Знание-сила, 2004 № 01 (919)

Можно сказать, что квантовый способ телепортации является промежуточным между двумя описанными выше: "перекачка" состояния X на объект Б происходит мгновенно, как при транспортами нашей героини Джени из одной комнаты в другую, а подстройка состояния Б до полной идентичности с X совершается, как при винеровской телепортации.

Теоретически можно телепортировать любые объекты, хотя на опыте пока удалось "перебросить" только фотон и на расстояние всего в несколько десятков метров. На больших расстояниях трудно сохранить корреляцию эйнштейновской пары — она разрушается при столкновениях фотонов с частицами воздуха. Любое столкновение непредсказуемым образом изменяет поляризацию фотона, и никакого условия связи после этого уже нет. На очень большие расстояния можно рассчитывать л ишь в безвоздушном космосе или если использовать мощные пучки лазеров с огромным числом одинаково поляризованных фотонов. Часть фотонов избежит столкновений, и с их помощью можно осуществить телепортацию части лазерного луча.

Еще сложнее телепортировать протоны, взаимодействие которых в тысячи раз сильнее электромагнитного. Да и корреляцию установить здесь значительнотруднее. Если в опытах с фотонами применяются преломляющие кристаллы и отражающие зеркала — сравнительно простые средства, то во втором случае приходится использовать упругое рассеяние пучка протонов из ускорителя на жидководородной мишени, рассеяние на трудно изготавливаемых поляризованных мишенях с одинаковыми направлениями спинов всех атомов и тому подобное. Тем не менее группа физиков из подмосковной Дубны разработала схему эксперимента, позволяющего при сравнительно небольших затратах осуществить телепортацию протона в ближайшие два-три года.

В некоторых зарубежных лабораториях изучают возможность телепортации атомов — сложных систем, объединяющих рой электронов и тяжелое ядро. Создать устойчивую корреляцию квантовых состояний атомов — невероятно трудно. Впрочем, оптимисты убеждены, что в будущем удастся телепортировать даже молекулы.

— Ну, а зачем все это нужно? — возможно, спросит читатель. — Из чисто творческого интереса?

Однако не зря говорится, что нет ничего практичнее хорошей теории. Можно надеяться, что технология квантовой телепортации позволит создать принципиально новые, невиданные по быстроте и объему памяти вычислительные устройства — квантовые компьютеры. Вычислительная техника — компьютинг, как говорят специалисты — развивается умопомрачительными темпами. Каждые полтора — два года быстродействие компьютеров удваивается, а объем памяти возрастает в десятки раз. Несколько лет назад в Объединенном институте ядерных исследований была списана обслуживавшая весь институт вычислительная машина. Внушительных размеров комната, заставленная похожими на холодильники шкафами. Сегодня почти такую же вычислительную мощность имеет мой настольный помощник. Пять лет назад я приобрел неплохой персональный компьютер, а сегодня за ту же стоимость можно купить компьютер, внешне похожий, но заменяющий несколько десятков таких, как мой.

Но всему есть предел, и можно думать, что дальнейший прогресс компьютинга потребует каких-то радикальных новых идей и технологий. Одна из них — переход к квантовой кодировке информации. Основой современных вычислительных машин являются микроскопические ячейки, каждая из которых может находиться в одном из двух состояний. Одно из них принимается за нуль, другое за единицу. Комбинацией нулей и единиц можно закодировать любую информацию. Вопрос только в том, сколько для этого нужно бинарных ячеек и сколько времени будут затрачивать электрические импульсы на их многократную перезарядку в процессе работы компьютера. Вот тут и прячется ахиллесова пята современного компьютинга. Нельзя же до бесконечности увеличивать число и плотность расположения счетных ячеек!

В квантовом компьютере в качестве нуля и единицы будут служить квантовые состояния, каждое из которых заменяет множество бинарных ячеек. Квантовая телепортация фотонов нужна для установления сверхбыстрой связи между квантово-коррелированными счетными ячейками. Управляющие сигналы будут многократно телепортироваться в сотовой паутине таких ячеек, а в конце по сигналу, передаваемому обычным электронным импульсом или световым лучом, если компьютер будет оптическим, откроется набор результирующих состояний — готовое решение задачи.

Очень заманчивая идея. Вот только как ее воплотить в жизнь, во многом остается еще неясным. Пока квантовые компьютеры существуют лишь на бумаге и с огромным количеством вопросов. Но как говорит восточная пословица, дорогу осилит идущий!

Рафаил Нудельман

Недавно я познакомился с письмом молодого компьютерного инженера, который, как я с удовольствием отметил, интересуется не только, как ему положено, компьютерами, но также многими другими вопросами, которые могут волновать думающего молодого человека, и, в частности, вопросами эволюции. Читая то-другое- третье, он наткнулся на споры креационистов с дарвинистами и, в частности, на весьма популярное у креационистов утверждение, что необыкновенная сложность человеческого глаза разом опровергает всю теорию эволюции. Не мог же такой изощренной сложности живой оптический прибор возникнуть в результате каких-то случайных мутаций и последующего отбора, говорят креационисты. Ведь вероятность правильного сочетания всех необходимых для этого деталей так мала, что для ее реализации не хватило бы всех 14 миллиардов лет существования вселенной. Автор письма, интуитивный "симпатизант" дарвинизма, не смог сам найти опровержение этого аргумента и в некоторой растерянности обращается к адресату с вопросом: "Не знаешь ли, как все-таки дарвинизм объясняет появление глаза?"

Можно было бы, конечно, сказать, что любая, самая малая вероятность, если только она отлична от нуля, может реализоваться в любой момент времени, не дожидаясь, пока пройдут все указанные миллиарды лет. Но это было бы не убедительно. На это немедленно последовал бы законный вопрос: а все другие сложные биологические органы? А печень? А мозг? А сама ДН К? Тоже результат счастливой случайности? Не слишком ли много счастья на одну человеческую душу?

Но дело в том, что это был бы и неверный ответ. Хотя бы потому, что вероятности тут почти ни при чем. И чтобы убедиться в этом, откроем небольшой секрет: глаз живых существ возникал на протяжении эволюции по меньшей мере 40 раз! Уж этого никакая счастливая случайность объяснить не может. Так и тянет немедленно пуститься в дарвинистское объяснение этого поразительного факта, но мы все-таки сдержим хотение и отсрочим немного это удовольствие, чтобы для начала, в качестве введения, так сказать — "пролегоменов", рассказать о другом сложном органе, который эволюция недавно преподнесла ученым на всех стадиях его последовательного становления — что называется, "на тарелочке с голубой каемочкой", — чтобы наглядно показать, как она неуклонно стремится к сложности и как она ее достигает, не взирая ни на какие козни вероятностей и креационистов.