Коллектив авторов - На что похоже будущее? Даже ученые не могут предсказать… или могут?

Переход от идеи суперпозиции и запутанности к понятию квантовой телепортации кажется вполне закономерным. Но может ли такой переход быть реализован на практике? Общий принцип работы квантовой телепортации состоит в следующем: две запутанные частицы помещаются на удалении друг от друга, после чего проводится сканирование подлежащего телепортации объекта таким образом, чтобы можно было перенести только информацию о нем из одной точки в другую посредством запутанной пары.

Но даже для телепортации одного-единственного атома требуется обладать исчерпывающей информацией о его квантовом состоянии, то есть, по сути, мы должны знать о нем все. Изначально считалось, что это просто невозможно в силу так называемого принципа неопределенности Гейзенберга, согласно которому мы никогда не сможем просканировать квантовую систему так, чтобы получить всю информацию о ней, необходимую для того, чтобы воссоздать ее где-то еще. Однако решением этой проблемы может стать квантовая запутанность, обеспечивающая мгновенную передачу определенной информации на квантовом уровне. Она дополняется результатами измерения частицы, которые передаются отдельно через некоторое время. На основе собранной таким образом информации, включающей как сведения, переданные согласно принципам квантовой механики посредством запутанной пары, так и результаты сканирования, переданные отдельно на скорости света, затем на другом конце из соответствующего сырья воссоздается исходный объект.

В 1993 г. шестеро ученых из разных стран под руководством сотрудника компании IBM Чарльза Беннетта впервые продемонстрировали возможность передачи состояния частицы на расстояние посредством квантовой запутанности, тем самым положив начало современному представлению о квантовой телепортации. Работа в этом направлении продолжилась. За прошедшие годы исследователям удалось провести серию экспериментов со все большим числом запутанных атомов. Проблема, конечно, заключается в том, что, несмотря на возможность телепортации нескольких протонов света или группы атомов (относящихся к газу определенного типа, охлажденному до температуры, близкой к абсолютному нулю), использовать квантовую запутанность для передачи огромного объема информации, необходимого для описания связей между триллионами атомов, из которых состоит человеческое тело, куда труднее.

Необходимо отметить, что суть телепортации не сводится к простому созданию копии исходной частицы. Во всяком случае, на квантовом уровне передача всей информации о частице означает передачу самой частицы: переносить исходную частицу на физическом уровне просто не нужно. При этом важно понимать, что телепортация объекта предполагает, что он уничтожается в точке А и затем воссоздается в точке Б. Вместе с тем недавние предварительные исследования, проводимые в рамках изучения телепортации частиц, показывают возможность квантовой телепортации самого объекта.

Только нужно помнить, что от технологии, используемой персонажами «Звездного пути», нас, вероятно, отделяют столетия.

Если научной базой идеи телепортации служит квантовая механика, то есть теория строения вещества на очень малых расстояниях, источником наших представлений о путешествиях во времени является теория, описывающая Вселенную на очень больших расстояниях, — общая теория относительности Эйнштейна (ОТО).

В настоящее время данная теория — наиболее точное описание природы пространства и времени, и тот факт, что она не исключает полностью возможность перемещения во времени, дает нам повод серьезно взяться за изучение этой темы. Согласно постулатам ОТО, под воздействием материи происходит искривление пространства и времени. Более того, математический аппарат ОТО допускает возможность существования пространственно-временных областей весьма причудливой формы, таких, например, как черные дыры или кротовые норы. Теснее всего с нашей темой связана идея замкнутой времениподобной кривой. Она представляет собой замкнутую мировую линию, проходящую через искривленное пространство-время так, что время с неизбежностью возвращается к одним и тем же значениям. Если бы вам довелось проследовать вдоль этой линии, вам бы казалось, что время идет вперед, как обычно. Однако в конце пути вы бы оказались в точке отправления, в момент непосредственно перед отправлением. Таким образом, по сути, вы бы переместились назад во времени. Как раз такие петли и служат обоснованием большинства теоретических рассуждений на тему путешествия во времени.

Хотя многие физики считают петли времени «нефизическими», среди них есть и те, кто не столь категоричен в оценках. Автором первого решения уравнений в рамках ОТО, описывающего петли времени, стал Виллем ван Стокум, опубликовавший его в 1937 г. Ван Стокум рассматривал бесконечно длинный цилиндр из очень плотного вещества, быстро вращающийся в пустом пространстве. Из математического описания такого сценария следовало, что область пространства-времени вокруг цилиндра сильно искривится и при этом образуется петля времени. К сожалению, такой цилиндр не может существовать физически, так как в этом случае пространство-время имело бы весьма странные свойства, проявляющиеся во всей Вселенной, а, как мы знаем, в реальности Вселенная такими свойствами не обладает.

В 1949 г. американский математик австрийского происхождения Курт Гёдель, как и Эйнштейн, работавший в Институте перспективных исследований в Принстоне, выступил с другим гипотетическим сценарием, также не противоречащим ОТО, но при этом приводящим к появлению петель времени. Однако, как тогда, так и сейчас, большинство физиков считают, что логические парадоксы путешествия во времени, служат достаточным основанием для того, чтобы исключить его возможность, а теоретические лазейки в физических законах, допускающие путешествие во времени, в итоге будут устранены, когда мы поймем эти законы лучше. Возможно, это произойдет с появлением единой теории квантовой гравитации, которая объединит две важнейшие теории в физике: квантовую механику и ОТО. Пока что у нас нет такой «теории всего», но мы продолжаем работу над ее созданием.

К 1960–1970-х гг. несколько физиков-теоретиков, занимавшихся поиском решений уравнений ОТО, обнаружили целый ряд моделей, допускавших существование петлей времени. Во всех из них фигурировали вращающиеся тела, заставлявшие деформироваться окружающее пространство-время. Наибольшую известность получила идея, предложенная Франком Типлером, который в 1974 г. опубликовал статью, посвященную развитию теории вращающегося цилиндра ван Стокума. Он показал, что цилиндр должен быть 100 км в длину и 10 км в диаметре и изготовлен из какого-то очень необычного, исключительно плотного материала. Кроме того, он должен обладать фантастическими показателями прочности и жесткости, чтобы собственная гравитация вдоль оси его не сплющила, а также компенсировать громадную центробежную силу, разрывающую его при вращении внешней поверхности с линейными скоростями, близкими к половине скорости света. Несмотря на все это, Типлер вполне справедливо отметил, что все эти трудности не носят принципиального характера и могут быть преодолены при достаточном уровне развития технологий.