Wprowadzenie
Teleportacja kwantowa to nie tylko science fiction; jest to całkowicie realne i dzieje się dzisiaj w laboratoriach. Teleportowanie cząstek kwantowych i informacji jest jednak dalekie od wysyłania ludzi w przestrzeń. W pewnym sensie jest to jeszcze bardziej zdumiewające.
Johna Preskilla, fizyk teoretyczny z California Institute of Technology, jest jednym z czołowych teoretyków obliczeń kwantowych i informacji. W tym odcinku współgospodarzem Jana Lewina przeprowadza z nim wywiad na temat splątania, teleportacji fragmentów z wybrzeża na wybrzeże i rewolucyjnej obietnicy technologii kwantowej.
Nasłuchiwać Podcasty Apple, Spotify, Podcasty Google, Dostroić lub swoją ulubioną aplikację do podcastów, lub możesz przesyłaj strumieniowo z Quanta.
Transkrypcja
JANNA LEVIN: Kiedy mówię słowo teleportacja, co przychodzi mi na myśl? Może to transporter z Star Trek natychmiastowe przesłanie załogi na planetę lub podróżującą w czasie TARDIS Doctor Who. W science fiction teleportacja jest przydatnym narzędziem pozwalającym przenosić ludzi z jednego miejsca do drugiego, nie tracąc czasu na podróż.
Ale teleportacja kwantowa? Cóż, to coś zupełnie innego – i całkowicie realnego.
Nazywam się Janna Levin, a to jest podcast „The Joy of Why” z serwisu Magazyn Quanta, gdzie na zmianę zasiadam za mikrofonem wraz z moim współgospodarzem, Steve'a Strogatza, badając niektóre z najważniejszych pytań współczesnej matematyki i nauk ścisłych.
Teleportacja kwantowa to moc znikania z jednego miejsca i pojawiania się w innym, bez konieczności podróżowania pomiędzy. Choć być może nigdy nie dorównamy filmom, technologia ta prawdopodobnie zrewolucjonizuje komunikację, informatykę i nasze rozumienie otaczającego nas świata.
Dziś dołączył do nas jeden z czołowych ekspertów w dziedzinie teleportacji kwantowej. Johna Preskilla jest profesorem fizyki teoretycznej w California Institute of Technology oraz założycielem i obecnym przewodniczącym Instytutu Informacji Kwantowej i Materii. Jego badania dotyczyły fizyki cząstek elementarnych, kwantowej teorii pola oraz kwantowych aspektów wczesnego Wszechświata i czarnych dziur. W swojej obecnej pracy stosuje te badania do trudnych problemów w obliczeniach kwantowych i informacji. John, witaj w „Radości dlaczego”.
JOHN PRESKILL: Cieszę się, że tu jestem, Janno.
LEWIN: Cieszę się, że cię mam. Chcę zagłębić się w szczegóły tego niezwykle technicznego tematu, ale czy mógłbyś zacząć od jednego z podstawowych pojęć, jakim jest pomysł na splątanie, splątanie kwantowe?
WSTĘPNA UMIEJĘTNOŚĆ: Cóż, splątanie to słowo, którego używamy do określenia charakterystycznych korelacji między częściami układu kwantowego.
Po pierwsze, co rozumiemy przez korelację? Można mówić o korelacjach dla zwykłych bitów. Powiedzmy, że ty masz bit, który wynosi 0 lub 1. A ja mam bit, który wynosi 0 lub 1. Jeśli oboje mamy 0 lub oboje mamy 1, jest to korelacja pomiędzy naszymi bitami.
W przypadku kubitów można je korelować w podobny sposób. Kiedy obserwujemy lub mierzymy kubit – kwantowy analog bitu – trochę zdobywamy. Jednak to, co wyróżnia przypadek kwantowy, to fakt, że kubit można rozpatrywać na więcej niż jeden sposób.
Można więc o nim myśleć jak o pudełku, które ma trochę w środku. Wewnątrz znajduje się albo 0, albo 1. Mam dwa sposoby zaglądania do pudełka. Ma dwoje drzwi. Mogę otworzyć Drzwi nr 1 lub Drzwi nr 2. I w każdym razie trochę widzę.
I moglibyśmy mieć korelację dla obu sposobów. Jeśli oboje otworzymy Drzwi nr 1, zobaczymy pewną korelację między kawałkiem, który zdobędziesz, a kawałkiem, który zdobędę ja. A jeśli oboje otworzymy Drzwi nr 2, zobaczymy korelację, która ogólnie może być inna.
