esittely
Kvanttiteleportaatio ei ole vain tieteisfiktiota; se on täysin totta ja tapahtuu laboratorioissa nykyään. Mutta kvanttihiukkasten ja tiedon teleportointi on kaukana ihmisten säteilemisestä avaruuden läpi. Jollain tapaa se on vieläkin hämmästyttävämpää.
John PreskillKalifornian teknillisen korkeakoulun teoreettinen fyysikko on yksi johtavista kvanttilaskennan ja -informaation teoreetikoista. Tässä jaksossa apujuontaja Jana Levin haastattelee häntä sotkeutumisesta, bittien teleporttamisesta rannikolta rannikolle ja kvanttiteknologian vallankumouksellisesta lupauksesta.
Kuuntele Apple Podcastit, Spotify, Google Podcastit, Kääntää tai suosikki podcasting-sovelluksesi, tai voit suoratoista se osoitteesta Quanta.
Jäljennös
JANNA LEVIN: Mitä tulee mieleen, kun sanon sanan teleportaatio? Ehkä se on kuljetusalusta Star Trek lähettää miehistön välittömästi alas planeetalle tai aikamatkustavalle TARDIS:lle Doctor Who. Tieteiskirjallisuudessa teleportaatio on tarkoituksenmukainen laite kuljettaa ihmisiä paikasta toiseen ilman, että matkaan kuluu aikaa.
Mutta kvanttiteleportaatio? No, se on jotain dramaattisesti erilaista - ja täysin todellista.
Olen Janna Levin ja tämä on "The Joy of Why", podcast Quanta-lehti, jossa istun vuorotellen mikrofonin ääressä isäntätoverini kanssa, Steve Strogatz, joka tutkii joitain matematiikan ja luonnontieteiden tämän hetken suurimmista kysymyksistä.
Kvanttiteleportaatio on voimaa kadota yhdestä paikasta ja ilmestyä toiseen ilman matkustamista välillä. Vaikka emme ehkä koskaan vastaa elokuvista, tekniikka todennäköisesti mullistaa viestinnän, tietojenkäsittelyn ja ymmärryksemme ympäröivästä maailmasta.
Tänään on mukana yksi johtavista kvanttiteleportaation asiantuntijoista. John Preskill on teoreettisen fysiikan professori California Institute of Technologyssa ja kvanttiinformaation ja aineen instituutin perustaja ja nykyinen johtaja. Hänen tutkimuksessaan on tutkittu hiukkasfysiikkaa, kvanttikenttäteoriaa sekä varhaisen universumin ja mustien aukkojen kvanttinäkökohtia. Hänen nykyinen työnsä soveltaa tätä tutkimusta kvanttilaskentaan ja informaatioon liittyviin vaikeisiin ongelmiin. John, tervetuloa "The Joy of Why".
JOHN PRESKILL: Kiva olla täällä, Janna.
LEVIN: Kiva saada sinut. Haluan perehtyä tämän uskomattoman teknisen aiheen yksityiskohtiin, mutta voitko aloittaa yhdestä ydinkonseptista, joka on ajatus sotkeutumisesta, kvanttisekoittuminen?
PRESKILL: No, sotkeutuminen on sana, jota käytämme kvanttijärjestelmän osien välisiin tunnusomaisiin korrelaatioihin.
Ensinnäkin, mitä tarkoitamme korrelaatiolla? Voidaan puhua tavallisten bittien korrelaatioista. Oletetaan, että sinulla on bitti, joka on joko 0 tai 1. Ja minulla on bitti, joka on joko 0 tai 1. Sitten jos meillä molemmilla on 0 tai meillä molemmilla on 1, se on korrelaatio bittiemme välillä.
Kubittien tapauksessa ne voidaan korreloida samalla tavalla. Kun tarkkailemme tai mittaamme kubittia - bitin kvanttianalogi – hankimme vähän. Mutta mikä on erilaista kvanttitapauksessa, on se, että on olemassa useampi kuin yksi tapa tarkastella kubittia.
Joten voit ajatella sitä laatikona, jossa on vähän sisällä. Sisällä on joko 0 tai 1. Ja minulla on kaksi tapaa katsoa laatikon sisään. Siinä on kaksi ovea. Voin joko avata oven #1 tai voin avata oven #2. Ja joka suuntaan, näen vähän.
Ja meillä voi olla korrelaatio molemmilla tavoilla. Jos avaamme molemmat oven #1, näemme jonkin verran korrelaatiota hankkimasi bitin ja hankkimani bitin välillä. Ja jos me molemmat avaamme oven #2, näemme korrelaation, joka yleensä voi olla erilainen.
Ja koska meillä on nämä useita toisiaan täydentäviä tapoja tarkastella kubittia, niissä on korrelaatioita, jotka ovat mielenkiintoisempia ja monimutkaisempia kuin tavallisten bittien väliset korrelaatiot.
Mutta mysteeri on tämä: Et voi tarkkailla kubittia häiritsemättä sitä. Tämä on erittäin tärkeä ero tavallisen tiedon ja kvanttitiedon välillä.
LEVIN: Oletetaan siis, että häiritsen hiukkastani ja pakotan sen ottamaan tietyn tilan. Voimme kutsua sitä mittausprosessiksi, tai ehkä teen sen vahingossa. Ja saan selville, että se on 0. Ja se korreloi hiukkaseesi sellaisella tavalla. Onko se todella - kuten ihmiset sanovat - nopeammin kuin valonnopeus pakottaa hiukkaseesi tietyn tilan, jotta se kunnioittaisi korrelaatiota?
PRESKILL: Ei, valitettavasti ei. Voi kunpa olisikin. Jos katson kubittiani, sillä ei ole väliä, oletko katsonut omaasi vai et. Aion nähdä vain vähän satunnaista. Joten vasta kun katsomme ja puhumme toisillemme, voimme todeta, että meillä oli korrelaatio.
