Нематериальная телепортация
Сегодня на нашем операционном столе на удивление не фантастическая, не порождённая больным воображением автора тема. Хотя в нашем безумном мире всякое возможно. А не в нашем мире возможно и не такое. Поэтому сегодня мы практически целиком и полностью уйдём в недоступный космос, который человечество собирается использовать в не столь отдалённом будущем. Речь идёт о квантовом мире и квантовых компьютерах, которые придут на смену компьютерам молекулярным. Или наоборот – с чём учёные никак не могут определиться, кто там чему и на смену чего когда придёт. Они народ странный, а их представления о мире порой сильно расходятся с реальностью (что видно по их многочисленным прогнозам: в середине двадцатого века все неминуемо пророчили экологический апокалипсис в первой четверти двадцать первого века, а в нынешние времена страшат нас киберпанковым будущем).
Не следует оперировать представлениями и предположениями, возьмём за основу факты. Факт первый: в середине двух тысячного года австралийские учёные телепортировали фотоны. Факт второй: чуть позже американские учёные телепортировали ядра атомов. Упс, хряпа тумба! Я кажется ввёл вас в заблуждение: были телепортированы не сами частицы, а их квантовые состояния. Речь идёт о телепортации не материальных объектов, так как материальные объекты ни сейчас, ни в отдалённом будущем телепортировать не удастся. Этой статьей мы смело хороним гигантский пласт научно-фантастической литературы, а вместе с ней и культурный феномен и верование людей в само будущее. Ну какое будущее, скажите вы, без телепортации. А как же освоение космоса? Познание сущности бытия? Контакт с иными цивилизациями? Увы, всё это не более чем необоснованные мечты. Пора зверски растоптать наши детские надежды и разобраться с тем, что же такое телепортация.
Итак, под квантовой телепортацией подразумевается передача от одной частицы к другой набора каких-либо её квантовых характеристик (значение спина у электрона или ядра, поляризация и фаза у фотона), или хотя бы одной из таких характеристик. Заметьте, это вовсе не физический и не мгновенный перенос самой частицы от одной точки пространства к другой. Что именно переносится при телепортации, наглядно представить не так то просто, если вообще возможно. Уж точно переносится не информация об объекте. Переносится само состояние объекта, гы-гы. Почему нельзя говорить о переносе информации? Ну, например, потому что в процессе опыта переносимые с одной частицы на другую точные характеристики (значения) так и остаются неизвестными экспериментаторам. Более того, как ни странно, в той информации, что и вправду переносится при выполнении опыта (по вполне реальным физическим сетям и с вполне реальной скоростью света), простите за тавтологию, не содержится ровным счётом никакой информации о копируемом объекте. Ну ладно, понимаю, что всё это очень сложно, я вот сейчас пьян как слоник (сидящий рядом со мной слоник, прочитав последнее предложение, обиделся и убежал сквозь стену) и поэтому легко представляю всё о чём говорю. Ведь тут без бутылки не разберёшься. Да и с бутылкой тоже, но мы постараемся. Представьте себе, что некий шарик может быть чёрным или белым. Применительно к компьютерной начинке мы могли бы говорить о «0» и «1» и о том, что данный шарик кодирует один бит. В микромире, живущем по законам квантовой механики шарик — электрон, фотон или ядро атома — может находиться в суперпозиции — в призрачном состоянии между 0 и 1. Но это не шарик просто серого цвета, как можно было бы подумать по аналогии с привычным миром. Это некое распределение вероятности того, что, посмотрев на данный шарик, мы увидим тот или иной цвет. Данное распределение выражается в виде так называемой волновой функции. А их совокупность для разных характеристик одной и той же частички можно считать полным «образом» шарика — полным квантовым состоянием.
Кстати, если уж говорить о спине (в простом представлении — это направление вращения частицы), то по логике вещей оно (в неких координатах) может идти либо по часовой, либо против часовой стрелки. Но это справедливо лишь в макромире. А в микромире вращение частицы одновременно во все стороны — нормально. Ну дык! Это призрачное многовариантное вращение может быть описано волновой функцией, но не измерено напрямую вообще. То же и с поляризацией фотона — пока он летит, его поляризация как бы «размазана» по некоему полю вероятностей, но как только он попадает в детектор — поляризация принимает вполне конкретное значение, каковое и измеряется.