A ponieważ mamy wiele uzupełniających się sposobów patrzenia na kubit, korelacje są bardziej interesujące i złożone niż korelacje między zwykłymi bitami.
Ale tajemnica polega na tym, że nie można obserwować kubitu bez zakłócania go. Jest to bardzo istotna różnica pomiędzy zwykłą informacją a informacją kwantową.
LEWIN: Powiedzmy, że zakłócam moją cząstkę i zmuszam ją do przyjęcia określonego stanu. Można to nazwać procesem pomiarowym, a może robię to przez przypadek. I dowiaduję się, że to jest 0. I zostało to w ten sposób skorelowane z twoją cząstką. Czy to naprawdę – jak mówią ludzie – szybciej niż prędkość światła narzuca cząstce, przyjmuje ona określony stan, aby zachować korelację?
WSTĘPNA UMIEJĘTNOŚĆ: Nie, niestety tak nie jest. Och, chciałbym, żeby tak było. Jeśli spojrzę na mój kubit, nie ma znaczenia, czy ty spojrzałeś na swój, czy nie. Zobaczę tylko przypadkowy kawałek. Zatem dopiero gdy oboje spojrzymy i porozmawiamy ze sobą, możemy stwierdzić, że mamy korelację.
Ale jeśli nie porozmawiamy, każdy z nas będzie po prostu obserwował czystą losowość, ale z równą szansą na 0 lub 1 i nie ma sposobu, który mógłby przekazać jakąkolwiek informację.
LEWIN: Oczywiście, jeśli będziemy ze sobą rozmawiać, to ta część komunikacji musi poruszać się wolniej niż prędkość światła.
WSTĘPNA UMIEJĘTNOŚĆ: Cóż, możesz osiągnąć prędkość bliską prędkości światła, ale nie większą. Więc to jest poważny problem, że naprawdę nie możemy, nawet jeśli mamy splątanie, wysłać ode mnie do was informacji szybciej niż czas potrzebny światłu na podróż ode mnie do was. Uwikłanie nie zmienia tej historii.
LEWIN: Niesamowity. Omówiliśmy tutaj splątanie, którego początki sięgają eksperymentów myślowych tamtego roku [Alberta] Einsteina próbował zmagać się z mechaniką kwantową, a czasem z nią. Dlaczego Einstein tak słynnie nazwał to „upiornym działaniem na odległość„? Czasami tłumaczenie brzmi „upiorne działanie na odległość”.
WSTĘPNA UMIEJĘTNOŚĆ: Cóż, Einstein był bardzo przekonany, że w podstawowych prawach fizyki nie powinno być przypadkowości. Uważał, że jeśli wiemy wszystko, co można wiedzieć — co pozwalają nam wiedzieć prawa fizyki — o układzie fizycznym, wówczas powinniśmy być w stanie doskonale przewidzieć, co zobaczymy, obserwując ten układ.
A splątanie nie podlega tej zasadzie. Na świecie naprawdę istnieje prawdziwa losowość. Nawet jeśli wiemy wszystko o tej splątanej parze kubitów, którą dzielimy z tobą, nadal nie jesteś w stanie przewidzieć, co zobaczysz, patrząc na ten kubit. To tylko przypadkowy kawałek. I to nie dlatego, że nie wiesz. Chodzi o to, że nie można tego poznać.
LEWIN: W jaki sposób staje się to ważną dźwignią w teleportacji kwantowej? To samo w sobie nie jest teleportacją kwantową. Jak więc jest eksploatowany?
WSTĘPNA UMIEJĘTNOŚĆ: To subtelne pytanie. Porozmawiajmy teraz o tym, czym jest teleportacja kwantowa.
LEWIN: Proszę, tak.
WSTĘPNA UMIEJĘTNOŚĆ: Więc jesteś teraz w Nowym Jorku, prawda?
LEWIN: Jestem w Nowym Jorku, tak.
WSTĘPNA UMIEJĘTNOŚĆ: W porządku, Janna, ja jestem obecnie w Kalifornii, a ty w Nowym Jorku i tak się składa, że mam tu, w Kalifornii, kubit. Jest tu, w mojej dłoni. Jest zakodowany w małym atomie. Ale FedEx kwantowy czasami popełnia błędy, więc przysłali mi ten kubit, ale był przeznaczony dla ciebie. OK? Muszę więc jakoś wymyślić, jak przekazać ci mój kubit. A gdybyśmy mieli jakiś kanał, którym moglibyśmy przesłać atom z Kalifornii do Nowego Jorku, byłby to jeden ze sposobów przekazania kubitu tobie. Ale nie mamy takiego połączenia, za pomocą którego mógłbym wysłać atomy.