Mutta ellemme puhu, jokainen meistä tulee vain havainnoimaan puhdasta satunnaisuutta, mutta yhtä suurella mahdollisuudella olla 0 tai 1, eikä ole mitään keinoa välittää mitään tietoa.
LEVIN: Tietysti, jos keskustelemme toistemme kanssa, sen täytyy kulkea valon nopeutta hitaammin, sen osan kommunikaatiota.
PRESKILL: No, voit päästä melko lähelle valon nopeutta, mutta et nopeammin. Se on siis iso ongelma, että emme todellakaan voi, vaikka olisimme sotkeutuneita, lähettää tietoja minulta sinulle nopeammin kuin aika, joka kuluu valon kulkemiseen minulta sinulle. Kietoutuminen ei muuta tätä tarinaa.
LEVIN: Hämmästyttävä. Nyt täällä olemme keskustelleet sotkeutumisesta, joka juontaa juurensa ajatuskokeista [Albert Einstein yritti kamppailla kvanttimekaniikan kanssa ja joskus sitä vastaan. Miksi Einstein kutsui tätä tunnetusti "pelottava toimia etäisyys"? Tai joskus käännös on "aavemainen toiminta etäältä".
PRESKILL: No, Einstein oli erittäin vahvasti sitä mieltä, että fysiikan peruslaeissa ei pitäisi olla satunnaisuutta. Hänestä tuntui, että jos tiedämme kaiken, minkä voimme tietää - että fysiikan lait antavat meille mahdollisuuden tietää - fysikaalisesta järjestelmästä, meidän pitäisi pystyä ennustamaan täydellisesti, mitä näemme, kun tarkastelemme tuota järjestelmää.
Ja sotkeutuminen ei noudata tätä periaatetta. Maailmassa todellakin on todellista sattumanvaraisuutta. Vaikka tiedämmekin kaiken siitä sotkeutuneesta kubitista, jotka sinä ja minä jaamme, olet silti voimaton ennustamaan, mitä näet, kun katsot tuota kubittia. Se on vain vähän satunnaista. Ja se ei johdu siitä, ettet tiedä. Kyse on siitä, että sitä ei voi tietää.
LEVIN: Kuinka tästä tulee tärkeä vipu kvanttiteleportaatiossa? Se ei sinänsä ole kvanttiteleportaatiota. Eli miten sitä hyödynnetään?
PRESKILL: Se on hienovarainen kysymys. Joten puhutaan nyt siitä, mitä kvanttiteleportaatio on.
LEVIN: Ole kiltti, kyllä.
PRESKILL: Olet siis nyt New Yorkissa, eikö niin?
LEVIN: Olen New Yorkissa, joo.
PRESKILL: Hyvä on, Janna, minä olen tällä hetkellä Kaliforniassa, ja sinä olet New Yorkissa, ja minulla on täällä Kaliforniassa kubitti. Se on tässä kädessäni. Se on koodattu pieneen atomiin. Mutta kvantti-FedEx tekee joskus virheitä, joten he lähettivät minulle tämän qubitin, mutta se oli tarkoitettu sinulle. OK? Joten, minun on jotenkin keksittävä, kuinka saan qubittini sinulle. Ja jos meillä olisi jokin kanava, jota voisimme käyttää atomin lähettämiseen Kaliforniasta New Yorkiin, se olisi yksi tapa saada kubitti sinulle. Mutta meillä ei ole sellaista yhteyttä, jolla voisin lähettää atomeja.
Mutta et halua atomia, haluat atomissa olevan tiedon. No, sattuu niin, että teillä ja minulla oli näppärästi ennakointi luoda pari sotkeutunutta kubittia eilen, ennakoiden, että voimme jossain vaiheessa hyödyntää niitä.
Ja tässä on mitä voin tehdä. Voin ottaa tämän qubitin, jonka sain tänään. En tiedä mitä tietoa siinä on. Se on joku qubit, joka toimitettiin minulle. Ja voin tarkkailla sitä yhdessä puoleni kietoutuneesta kubittista, jonka sinä ja minä jaamme.
Ja nyt tarkkailen kahta kubittia ja teen sen - sanotaanko sitä sotkeutuneeksi mittaukseksi. Tarkastelemme näitä kahta kollektiivisesti, ja saan kaksi bittiä tietoa tarkkailemalla niitä. Ja sitten - nyt, tavallisen viestintälinkin kautta, kuten nyt käytämme - voin lähettää nämä kaksi tiedon bittiä sinulle. Ja sitten voit käyttää näitä kahta tietobittiä suorittaaksesi toimenpiteen qubitillesi New Yorkissa.
Ja nyt tuossa New Yorkin kubitissa on kaikki samat kvanttitiedot kuin tuossa mysteerikubitissa, jonka sain tänään. En tiedä mikä tuon kubitin tila on, ja itse asiassa tuhoan sen laboratoriossani tarkkaillessani sitä. Mutta voimme "reinkarnoida" sen niin sanotusti New Yorkissa. Ja tarvitset vain nämä kaksi bittiä tietoa rekonstruoidaksesi tuon kubitin täydellisesti. Se on kvanttiteleportaatiota.
LEVIN: Joten jossain mielessä sinulla oli Kaliforniassa kvanttiosavaltio, jonka halusit minun pystyvän jäljentämään New Yorkissa lähettämättä sitä FedExin kautta, ajaen ympäri maata. Halusit minun pystyvän tekemään sen ilman, että liikutan fyysisesti mitään välissä. Joten keksit tämän näppärän tavan, jolla voin rekonstruoida tilan omassa laboratoriossani noilla yksinkertaisilla ohjeilla.
Ja siinä mielessä se teleporttui. Se katosi puolestasi, koska tuhosit valtion ja prosessin, jolla yritit löytää tiedot, jotka sinun piti välittää minulle. Mutta se ilmestyi uudelleen laboratoriooni, kun välitit tiedot. Missasinko jotain olennaista tuossa parafraasissa?