Сейчас технически уже возможно изолировать один ион в ловушке из электромагнитных полей, охладить его до сверхнизкой температуры, а затем с помощью особо подобранных параметров лазерного луча — придать иону произвольное квантовое состояние. Например, чтобы его спин был равен 1 или 0, или тому и другому с вероятностью точно 50%.
Такие стандартные квантовые операции или преобразования называют гейтами.
По аналогии с математикой, упрощённо, это похоже на прибавку единицы, её половины или нуля (или вычитанию) к неизвестному для экспериментатору числу (волновая функция — то есть предшествующее состояние частицы).
Результат остаётся неизвестным, но хотя бы известно одно его слагаемое.
Однако проблема в том, что законы природы не позволяют измерить у отдельной частицы её волновую функцию — сам факт измерения меняет частицу, и мы получим (в терминах информации) ноль или единицу, а вовсе не непредставимую и размазанную вероятность.
Но именно в таком вероятностном виде частица живёт, пока мы её не наблюдаем и не измеряем.
Потому нельзя просто померить «облик» одного атома и вылепить по слепку копию атома первого, взяв за основу другой атом (или фотон — всё будет аналогично). И даже феномен запутанности или связанности не поможет. Во всяком случае, напрямую. А да, совсем забыл сказать, запутанность — это способность частиц микромира объединяться в пары так, что квантовые состояния этих «шариков» всегда будут связаны, скоррелированы, даже если после запутывания частицы развести по разным галактикам. Тут, кажется, есть одна из главных ловушек для логики. Некоторые говорят, что если мы придадим запутанной частице некое состояние — то же состояние мгновенно примет и её родная пара. Это не вполне так или, скорее, сильное упрощение. Запутанные частицы в реальности не обладают никакой возможностью узнать о переменах, случившихся с первой частицей. К тому же информация не передаётся мгновенно. Теория относительности пока ещё остаётся целой. На самом деле, измеряя, скажем, спин частицы, мы всего лишь точно узнаем, что вздумай мы измерить его и у второй из запутанной пары — получим тот же результат.
Но, как мы сказали, открыв чёрный ящик, где спрятана частица, мы увидим либо чёрный, либо белый цвет. А нам-то интересно передать от одной частицы к другой не белый или чёрный, а «никакой» цвет — ту самую волновую функцию с её коэффициентами вероятности. Это и будет квантовой телепортацией.
Всё поняли?
Компьютерная телепортация
Если для вас остались неразрешимые вопросы, вернитесь к началу и перечитайте всё заново. Все остальные – за мной. Поговорим о компутерах и том как телепортация на них скажется. 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. 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.
Материальная телепортация
Вы собственно поняли, что современные достижения в области телепортации не позволяют фигачить материю из точки А в точку В. Но существует много теорий, которые утверждают, что в самом ближайшем будущем это непременно произойдёт. А то. Основных теорий материальной телепортации две: дырочная и червячная. Они используют для перемещения тел топологические туннели, соединяющие разные точки пространства. Другие названия этих объектов — пространственно-временные проколы, мосты Эйнштейна-Розена, кротовые или червячные норы (wormholes). В общем, тоннели. Причём в дырочной телепортации тоннели закрыты, а в червячной – открыты. Через открытый туннель можно рассматривать отдалённые регионы Вселенной. Пользователь может просто шагнуть через червоточину к месту назначения, которое ясно видно через червоточину, как через дверь. В других работах червоточины также ответственны за перетекание вещества и радиации из одного региона Вселенной в другой.
Другими словами, наблюдатель может просто шагнуть через туннель из точки старта А в точку финиша В, расположенную, например, в другой галактике. А теперь представьте себе Вселенную: планеты летят вокруг своих звёзд, звёзды двигаются в своих галактиках, галактики и скопления галактик двигаются вокруг своих центров притяжения. И тут вдруг появляется проходимая червоточина между двумя далекими регионами Вселенной (которая создаётся при образовании чёрной (белой) дыры, или высокоразвитой цивилизацией).