Ale nie chcesz atomu, chcesz informacji, która jest w atomie. Tak się składa, że ty i ja sprytnie przewidzieliśmy wczoraj i stworzyliśmy parę splątanych kubitów, spodziewając się, że w pewnym momencie będziemy mogli z nich skorzystać.
Oto, co mogę zrobić. Mogę wziąć ten kubit, który dzisiaj otrzymałem. Nie wiem jakie informacje się w nim znajdują. To jakiś kubit, który mi dostarczono. I mogę to obserwować razem ze swoją połówką splątanej pary kubitów, którą dzielimy z tobą.
A teraz obserwuję dwa kubity i dokonuję tego w — nazwijmy to splątanym pomiarze. Patrzymy na te dwie rzeczy łącznie i z ich obserwacji mogę wyciągnąć dwie informacje. A potem — teraz, za pomocą zwykłego łącza komunikacyjnego, takiego jakiego używamy obecnie — będę mógł przesłać Ci te dwa fragmenty informacji. Następnie możesz użyć tych dwóch fragmentów informacji do wykonania operacji na swoim kubicie w Nowym Jorku.
A teraz ten kubit w Nowym Jorku ma te same informacje kwantowe, co tajemniczy kubit, który dzisiaj otrzymałem. Nie wiem, w jakim stanie jest ten kubit i tak naprawdę niszczę go w swoim laboratorium, kiedy go obserwuję. Ale jesteśmy w stanie to „odrodzić”, że tak powiem, w Nowym Jorku. Potrzebujesz tylko tych dwóch fragmentów informacji, aby idealnie zrekonstruować ten kubit. To jest teleportacja kwantowa.
LEWIN: Zatem w pewnym sensie miałeś w Kalifornii stan kwantowy, który chciałeś, abym mógł odtworzyć w Nowym Jorku bez wysyłania go za pośrednictwem FedEx i jazdy po całym kraju. Chciałeś, żebym mógł to zrobić bez fizycznego przenoszenia czegokolwiek pomiędzy. Więc wymyśliłeś dla mnie sprytny sposób na zrekonstruowanie stanu w moim własnym laboratorium, za pomocą tych prostych instrukcji.
I w tym sensie teleportował się. Z twojej strony zniknęło, ponieważ zniszczyłeś państwo i proces poszukiwania informacji, które chciałeś mi przekazać. Ale pojawił się ponownie w moim laboratorium, kiedy przekazałeś informację. Czy przeoczyłem coś istotnego w tej parafrazowaniu?
WSTĘPNA UMIEJĘTNOŚĆ: Myślę, że jest kilka rzeczy, które warto podkreślić w tym, co powiedziałeś. Po pierwsze, nie do końca zgadzam się z Twoim stwierdzeniem, że nie wysłałem Ci niczego fizycznego. W rzeczywistości, zrobiłem. Wysłałem Ci dwie informacje.
LEWIN: Och, wysłałeś mi informacje przez Internet.
WSTĘPNA UMIEJĘTNOŚĆ: Nie mogę tego zrobić bez przesłania czegoś fizycznego.
LEWIN: Zgoda.
WSTĘPNA UMIEJĘTNOŚĆ: Być może były to fotony, które przeszły światłowodem z Kalifornii do Nowego Jorku. I ta komunikacja między nami była naprawdę konieczna, aby to zadziałało.
Ale to nie wystarczy. To zabawna rzecz z kubitami. Jeśli chcę przygotować stan kubitu, potrzebuję wielu informacji. Można geometrycznie zwizualizować kubit jako małą strzałkę wskazującą w trójwymiarowej przestrzeni. No wiesz, jak powierzchnia Ziemi. A jeśli chcę ci powiedzieć, jak przygotowałem kubit, wybieram punkt na tej kuli ziemskiej, więc muszę podać szerokość i długość geograficzną z bardzo dużą precyzją, aby dokładnie powiedzieć, jak przygotowano kubit.