PRESKILL: No, mielestäni sanoissasi on muutama asia, joka vahvistaa. Ensinnäkin, en ole aivan samaa mieltä väitteesi kanssa, että en lähettänyt sinulle mitään fyysistä. Itse asiassa tein. Lähetin sinulle kaksi tietoa.
LEVIN: Oh, lähetit minulle tietoa Internetin kautta.
PRESKILL: En voi tehdä sitä lähettämättä jotain fyysistä.
LEVIN: Sovittu.
PRESKILL: Ehkä se oli fotoneja, jotka kulkivat optisen kuidun kautta Kaliforniasta New Yorkiin. Ja tämä kommunikointi meidän välillämme oli todella välttämätöntä, jotta tämä toimisi.
Mutta se ei riitä. Se on hassu juttu kubiteissa. Jos haluan valmistella kubitin tilan, tarvitsen paljon tietoa. Voit tavallaan geometrisesti visualisoida kubitin pieneksi nuoleksi, joka osoittaa kolmiulotteisessa tilassa. Tiedätkö, kuten maan pinta. Ja jos haluan kertoa teille, kuinka valmistelin kubitin, valitsen pisteen tuolta maapallolta, joten minun on annettava teille leveys- ja pituusaste erittäin tarkasti kertoakseni tarkasti, kuinka tuo kubitti valmistettiin.
Joten tietyssä mielessä paljon tietoa menee sisään, mutta hyvin vähän tulee ulos, koska kun tarkkailet sitä, saat vain yhden bitin. Joten tuo yksi bitti ei kerro sinulle, kuinka kubitti niin sanotusti asetetaan maapallolle tietylle leveys- ja pituusasteelle. Siksi teleportaatio on merkittävää, koska lähetin sinulle vain nuo kaksi bittiä, ja se riitti rekonstruoimaan sen täydellisesti.
Se on kaksi bittiä yhdessä jakamamme sotkeutumisen kanssa, jotka meillä oli ennakointi valmistella eilen.
LEVIN: Totta, se on iso ero. Se on nyt hämmästyttävää. Lähetät minulle tietoa fyysisesti, joko internet- tai valosignaaleja tai miten tahansa lähetät ne minulle. Mutta jotenkin saan enemmän tietoa sotkeutuneen järjestelyn vuoksi, josta sovimme.
Ei siis ole niin, että sinulla olisi ollut IKEA-pöytäsi, ja tarvitsin tietoa omani rakentamisesta, ja sinä murskasit omasi palasiksi selvittääksesi, kuinka se koottiin. Sinun pitäisi silti kertoa minulle kaikki pienet tiedot. Joten kvanttiprosessissa on jotain olennaisesti erilaista kuin klassisessa prosessissa. Mitä hyötyä siitä on? Miksi se on niin jännittävää? Mikä on iso juttu?
PRESKILL: No, ensinnäkin, Janna, sinä ja minä olemme teoreettisia fyysikoita, joten tiedäthän, ei tarvitse paljoa innostua.
LEVIN: [naurava] Ehdottomasti.
PRESKILL: Mutta mitä hyötyä siitä on? Se on hyvä kysymys. Oletetaan siis, että haluamme levittää sotkeutumista ympäri maailmaa. Kuulostaa aika siistiltä eikö? Pidimme itsestäänselvyytenä, että sinä ja minä voisimme jakaa kietoutumisen Kalifornian ja New Yorkin välillä, emmekä puhuneet siitä, kuinka onnistuimme siinä.
Itse asiassa emme tiedä, miten se tehdään juuri nyt nykyisellä tekniikalla. Ei ole mitään syytä, miksi emme voisi periaatteessa, mutta käytännön syistä, nykyisellä tekniikallamme emme voi lähettää kubittia Kaliforniasta New Yorkiin ja saada sitä vahingoittumattomana.
Paras tapa lähettää kubitit on lähettää fotoneja optisen kuidun kautta, ja optisessa kuidussa on häviöitä. Joten jos yrität lähettää kubitin sadan kilometrin päähän, sillä on vain noin yksi mahdollisuus 50:stä selviytyä siitä katoamatta. Ja jos yritin lähettää sen tuhat kilometriä, mikä ei vieläkään riitä New Yorkiin pääsemiseen, on lähes nolla todennäköisyys, että se selviää.
Joten, kuinka voimme jakaa sotkeutumisen? No, luulemme tekevämme sen käyttämällä teleportaatiota. Se kuulostaa hieman pyöreältä, eikö? Koska tarvitsemme sotkeutumista tehdäksemme teleportaation. Mutta tässä on idea: voin lähettää kubitin vaikkapa 10 kilometriä tai 50 kilometriä, melko suurella onnistumistodennäköisyydellä.
LEVIN: Se on silti aika hyvä.
PRESKILL: Joo, ei se paha ole. Mutta oletetaan nyt, että haluan päästä Kaliforniasta New Yorkiin, joten esitän matkan varrella paljon pieniä solmuja, joissa aiomme tavallaan yhdistää kvanttiviestinnän. Joten kuvitellaan, että yritämme päästä paikasta A paikkaan C ja jaamme sotkeutumisen A:n ja B:n sekä B:n ja C:n välillä. Ja sitten meillä on tapa mitata näiden kietoutuneiden puoliskot B:stä. pareja. Kutsumme sitä sotkeutumisen vaihtamiseksi.
Teet mittauksen kahdesta kubitista B:ssä ja sanot sitten A:lle ja C:lle: "Ai, tässä on mittaustulos, joka minulla oli." Nyt A ja C voivat jakaa sotkeutumisen. OK? Käytännössä laajennamme sotkeutumisaluetta. Se on muunnelma teleportaatiosta.
Ja en ole vielä kertonut koko tarinaa, koska jos sotkeutuminen paikasta A paikkaan B ei ole niin hyvä ja sotkeutuminen paikasta B paikkaan C ei ole niin hyvä, voimme ottaa monia sotkeutumispareja, jotka ovat tavallaan meluisia. ja epätäydellisiä, ja on tapa tislata ne pienemmiksi sotkeutuneiksi pareiksi, jotka ovat paljon laadukkaampia. Ja tekemällä niin toistuvasti, voimme luoda yhteyden Kalifornian ja New Yorkin välille, ja sitten voimme käyttää sitä mihin tahansa. Voimme käyttää sitä kehittääksemme jaetun avaimen, jonka tiedämme olevan yksityinen, tai voimme käyttää sitä kvanttitietojen lähettämiseen.