Пока восторженные пользователи рассматривают вблизи звезду N из другой галактики, через туннель устремляются гравитационные поля материи в точках А и В. Гравитационное поле выбирает всегда самый короткий путь для взаимодействия, зачем звёздам и галактикам взаимодействовать через огромные дистанции, когда есть более короткий путь через туннель wormhole? Поэтому наше Солнце вдруг оказывается в состоянии сильнейшего гравитационного взаимодействия со звездой N из другой галактики, которая внезапно появляется почти рядом. Естественно, Солнце резко изменяет свой курс, теряя свои планеты. Наша галактика также внезапно узнаёт, что находится в состоянии столкновения с другой галактикой. Появление горловины червоточины, например, возле Земли, изменит всю структуру нашей галактики. Таким образом, создание проходимой червоточины является крупнейшей катастрофой для Вселенной.
Можно ли вообще математически описать, например, траекторию Земли, если десятки wormholes соединяют Землю гравитационно с произвольными точками Вселенной, и нужно учитывать не только традиционных небесных соседей Земли, но и взаимодействие Земли с самой собою через червоточины, а также сильное взаимодействие с сотнями других близких планет и звёзд, которые до открытия червоточины находились очень далеко.
Всё это, к счастью, никогда не может случиться, потому что открытые топологические туннели не существуют в природе. Как заметил С. Хокинг, то, что нас не осаждают толпы туристов из будущего, является лучшим доказательством невозможности путешествий во времени. Стабильность видимой Вселенной однозначно указывает, что открытые топологические туннели запрещены.
Возможное возражение сторонников теории червоточин, что якобы открытая червоточина непрозрачна для внешних гравитационных полей, несправедливо. Если живой путешественник, вещество и радиация могут пройти через червоточину, то гравитационное поле также всегда пройдёт, это самое проникающее в природе взаимодействие.
Даже горизонт чёрной дыры, с его односторонней пропускающей способностью для вещества, электромагнитной и ядерной радиации, является прозрачным для внешних гравитационных полей, иначе бы он не пропускал и собственное гравитационное поле чёрной дыры.
Ни один из топологических туннелей, описанных в литературе, не похож на туннель дырочной телепортации, что в некотором смысле хорошо — большая часть этих туннелей приводит к парадоксам и нарушению фундаментальных законов и, следовательно, не существует в природе. Так как дырочная телепортация может описываться только первым определением (тело выбрасывается за пределы Вселенной, после чего мгновенно появляется в другой точке), то возникает мысль вообще отказаться от топологических туннелей, соединяющих разные точки пространства. Но с другой стороны, в момент дырочной телепортации создаётся замкнутая дырочная поверхность, представляющая собой не что иное, как искривление пространства-времени сильным гравитационным полем. Следовательно, появление тела в другой точке пространства можно альтернативно объяснить как искривление пространства таким образом, что объёмы в точках старта и финиша меняются своим содержимым.
Исходя из сказанного выше и наблюдаемой стабильности и однородности видимой Вселенной в больших масштабах, можно утверждать что существует принцип стабильной Вселенной, согласно которому запрещены любые действия, процессы и структуры, которые привели бы к спонтанному изменению крупномасштабной структуры Вселенной.
Именно этот принцип нарушается при создании открытых червоточин. Если какой-либо изучаемый процесс или структура нарушает принцип стабильной Вселенной, это верный признак его ошибочности и нереальности.
Открытые топологические туннели, проколы пространства-времени, червоточины и кротовые норы не существуют в природе, иначе привели бы к нарушению законов сохранения и катастрофическому изменению крупномасштабной структуры Вселенной.
Хотя червоточины, горловины которых расположены достаточно близко и не приводят к парадоксам, из них можно было бы построить составную червоточину, соединяющую далекие регионы Вселенной, что опять привело бы к парадоксу открытого туннеля. Телепортация материальных тел возможна только через абсолютно изолированные и мгновенные туннели как в теории дырочной телепортации. Блин, я же вам хотел доказать, что телепортация не возможна?! Ну ладно, мало ли бывает. В общем, каждый для себя решает сам – и это факт три.