Zatem w pewnym sensie dużo informacji wpływa, ale bardzo mało wychodzi, ponieważ kiedy to obserwujesz, dostajesz tylko jedną cząstkę. Zatem ten fragment nie powie ci, jak umieścić kubit, że tak powiem, na kuli ziemskiej na określonej szerokości i długości geograficznej. Dlatego właśnie teleportacja jest tak niezwykła, ponieważ wysłałem ci tylko te dwa fragmenty i to wystarczyło, abyś mógł ją idealnie zrekonstruować.
To te dwa kawałki razem ze splotem, który dzieliliśmy, a który mieliśmy przewidywanie przygotować wczoraj.
LEWIN: Jasne, więc to duża różnica. To niesamowite. Wysyłasz mi informacje fizycznie, albo przez Internet, albo przez sygnały świetlne, albo w inny sposób. Ale w jakiś sposób otrzymuję więcej informacji ze względu na skomplikowaną konfigurację, na którą się zgodziliśmy.
Więc to nie jest tak, że ty miałeś biurko z IKEA, a ja potrzebowałem informacji, jak zbudować swoje, a ty rozbiłeś swoje na kawałki, żeby dowiedzieć się, jak zostało zmontowane. Nadal musiałbyś mi przekazywać każdą najdrobniejszą informację. Jest więc coś zasadniczo innego w procesie kwantowym od procesu klasycznego. Jaka jest tego zaleta? Dlaczego to takie ekscytujące? O co tyle szumu?
WSTĘPNA UMIEJĘTNOŚĆ: Cóż, po pierwsze, Janna, ty i ja jesteśmy fizykami teoretycznymi, więc wiesz, nie trzeba wiele, aby nas ekscytować.
LEWIN: [śmiech] Absolutnie.
WSTĘPNA UMIEJĘTNOŚĆ: Ale do czego to się przydaje? To dobre pytanie. Załóżmy więc, że chcemy rozprowadzić splątanie na całym świecie. Brzmi całkiem nieźle, prawda? Przyjęliśmy za oczywiste, że ty i ja możemy dzielić powiązania między Kalifornią a Nowym Jorkiem, ale nie rozmawialiśmy o tym, jak nam się to udało.
Tak naprawdę nie wiemy, jak to zrobić w tej chwili przy użyciu obecnie istniejącej technologii. W zasadzie nie ma powodu, dla którego nie moglibyśmy tego zrobić, ale ze względów praktycznych i przy obecnej technologii nie możemy wysłać kubitu z Kalifornii do Nowego Jorku tak, aby dotarł on w stanie nieuszkodzonym.
Najlepszym sposobem przesyłania kubitów jest przesyłanie fotonów przez światłowód, a światłowód ma straty. Jeśli więc spróbujesz wysłać kubit na sto kilometrów, ma on tylko jedną szansę na 50, że dotrze bez zniknięcia. A gdybym próbował wysłać go tysiąc kilometrów, a to wciąż za mało, aby dostać się do Nowego Jorku, prawdopodobieństwo, że dotrze, jest prawie zerowe.
Jak zatem możemy dzielić się splątaniem? Cóż, myślimy, że zrobimy to za pomocą teleportacji. Brzmi to trochę okrągło, prawda? Ponieważ potrzebujemy splątania, aby dokonać teleportacji. Ale pomysł jest taki: mogę wysłać kubit, powiedzmy, na 10 kilometrów, albo 50 kilometrów, z dość dużym prawdopodobieństwem powodzenia.
LEWIN: To nadal całkiem niezłe.
WSTĘPNA UMIEJĘTNOŚĆ: Tak, nie jest tak źle. Ale teraz załóżmy, że chcę przebyć całą drogę z Kalifornii do Nowego Jorku, więc wprowadzam po drodze wiele małych węzłów, w których w pewnym sensie połączymy komunikację kwantową. Wyobraźmy sobie więc, że próbujemy przedostać się z A do C i dzielimy splątanie między A i B oraz między B i C. Następnie mamy sposób na dokonanie pomiaru w B dwóch połówek tych splątanych pary. Nazywamy to wymianą splątania.
Dokonujesz pomiaru dwóch kubitów w punkcie B, a następnie mówisz A i C: „O, oto wynik pomiaru, który otrzymałem”. Teraz A i C mogą dzielić splątanie. OK? W efekcie rozszerzamy, hm, zakres splątania. To odmiana teleportacji.