Tässä on arkipäiväisempi, lyhyemmän matkan tapa, jolla voimme käyttää teleportaatiota. Jos kvanttitietokoneessa on kaksi sirua ja haluamme lähettää kvanttitietoa toiselta toiselle, voimme tehdä sen luomalla kietoutumisen kahden sirun välille ja käyttämällä sitten teleportaatiota tiedon lähettämiseen toisesta toiseen. . Ja se on luultavasti välttämätöntä kvanttilaskennan laajentamiseksi suuriin järjestelmiin, jotka voivat ratkaista todella vaikeita ongelmia.
LEVIN: Palaamme takaisin.
[Tauko mainoksen lisäämistä varten]
LEVIN: Tervetuloa takaisin "The Joy of Why".
Puhut siis todella teknologioista. Tiedän, että teit äskettäin uraauurtavaa Caltechin uutta keskusta. Kvanttitarkkuusmittauskeskus, uskon sen olevan nimeltään.
PRESKILL: Se on oikein, joo. Olet tehnyt tutkimusta.
LEVIN: Joo. Ja onko se suunnattu osittain kehittyviin teknologioihin? Kuten sanoit, olet teoreettinen fyysikko. Tämä on se, mitä jotkut ihmiset ovat sanoneet, "hyödyllisten ideoiden yllättävä hyödyllisyys". Mutta oletko suuntautunut kehittämään teknologioita tällaisen keskuksen kanssa vai aiotko todellakin mullistaa kvanttimekaniikan perustavanlaatuisen ymmärryksemme vai molemmat?
PRESKILL: Emme todellakaan voi erottaa näitä asioita. Tiede ja teknologia edistyvät yhdessä. Tieteemme kehittyessä kehitämme parempia teknologioita, mikä mahdollistaa uusien löydösten tekemisen. Kun tiede edistyy, se tapahtuu uusien ideoiden ja uusien teknologioiden yhdistelmän kautta.
Olen siis kiinnostunut esimerkiksi kvanttitietokoneista, ja on syytä odottaa, että sillä on lopulta suuri käytännön vaikutus yhteiskuntaan. Mutta se on myös loistava väline tieteelliseen löytöihin. Niinpä Quantum Precision Measurement -keskuksessa kehitämme teknologiaa, mutta silmällä pitäen parempia mittausstrategioita, jotka hyödyntävät ominaisuuksia, kuten kvanttikietoutumista, mikä antaa meille mahdollisuuden mitata asioita tarkemmin ja vähemmän invasiivisesti.
Kaikki haluavat mitata asioita paremmin, ja kvanttistrategiat voivat auttaa meitä tekemään mittauksia, jotka eivät muuten olisi mahdollisia. Se on todella sen keskuksen älyllinen teema.
LEVIN: Kyllä, ja kaikki haluavat hallita tietoa paremmin, nopeammin.
PRESKILL: No, kaikki ymmärtävät, että tieto on tärkeää ja mihin kvanttitietoa käytetään ja missä suuri käytännön vaikutus on – siitä on vielä paljon avoimia kysymyksiä.
Mutta voimme ennakoida, että kvanttitiedon, kvanttilaskennan ja kvanttisidonnan avulla pystymme tekemään asioita, joita emme voineet tehdä aiemmin. Ja sillä on lopulta käytännön vaikutus.
LEVIN: Arvaatko tämän käytännön vaikutuksen ulottuvan jokapäiväiseen elämäämme?
PRESKILL: Lopulta odotan sitä. Emme tiedä varmasti, miten tämä vaikutus tuntuu. Kvanttilaskennan tapauksessa paras idea, joka meillä on tällä hetkellä – ja se on vanha idea, joka juontaa juurensa yli 40 vuoden taakse. Richard Feynman - että voimme käyttää kvanttitietokoneita ymmärtääksemme tarkemmin, kuinka kvanttijärjestelmät käyttäytyvät.
Kaltaisemme fyysikot ymmärtävät, että se on mielenkiintoista, mutta se on myös tärkeää, koska se voi mahdollistaa uudentyyppisten materiaalien löytämisen, joilla on hyödyllisiä ominaisuuksia, uudentyyppisiä kemiallisia yhdisteitä, kuten lääkkeitä ja niin edelleen. Ja kaikki tämä lopulta vaikuttaa ihmisten jokapäiväiseen elämään. Ja myös kvanttimittauksen kanssa uskon, että kvanttiteknologia todella tulee lopulta koskettamaan kaikkea tieteessä.
Oletetaan, että biologiassa ja lääketieteessä haluaisimme pystyä tarkkailemaan, mitä solujen sisällä tapahtuu, ei-invasiivisesti ja suuremmalla herkkyydellä. Ja se tulee olemaan tärkeää hoitojen kannalta lopulta, ja se on myös tärkeää biologisen tieteen ymmärtämisen syvemmälle.
LEVIN: Siellä on myös paikka kvanttiteleportaatiolle painovoiman perusluonteen ymmärtämisessä, jonka tiedän olleen tutkimuksenne keskeinen osa. Miten sotkeutumisella voi olla roolia niin suurissa ja puustossa kuin mustissa aukoissa?
PRESKILL: Minulle tämä on yksi jännittävimmistä asioista kvanttitiedossa, se on se, että se antaa meille uusia ajattelutapoja muista perustavanlaatuisista kysymyksistä, mukaan lukien tiivistyneen aineen fysiikassa, jossa yritämme ymmärtää kvanttiaineen erittäin sotkeutuneita tiloja. ja gravitaatiofysiikassa.
