Слово «телепортация» совсем недавно перешло из фантастики в науку. Обычно полагают, что переместить какой-то объект или даже человека – значит переместить все частицы, из которых он состоит. Но поскольку элементарные частицы неотличимы друг от друга, их можно не перемещать, а «собрать» телепортируемый объект из новых частиц на основе полученной информации.
Следовательно, телепортация объекта есть считывание квантового состояния частиц и воссоздание этого состояния на удаленном расстоянии. Правда, согласно квантовой механике, как только будет считана вся нужная информация, объект исчезнет и снова появится на свет только после квантовой сборки.
Современному научному значению слова «телепортация» соответствует следующая процедура: объект дезинтегрируется (разрушается его квантовое состояние) в одном месте, а в другом месте возникает его совершенная копия. Причем объект или его полное описание в ходе телепортации никогда не находится между этими двумя местами. Обратите внимание, что «дезинтеграция» квантового состояния является необходимым условием согласно теореме о запрете на клонирование.
В силу принципа неопределенности, чем больше получено информации о некоем объекте, тем больше искажений вносится в этот объект – и так до тех пор, пока исходное состояние не будет разрушено полностью. И даже полностью разрушив исследуемый объект, мы все равно не получим полной картины его исходного квантового состояния. Это звучит как возражение против телепортации: если для создания точной копии из объекта невозможно извлечь достаточно информации, то точная копия не может быть создана. Однако шестеро ученых из группы Чарлза Беннета, нашли возможность обойти это затруднение, используя знаменитый ЭПР-эффект.
Вопрос о квантовой телепортации впервые был поставлен в 1993 году группой Чарлза Беннета, которая, используя запутанные состояния, показала, что при присоединении третьей частицы к одной из запутанных частиц можно передавать ее свойства другой удаленной частице. Экспериментальная реализация ЭПР-канала была осуществлена в работах двух групп исследователей – австрийской, из Университета в Инсбруке, возглавляемой Антоном Цойлингером, и итальянской, из Университета в Риме под руководством Франческо Де Мартини. Опыты группы Цойлингера и де Мартини доказали выполнимость принципов ЭПР на практике при передаче по оптическим кабелям состояний поляризации между двумя фотонами посредством третьего на расстоянии до 10 км.
Достигнув успехов в телепортации фотонов, экспериментаторы уже планируют работы с другими частицами – электронами, атомами и даже ионами. Это позволит передавать квантовое состояние от короткоживущей частицы к более долгоживущей. Таким способом можно будет создавать запоминающие устройства, где информация, принесенная фотонами, хранилась бы на ионах, изолированных от окружающей среды. Телепортация может обеспечить надежную передачу и хранение данных на фоне мощных помех, когда все другие способы оказываются неэффективными. Возможно, в будущем сети квантовой телепортации получат такое же распространение, как современные телекоммуникационные сети.
Квантовая механика описывает элементарные частицы, движущиеся со скоростями, много меньшими скорости света. Квантовая теория поля описывает процессы с участием частиц, движущихся со скоростями, близкими к скорости света. И то, и другое в совокупности составляет квантовую теорию, описывающую движение, взаимодействие, рождение и уничтожение элементарных частиц.
Несмотря на совершенно новый взгляд на многие природные явления, квантовую механику никак нельзя расценивать как полное опровержение классической физики. Последняя может рассматриваться как предельный случай квантовой механики или как первое и очень грубое приближение к ней. Как подчеркивал Поль Дирак, соответствие между квантовой и классической теориями состоит не только в их предельном согласии. Соответствие заключается прежде всего в том, что математические операции двух теорий во многих случаях подчиняются одним и тем же законам и описываются одной математической структурой. Отличия заключаются лишь в представлении (реализации) этих структур конкретными математическими объектами.
Сегодня физики твердо верят в то, что наш мир един и познаваем. Все разнообразие природных явлений просто обязано описываться в рамках некоего единого универсального подхода. Другое дело, что человек пока еще не до конца сумел понять глубинную сущность законов природы и пределы познаваемости мира.
