгновенное перемещение объектов на любое расстояние, в идеале — быстрее скорости света.

Само слово придумал в 1931 году американский публицист Чарльз Форт, увлекавшийся исследованием паранормальных явлений. По аналогии с «телевидением», произошедшим от греческого τῆλε («далеко») и латинского video («видеть»), в своей книге «Вулканы небес» он изобрел термин для описания необъяснимых перемещений объектов в пространстве (латинское porto значит «переносить»).

• Лифт на орбиту: научная фантастика или вопрос времени?
• Aurora Station, космический отель на орбите: когда и почем?

«В этой книге я преимущественно рассматриваю свидетельства того, что существует некая сила переноса, которую я называю телепортацией. Меня обвинят в том, что я собрал воедино откровенную ложь, слухи, небылицы, мистификации и суеверия. В некотором смысле я и сам так думаю. А в некотором смысле нет. Я лишь предоставляю данные», — пишет Форт.

О подобных перемещениях действительно существует множество мифов — например, расхожая легенда о Филадельфийском эксперименте 1943 года, в ходе которого якобы был телепортирован на 320 км американский эсминец «Элдридж».

Image caption

Тот самый эсминец, якобы переместившийся в пространстве

Однако на поверку все подобные истории оказываются не более чем домыслами конспирологов, по мнению которых власти скрывают от широкой общественности любые свидетельства о случаях телепортации как военную тайну.

На самом деле всё наоборот: любые достижения в этой области широко обсуждаются в научном сообществе. Например, буквально неделю назад американские ученые рассказали о новом успешном опыте квантовой телепортации.

Давайте же перейдем от городских легенд и фантастической литературы к строгой науке.