Tämä tarina juontaa juurensa pitkälle vuoteen 1935, jolloin kaksi kuuluisaa lehteä ilmestyi lehdessä Fyysinen arviointi. Yksi niistä, Einstein ja [Nathan] Rosen, koski havaintoa, että voimme löytää ratkaisuja yleisessä suhteellisuusteoriassa Einsteinin yhtälöihin, jotka kuvaavat aika-avaruutta, jossa on madonreikä avaruudessa. Tätä ei silloin ymmärretty kovin hyvin, mutta ratkaisu kuvaa kahta mustaa aukkoa, joilla on yhteinen sisäpuoli – eräänlainen madonreikä, joka yhdistää näiden kahden mustan aukon sisäpuolen.
Ja Einsteinin paperi, [Boris] Podolski ja Rosen oli kvanttisekoituksesta ja erikoinen tapa, jolla se mahdollistaa järjestelmien korreloinnin toistensa kanssa tavalla, jota emme voi kuvata klassisen tiedon termein.
Ja mitä olemme oppineet arvostamaan viimeisen 10 vuoden aikana: Nämä kaksi ilmiötä, kvanttikettuminen ja madonreiät avaruudessa, liittyvät läheisesti toisiinsa. Itse asiassa niitä voidaan pitää kahdena tapana kuvata samaa asiaa. Tämä on yleinen asia fysiikassa ja erittäin voimaannuttavaa. Jos meillä on kaksi eri tapaa kuvata samaa ilmiötä, jotka näyttävät hyvin erilaisilta, mutta kuvaavat täsmälleen samaa fysiikkaa, se voi antaa meille mahdollisuuden saada syvempää ymmärrystä.
Ja niin, mitä arvostamme nyt ja jonka voimme sanoa melko selvästi kvanttigravitaation versiossa, jonka ymmärrämme parhaiten, on se, että jos kaksi mustaa aukkoa kietoutuvat erittäin voimakkaasti toisiinsa, ne yhdistetään madonreiällä avaruudessa.
Alicella voi olla musta aukkonsa ja Bobilla omansa, ja jos he ovat sotkeutuneet toisiinsa, se tarkoittaa, että Alice ja Bob voivat molemmat hypätä mustiin aukkoihinsa. Ja sitten he voisivat tavata ja ehkä olla jonkin aikaa suhteessa, vaikka he olisivat tuomittuja, kuten Romeo ja Julia, osumaan singulaarisuuteen ja tuhoutumaan. Mutta voimme tehdä siitä vielä hauskempaa, ja tässä teleportaatio tulee mukaan.
Voimme tehdä madonreiästä avaruudessa juuri oikeissa olosuhteissa läpikäytäväksi. Alkuperäinen madonreikä, jonka Einstein ja Rosen kuvasivat alun perin, on esimerkki madonreiästä, jota ei voida kiertää. Tämä tarkoittaa, että et voi hypätä toisesta päästä sisään ja tulla ulos toisesta päästä. Mutta olemme oppineet ymmärtämään, että kvanttiteoriassa on todella mahdollista lähettää negatiivinen energiapulssi mustaan aukkoon. Kun normaalisti lähetät ainetta mustaan aukkoon, se saa sen tapahtumahorisontin liikkumaan hieman ulospäin, tuo negatiivinen energiapulssi voi saada sen liikkumaan hieman sisäänpäin. Ja se on juuri sitä, mitä tarvitsemme, jotta Alice voi heittää hieman tai kubitin mustaan aukkoonsa ja tulla ulos Bobin päästä.
On olemassa vaihtoehtoinen tapa kuvata tätä, mikä on, tämä on todella eräs kvanttiteleportaation muoto.
Joten mielestäni se on todella hauskaa, koska se viittaa siihen, että gravitaatiointuitio voi auttaa meitä ymmärtämään hyvin monimutkaisten kvanttijärjestelmien käyttäytymistä, jotka muuten vaikuttaisivat hyvin epäintuitiivisilta.
LEVIN: On aivan mahtava ja kiehtova käänne sukeltaa niin syvälle kvanttiin, yrittää ymmärtää laajamittaisia ilmiöitä, kuten mustien aukkojen olemassaoloa tai niiden selviytymistä.
Ja aion hiipiä yhteen kysymykseen mustien aukkojen haihtumista ja siitä, kuinka kvanttiteleportaatiolla voi olla merkitystä ymmärryksen kannalta, kuinka jos Alice hyppää mustaan aukkoonsa, hänen informaationsa ei ehkä lopulta häviä, ja että kvanttiteleportaatio voi olla tapa saada takaisin, mitä tapahtui Alicelle sen jälkeen, kun hän hyppäsi mustaan aukkoon.
PRESKILL: No, tiesin, että kun tapasin Janna Levinin, puhuisimme lopulta mustista aukoista.
LEVIN: [naurava] Voin kääntää minkä tahansa keskustelun keskusteluksi mustista aukoista.
PRESKILL: Ei yllätys siellä.
Itse asiassa uskon, että se, mitä juuri kuvasin, antaa meille käsityksen prosessista, jolla informaatio pakenee mustista aukoista, minkä uskomme sen tekevän. Fysiikan lait eivät salli tiedon tuhoamista, vaikka se putoaisi mustiin aukkoihin ja mustat aukot haihtuisivat. Se vain sekoitetaan johonkin muotoon, jota on erittäin vaikea lukea. Siinä on jonkinlainen paikkakuntarikkomus. Tämä on fysiikan tärkein tai yksi tärkeimmistä perusperiaatteista. Viittasimme siihen aiemmin – että tieto ei voi kulkea valonnopeutta nopeammin.
Mutta jossain mielessä päästäkseen pois mustasta aukosta, tieto kulkee määritelmän mukaan valoa nopeammin. Valo on loukussa sisällä, tieto pääsee ulos. Ja se osoittaa, että ajatus kausaalisuudesta - tapa, jolla me yleensä ajattelemme siitä, että on olemassa nopeusrajoitus sille, kuinka nopeasti tieto voi kulkea - ei ole ehdottomasti totta kaikissa olosuhteissa. Tätä periaatetta voidaan rikkoa.