Однако большинство физиков убеждены в том, что, если идти по пути, указанном квантовой механикой и квантовой теорией поля, будет открыт тот самый свод законов и правил, который и правит нашим удивительно красивым миром.
Василий Тарасов, кандидат физико-математических наук
Музеи мира: Обитаемый остров
В конце XVIII века российский император Павел I выстроил в центре Петербурга новую резеденцию – Михайловский замок – и назвал ее загородной. В конце ХХ века немецкий бизнесмен Карл-Генрих Мюллер купил на окраине города Ноиса (под Дюссельдорфом) усадьбу и объявил ее островом. Место это именовалось Хомбройх. Поэтому, когда здесь появился музей, он стал называться Insel Hombroich – «Остров Хомбройх»
«Инзель Хомбройх» расположился в пойме речушки Эрфт, распадающейся в этом месте на несколько рукавов, точнее было бы сказать ручейков. Когда смотришь на карту, видно, что старый дом вместе с приусадебным участком, первоначально купленные Мюллером, действительно находятся на острове. Впрочем, что это за остров, когда водную преграду, отделяющую от «материка», можно преодолеть по перекинутому бревну, а где-то и просто перешагнуть? Однако отдадим должное Карлу-Генриху Мюллеру – он не пытался воспользоваться сделанной природой «подставкой», а говорил иное: «Это – остров в метафорическом смысле, потому что здесь все происходит не так, как в обыденной жизни».
Ступив на территорию музея, и впрямь попадаешь на остров уединения. Усыпанная серой щебенкой дорожка, извиваясь, ведет через луг, заросший полевыми цветами и травами. По сторонам виднеются заболоченные участки поймы, группы деревьев, кустарник, маленькие озерца с утками и лебедями. Тишина, людей почти не видно, только щебечут птицы. На первый взгляд – обычный деревенский пейзаж. Хотя нет. Слишком уж все красиво! Слишком продуман, сценически выстроен этот неприхотливый сельский вид. Поляна лопухов, какие встречаются на любом пустыре, за ними, на берегу ручья, плакучая ива – крупные круглые листья и мелкие вытянутые, но и у тех, и у других серебристая подложка. Они скомпонованы не менее продуманно, чем на живописном полотне. Облетевшие лепестки яблони покрывают воду пруда розовым ковром, причудливо сплетаются в один куст три разных сорта сирени.
Это не дикая природа, это – пейзаж, созданный рукой художника. У окрестных жителей можно узнать, что четверть века назад на месте «Инзель Хомбройх» была заброшенная сельскохозяйственная пустошь. Лишь старый усадебный дом окружали деревья. А все, что мы видим сегодня, начиная с озер, которые и не озера вовсе, а специально выкопанные пруды, – творение ландшафтного архитектора Бернхарда Корте. Земельный участок был куплен Мюллером в 1982 году, музей открылся в 1987-м. В течение 5 лет «Инзель Хомбройх» «растили» для публики.
«Садовник» Бернхард Корте продумал и рассчитал еще один эффект. Выстроенная им природная среда «интерьерна». В парке почти нет далевых видов, посетитель переходит из одного замкнутого пространства в другое. Отсюда возникает то самое удивительное чувство уединения, хотя музей не назовешь малопосещаемым: за сезон он принимает 65—70 тысяч гостей. В позапрошлом году, когда «Инзель Хомбройх» отмечал 20-летие со дня основания, журналисты спросили у Карла-Генриха Мюллера, может ли он подвести итог прошедшим годам, сбылось ли то, чего хотели создатели музея. Ответ отца-основателя был краток: «Нельзя подвести никакие итоги, так как мы сами не знали, чего хотели. Просто „Инзель Хомбройх“ рос, как все в жизни растет. Иногда более удачно, иногда менее. Как живое существо».