Квант. Путеводитель для запутавшихся

Нейроны мозга содержат полые цилиндрические полимеры, называемые микротрубочками. Они, в свою очередь, состоят из белка тубулина, который может существовать в суперпозиции двух чуть разных форм. Пенроуз и Хамерофф утверждают, что микротрубочки обладают идеальными свойствами для поддержания этой суперпозиции и распространения ее на окружающие белки. Следовательно, когерентная суперпозиция поддерживается значительный период времени, делая возможным возникновение досознательных процессов. Объективная редукция суперпозиции происходит по достижении критического порога Пенроуза и включении сознания. Само собой, это происходит в мозге постоянно. Может, на самом деле нам и не нужен квантовый компьютер, ведь он находится у каждого из нас в голове!

Другой вариант – использовать так называемую квантовую коррекцию ошибок, чтобы компенсировать декогеренцию. В ее основе лежит избыточность, которая означает, что одна и та же информация распространяется на множество кубитов. Таким образом, если суперпозиция одного из кубитов оказывается каким-либо образом нарушенной, это не влияет на точность вычисления, поскольку та же информация закодирована и в других, не подвергшихся воздействию кубитах.

В настоящее время разработаны лишь квантовые компьютеры с несколькими кубитами. Вполне возможно, в ближайшем будущем ученым удастся построить квантовый компьютер, содержащий до сорока кубитов. Однако работающий квантовый компьютер требует запутанности тысяч кубитов и сдерживания декогеренции в течение достаточно длительного периода времени, необходимого для проведения полезных вычислений.

Квантовая телепортация

Миллионы фанатов по всему миру знают, что «транспортер» на борту звездолета «Энтерпрайз» из «Звездного пути» представляет собой устройство, которое переносит команду корабля на различные планеты и обратно, не создавая их идентичные копии, а уничтожая их и воссоздавая неуточненным образом. Так как это всего лишь научная фантастика, в детали никто не вдается, однако не сомневаюсь, у истинных фанатов уже давно готово подходящее объяснение.

Основная идея телепортации заключается в сканировании объекта таким образом, чтобы переносилась чистая информация, используемая для воссоздания оригинала из подходящего сырья (верного типа атомов) в точке назначения. Такой процесс может происходить со скоростью света, в то время как физический перенос оригинальных атомов объекта занимает гораздо больше времени. Преимущество кажется сомнительным, пока в дело не вступают огромные расстояния, где без скорости света не обойтись.

Вам может показаться, что все это чепуха. Что ж, до 1993 года так и было. В тот год Чарльз Беннетт при участии группы коллег со всего мира доказал, что благодаря квантовой механике идеальная телепортация теоретически возможна, хотя пока что только на квантовом уровне. Прежде считалось, что телепортация квантовой системы исключается принципом неопределенности: мы не можем просканировать квантовую систему и собрать всю возможную информацию о ней, чтобы воссоздать ее в другом месте. Это, конечно, так, но при добавлении нового ингредиента эту проблему получается обойти, а этим ингредиентом выступает… запутанность. Снова.

Основная идея такова. Пусть частица, которую нужно телепортировать из точки А в точку Б, называется частицей х. В устройстве также содержится две подобные частицы, у и z. Две этих частицы запутаны и направлены в точки А и Б. Теперь в точке А находится оригинальная частица х, которую мы хотим телепортировать, а также частица у. Определенным способом измерив их вместе, мы получаем некоторую информацию об х. Остальная часть информации об х неизбежно теряется, так как принцип неопределенности не позволяет нам знать о ней все одновременно.

Однако факт измерения теперь привел к коллапсу запутанного состояния у и z и наделил частицу z, находящуюся в точке Б, информацией, которая связана с информацией, потерянной при измерении х вместе с у.

Информация, которую мы получили при сканировании х, теперь переносится в точку Б более традиционным способом и вместе с той информацией, которая уже находится в частице z, это дает нам всю информацию, необходимую нам в точке Б. Теперь мы можем зашифровать эту информацию в подобную х частицу и получим, по сути, точно воссозданную в точке Б частицу х.

Разница между квантовой телепортацией и обычной передачей факса.

Вверху: Когда изображение передается при помощи факса, оригинальный лист остается неповрежденным и создается лишь приблизительная копия.

Внизу: При квантовой телепортации теряется вся информация об оригинальной частице, но на другом конце создается ее идентичная копия.