Ja aika-avaruus itsessään ei ehkä todellakaan ole peruskäsite. Pikemminkin se on an Jonkin monimutkaisen kvanttijärjestelmän ilmentyvä ominaisuus jossa asiat ovat erittäin kietoutunut.
Joten miten on mahdollista, että ajattelemme normaaleissa olosuhteissa, että tämä kausaalisuuden käsite näyttää täyttyvän niin tiukasti? Luulen, että meillä on vastaus tähän, ja on varsin mielenkiintoista, että se liittyy kvanttilaskentaan.
Meidän mielestämme on mahdollista rikkoa syy-yhteyttä, lähettääksesi tietoa valoa nopeammin. Mutta sen tekeminen vaatii kvanttilaskentaa, jollaista voisit tehdä kvanttitietokoneella, joka on niin monimutkainen ja niin tehokas, että emme koskaan pysty tekemään sitä käytännössä.
Joten, meidän pitäisi pystyä repimään irti tila minun Kaliforniassa ja sinun, Janna, välillä New Yorkissa. Periaatteessa voimme. Käytännössä se on niin äärimmäisen vaikeaa, että se vaatisi niin tehokkaan laskennan, ettei kukaan koskaan onnistu.
LEVIN: Merkittävää. Nyt, John, olet viettänyt paljon elämästäsi yrittäessäsi ymmärtää joitain kvanttiteorian kaikkein vaikeimpia ja haastavimpia käsitteitä. Mikä teoreettisen fysiikan ja kvanttiteleportaation opiskelussa tuo sinulle iloa?
PRESKILL: Minua on helppo viihdyttää, joten monet asiat tuovat minulle iloa. Mutta sekä kysymykset että vastaukset voivat tuoda iloa. Ideat, joita et ole koskaan ennen kuullut ja joiden ymmärrät olevan syviä ja kiehtovia, voivat tuoda iloa. Joten kun ensin ymmärsin, että voimme teoriassa - ja luulen lopulta käytännössä - rakentaa kvanttitietokoneita, jotka ovat niin tehokkaita, että ne pystyvät ratkaisemaan ongelmia, joita emme koskaan pystyisi ratkaisemaan, jos tämä olisi klassinen maailma, oli tavallaan yksi onnellisimmista hetkistä kohdata niin syvä ja mielenkiintoinen idea. Ja sen ajattelu johti lopulta vaihtamaan oman tutkimukseni suuntaa.
LEVIN: Se on niin kaunista tavaraa. Olemme puhuneet Caltechin teoreettisen fyysikon John Preskillin kanssa kvanttiteleportaation uskomattomasta luonteesta ja mahdollisista sovelluksista. John, kiitos paljon, että olit kanssamme tänään.
PRESKILL: Minulla oli hauskaa, Janna. Kiitos.
LEVIN: Minä myös. Puhuminen on aina hauskaa. 'Pian.
[Teematoistot]
LEVIN: "The Joy of Why" on podcastilta Quanta-lehti, toimituksellisesti riippumaton julkaisu, jota tukee Simonsin säätiö. Simons Foundationin rahoituspäätöksillä ei ole vaikutusta aiheiden valintaan, vieraisiin tai muihin toimituksellisiin päätöksiin tässä podcastissa tai Quanta-lehti.
"The Joy of Why" on tuottanut PRX Productions. Tuotantotiimi on Caitlin Faulds, Livia Brock, Genevieve Sponsler ja Merritt Jacob. PRX Productionsin vastaava tuottaja on Jocelyn Gonzales. Morgan Church ja Edwin Ochoa tarjosivat lisäapua. From Quanta-lehti, John Rennie ja Thomas Lin tarjosivat toimituksellisia ohjeita Matt Carlstromin, Samuel Velascon, Nona Griffinin, Arleen Santanan ja Madison Goldbergin tukemana.
Teemamusiikkimme on APM Musicilta. Julian Lin keksi podcastin nimen. Jakson kuvataide on Peter Greenwood ja logomme ovat Jaki King ja Kristina Armitage. Erityinen kiitos Columbia Journalism Schoolille ja Bert Odom-Reedille Cornell Broadcast Studiosilla.
Olen isäntäsi, Janna Levin. Jos sinulla on meille kysymyksiä tai kommentteja, lähetä meille sähköpostia osoitteeseen . Kiitos kuuntelemisesta.
- SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
- PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
- PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
- PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
- Lähde: https://www.quantamagazine.org/what-is-quantum-teleportation-20240314/
- :on
- :On
- :ei
- :missä
- ][s
- $ YLÖS
- 1
- 10
- 40
- 50
- a
- pystyy
- Meistä
- siitä
- Tietoja Quantum
- ehdottomasti
- onnettomuus
- hankkia
- poikki
- Toiminta
- todella
- Ad
- lisä-
- edistää
- ennakot
- etenee
- Etu
- vaikuttaa
- Jälkeen
- vastaan
- sovittu
- alice
- Kaikki
- sallia
- mahdollistaa
- melkein
- pitkin
- Myös
- vaihtoehto
- Vaikka
- aina
- hämmästyttävä
- keskuudessa
- vahvistaa
- an
- analoginen
- ja
- Toinen
- vastaus
- vastauksia
- ennakoida
- ennakointi
- Kaikki
- mitään
- erilleen
- sovelluksen
- näyttää
- ilmestyi
- omena
- sovellukset
- sovelletaan
- arvostaa
- OVAT
- ALUE
- noin
- Art
- AS
- näkökohdat
- koolla
- Apu
- olettaa
- At
- atomi
- tietoinen
- takaisin
- Huono
- BE
- kaunis
- koska
- tulevat
- ollut
- ennen
- käyttäytyminen
- ovat
- Uskoa
- PARAS
- Paremmin
- välillä
- Iso
- Suurimmat
- biologia
- Bitti
- bittiä
- Musta
- Musta aukko
- mustat aukot
- bob
- Boris
- sekä
- Laatikko
- Tauko
- tuoda
- Tuo
- lähettää
- Brock
- rakentaa
- mutta
- by
- Kalifornia
- soittaa
- nimeltään
- tuli
- CAN
- Voi saada
- ei voi
- tapaus
- Solut
- keskus
- keskeinen
- tietty
- Tuoli
- haastava
- mahdollisuus
- muuttaa
- ominainen
- kemiallinen
- sirut
- kirkko
- pyöreä
- olosuhteet
- lähellä
- tarkasti
- Yhteisisäntä
- Rannikko
- kollektiivisesti
- COLUMBIA
- yhdistelmä
- Tulla
- tulee
- kommentit
- Yhteinen
- Viestintä
- Yhteydenpito
- täydentävä
- monimutkainen
- laskeminen
- tietokone
- tietokoneet
- tietojenkäsittely
- käsitteet
- Tiivistynyttä ainetta
- olosuhteet
- kytkeä
- kytketty
- Kytkeminen
- liitäntä
- Yhdistää
- ohjaus
- Keskustelu
- Viileä
- Ydin
- Cornell
- korjata
- Korrelaatio
- korrelaatiot
- voisi
- maa
- Kurssi
- luoda
- miehistö
- ratkaiseva
- Nykyinen
- Tällä hetkellä
- Päivämäärät
- sopimus
- päätökset
- syvä
- syvempää
- syvästi
- määritelmä
- toimittaa
- toimitettu
- kaivaa
- kuvata
- on kuvattu
- kuvailee
- kuvataan
- kirjoituspöytä
- tuhota
- tuhonnut
- yksityiskohdat
- kehittää
- kehittämällä
- laite
- DID
- ero
- eri
- suunta
- kadota
- katoamassa
- löytö
- pohtia
- keskusteltiin
- etäisyys
- jakaa
- do
- ei
- ei
- tekee
- Dont
- Tuhoon tuomittu
- Mukaan
- ovet
- alas
- dramaattisesti
- ajo
- kukin
- Aikaisemmin
- Varhainen
- Varhainen universumi
- maa
- helppo
- Pääkirjoitus
- Edwin
- vaikutus
- Einstein
- myöskään
- valtuuttaa
- valtuuttamisesta
- mahdollistaa
- mahdollistaa
- koodattu
- kohdata
- loppu
- energia
- tarpeeksi
- kietoutuminen
- viihdyttää
- täysin
- episodi
- yhtäläinen
- yhtälöt
- olennainen
- perustamisesta
- Jopa
- tapahtuma
- lopulta
- EVER
- Joka
- jokainen
- arjen
- jokainen
- kaikki
- täsmälleen
- esimerkki
- innoissaan
- jännittävä
- johtaja
- Vastaava tuottaja
- olemassaolo
- olemassa
- odottaa
- kokeiluja
- asiantuntijat
- nimenomaisesti
- Käyttää hyväkseen
- hyödynnetään
- tutkitaan
- Tutkiminen
- ulottuu
- silmä
- tosiasia
- Falls
- kuuluisa
- erinomaisesti
- paljon
- Far Cry
- lumoava
- FAST
- nopeampi
- Suosikki
- virhe
- harvat
- vähemmän
- Kaunokirjallisuus
- ala
- Kuva
- kuviollinen
- Löytää
- Etunimi
- varten
- voima
- aavistaa
- kaukokatseisuus
- muoto
- perusta
- perustaja
- tuore
- alkaen
- hauska
- perus-
- pohjimmiltaan
- rahoitus
- hauska
- suunnattu
- general
- saada
- saa
- saada
- Antaa
- Antaminen
- maapallo
- Goes
- menee
- hyvä
- sai
- myönnetty
- painovoiman
- painovoima
- suuri
- suurempi
- Greenwood
- Griffin
- uraauurtava
- vieraat
- ohjaus
- HAD
- Puoli
- puolikkaat
- käsi
- tapahtua
- tapahtui
- Happening
- tapahtuu
- Kova
- Olla
- he
- kuuli
- auttaa
- hänen
- tätä
- Korkea
- korkeampi
- erittäin
- häntä
- hänen
- Osuma
- Reikä
- Holes
- horisontti
- isäntä
- Miten
- Miten
- Kuitenkin
- HTML
- http
- HTTPS
- sata
- i
- ajatus
- ideoita
- if
- ikea
- kuvitella
- Vaikutus
- tärkeä
- määrätä
- in
- Mukaan lukien
- uskomaton
- uskomattoman
- itsenäinen
- ilmaisee
- vaikutus
- tiedot
- sisällä
- tietoa
- heti
- Instituutti
- ohjeet
- väline
- henkinen
- tarkoitettu
- kiinnostunut
- mielenkiintoinen
- sisusta
- Internet
- Haastattelut
- tulee
- esitellä
- intuitio
- kysymys
- IT
- SEN
- itse
- Jaakob
- Johannes
- liittyi
- journalismi
- matka
- ilo
- hypätä
- hyppäsi
- hyppyjä
- vain
- avain
- kilometriä
- laji
- kuningas
- Tietää
- tunnettu
- laboratorio
- laboratoriot
- suuri
- laaja
- Sukunimi
- Lait
- Johto
- johtava
- Led
- vähemmän
- vipu
- elämä
- valo
- pitää
- Todennäköisesti
- RAJOITA
- lin
- LINK
- Kuunteleminen
- vähän
- Lives
- sijainti
- logo
- Pitkät
- katso
- Katsoin
- näköinen
- tappiot
- menetetty
- Erä
- erien
- aikakauslehti
- tehdä
- TEE
- Tekeminen
- onnistui
- ottelu
- tarvikkeet
- matematiikka
- matta
- asia
- Saattaa..
- ehkä
- me
- tarkoittaa
- välineet
- mitata
- mittaus
- mitat
- mekaniikka
- lääketiede
- Tavata
- mic
- ehkä
- mielessä
- menettää
- virheitä
- Moments
- lisää
- Morgan
- eniten
- liikkua
- Elokuvat
- liikkuvat
- paljon
- moninkertainen
- Musiikki
- my
- Mysteeri
- nimi
- Nathan
- luonto
- välttämätön
- Tarve
- tarvitaan
- negatiivinen
- ei ikinä
- Uusi
- Uudet teknologiat
- New York
- Nro
- solmut
- normaali
- Normaalisti
- Käsite
- nyt
- havainto
- tarkkailla
- OCHOA
- of
- pois
- oh
- Vanha
- on
- kerran
- ONE
- vain
- avata
- toiminta
- or
- tilata
- tavallinen
- alkuperäinen
- alun perin
- Muut
- muuten
- meidän
- ulos
- yli
- oma
- pari
- paria
- Paperi
- paperit
- osa
- osat
- erikoinen
- Ihmiset
- ihmisten
- täydellisesti
- Suorittaa
- ehkä
- Pietari
- lääkkeet
- ilmiö
- Fotonit
- fyysinen
- fyysisesti
- fyysikko
- Fysiikka
- poiminta
- kappaletta
- Paikka
- kone
- Platon
- Platonin tietotieto
- PlatonData
- Pelaa
- soittaa
- Ole hyvä
- podcast
- Podcasting
- Kohta
- mahdollinen
- mahdollisesti
- mahdollinen
- teho
- voimakas
- voimaton
- Käytännön
- harjoitusta.
- tarkasti
- Tarkkuus
- ennustaa
- Valmistella
- valmis
- aika
- periaate
- periaatteet
- yksityinen
- todennäköisesti
- ongelmia
- prosessi
- valmistettu
- tuottaja
- tuotanto
- tuotannot
- Opettaja
- lupaus
- ominaisuudet
- omaisuus
- suojattu
- mikäli
- Julkaisu
- pulssi
- puhdas
- laittaa
- laatu
- Kvantamagatsiini
- Kvantti
- Kvanttitietokone
- kvantitietokoneet
- kvanttilaskenta
- kvantti takertuminen
- kvantitiedot
- kvanttimittaus
- Kvanttimekaniikka
- kvanttihiukkasia
- kvanttijärjestelmät
- kvanttitekniikka
- qubit
- kubittien
- kysymys
- kysymykset
- melko
- satunnainen
- satunnaisuuden
- alue
- pikemminkin
- Lue
- todellinen
- ymmärtää
- ihan oikeesti
- reason
- syistä
- sai
- äskettäin
- toipua
- katso
- tarkoitettuja
- liittyvä
- yhteys
- suhteellisuus
- merkityksellinen
- huomattava
- TOISTUVASTI
- edellyttää
- Vaatii
- tutkimus
- kunnioittaminen
- johtua
- vallankumouksellinen
- mullistaa
- oikein
- Rooli
- Said
- sama
- vakuuttunut
- sanoa
- skaalaus
- Koulu
- tiede
- Tiede ja teknologia
- Tieteiskirjallisuus
- tieteellinen
- nähdä
- näyttää
- näyttää
- valinta
- lähettää
- lähettäminen
- tunne
- Herkkyys
- lähetetty
- erillinen
- setup
- Jaa:
- yhteinen
- hän
- shouldnt
- signaalit
- samankaltainen
- Yksinkertainen
- erikoisuus
- hiipiä
- So
- yhteiskunta
- ratkaisu
- Ratkaisumme
- SOLVE
- jonkin verran
- jollakin tavalla
- jotain
- joskus
- pian
- hienostunut
- äänet
- Tila
- puhua
- puhuminen
- erityinen
- nopeus
- käytetty
- Spotify
- Alkaa
- Osavaltio
- Lausunto
- Valtiot
- Yhä
- Tarina
- strategiat
- voimakkaasti
- studiot
- tutkimus
- aihe
- menestyä
- menestys
- niin
- Ehdottaa
- tuki
- Tuetut
- varma
- pinta
- yllätys
- eloonjääminen
- vaihtamalla
- järjestelmä
- järjestelmät
- ottaa
- vie
- Puhua
- puhuminen
- joukkue-
- Tekninen
- Technologies
- Elektroniikka
- kertoa
- ehdot
- kuin
- kiittää
- Kiitos
- että
- -
- tiedot
- Valtion
- maailma
- heidän
- Niitä
- teema
- sitten
- teoreettinen
- teoria
- hoitomuodot
- Siellä.
- Nämä
- ne
- asia
- asiat
- ajatella
- Ajattelu
- tätä
- Thomas
- ne
- vaikka?
- ajatus
- tuhat
- kolmiulotteinen
- Kautta
- heittää
- aika
- että
- tänään
- yhdessä
- kertoi
- liian
- otti
- Aiheet
- kosketa
- kohti
- Kääntäminen
- loukussa
- matkustaa
- Matkustaminen
- kokeillut
- totta
- todella
- yrittää
- yrittää
- VUORO
- kääntyy
- kaksi
- tyypit
- Lopulta
- varten
- ymmärtää
- ymmärtäminen
- ymmärtää
- ymmärsi
- CasinoUniverse
- ellei
- us
- käyttää
- käytetty
- hyödyllinen
- hyödytön
- käyttämällä
- yleensä
- variantti
- versio
- hyvin
- kautta
- rikotaan
- RIKKOMINEN
- havainnollistaa
- haluta
- halusi
- haluaa
- oli
- hukkaan
- Tapa..
- tavalla
- we
- WebP
- tervetuloa
- HYVIN
- meni
- olivat
- Mitä
- Mikä on
- mikä tahansa
- kun
- onko
- joka
- vaikka
- koko
- miksi
- tulee
- toivottaa
- with
- ilman
- ihana
- sana
- Referenssit
- maailman-
- madonreikä
- olisi
- vuotta
- Joo
- eilen
- vielä
- york
- Voit
- Sinun
- sinun
- zephyrnet
- nolla-