I nie opowiedziałem ci jeszcze całej historii, ponieważ jeśli splątanie z A do B nie jest zbyt dobre i splątanie z B do C nie jest zbyt dobre, możemy wziąć wiele par splątania, które są dość hałaśliwe i niedoskonałe, i istnieje sposób, aby je wydestylować do mniejszej liczby splątanych par, które są znacznie wyższej jakości. Robiąc to wielokrotnie, możemy stworzyć połączenie między Kalifornią a Nowym Jorkiem, a potem możemy je wykorzystać do czegokolwiek chcemy. Możemy go użyć do opracowania wspólnego klucza, o którym wiemy, że jest prywatny, lub możemy go użyć do przesłania informacji kwantowej.
Oto bardziej przyziemny sposób na krótszą odległość, w którym możemy skorzystać z teleportacji. Jeśli mamy dwa chipy w komputerze kwantowym i chcemy przesłać informacje kwantowe z jednego do drugiego, możemy to zrobić poprzez ustanowienie splątania między dwoma chipami, a następnie użycie teleportacji do przesłania informacji z jednego do drugiego . Prawdopodobnie będzie to niezbędne do skalowania obliczeń kwantowych do dużych systemów, które będą w stanie rozwiązać naprawdę trudne problemy.
LEWIN: Zaraz wracamy.
[Przerwa na wstawienie reklamy]
LEWIN: Witamy ponownie w „Radości z powodu”.
Więc tak naprawdę mówisz o technologiach. Wiem, że niedawno dokonałeś przełomu pod budowę nowego centrum w Caltech. Centrum Precyzyjnych Pomiarów Kwantowych, tak sądzę, będzie się tak nazywać.
WSTĘPNA UMIEJĘTNOŚĆ: To prawda, tak. Robiłeś badania.
LEWIN: Tak. Czy jest to częściowo nastawione na rozwój technologii? Jak sam powiedziałeś, jesteś fizykiem teoretykiem. Oto, co niektórzy twierdzili: „zaskakująca użyteczność bezużytecznych pomysłów”. Ale czy jesteście nastawieni na rozwój technologii za pomocą takiego centrum, czy też naprawdę chcecie zrewolucjonizować nasze podstawowe rozumienie mechaniki kwantowej, czy może jedno i drugie?
WSTĘPNA UMIEJĘTNOŚĆ: Nie bardzo możemy te rzeczy rozdzielić. Nauka i technologia wspólnie rozwijają się. W miarę jak nasza nauka staje się coraz bardziej wyrafinowana, opracowujemy lepsze technologie, co umożliwia nowe odkrycia. Postęp nauki następuje dzięki połączeniu nowych pomysłów i nowych technologii.
Interesują mnie na przykład komputery kwantowe i istnieją powody, by sądzić, że ostatecznie będą one miały duży praktyczny wpływ na społeczeństwo. Ale to także wspaniały instrument do odkryć naukowych. Zatem w Centrum Precyzyjnych Pomiarów Kwantowych rzeczywiście będziemy opracowywać technologię, ale z myślą o lepszych strategiach pomiarowych wykorzystujących właściwości takie jak splątanie kwantowe, co pozwoli nam mierzyć rzeczy z większą precyzją i mniejszą inwazyjnością.
Każdy chce lepiej mierzyć rzeczy, a strategie kwantowe mogą pomóc nam w wykonywaniu pomiarów, które w innym przypadku nie byłyby możliwe. To jest naprawdę intelektualny temat tego centrum.
LEWIN: Tak, a każdy chce lepiej i szybciej kontrolować informacje.
WSTĘPNA UMIEJĘTNOŚĆ: Cóż, wszyscy rozumieją, że informacja jest ważna i do czego informacje kwantowe zostaną wykorzystane i gdzie będzie to miało duży wpływ praktyczny – wciąż pozostaje wiele otwartych pytań na ten temat.
Możemy jednak przewidzieć, że dzięki informacjom kwantowym, obliczeniom kwantowym i wykorzystaniu do pomiarów splątania kwantowego będziemy w stanie robić rzeczy, których wcześniej nie mogliśmy zrobić. A to w końcu będzie miało praktyczne skutki.
LEWIN: Czy przewidujesz, że będzie to miało praktyczny wpływ na nasze codzienne życie?
WSTĘPNA UMIEJĘTNOŚĆ: W końcu tego oczekuję. Nie wiemy na pewno, jak ten wpływ będzie odczuwalny. W przypadku obliczeń kwantowych najlepszym pomysłem, jaki mamy obecnie – a jest to stary pomysł, którego historia sięga ponad 40 lat wstecz, Richard Feynman — polega na tym, że możemy wykorzystać komputery kwantowe do głębszego zrozumienia zachowania układów kwantowych.
Fizycy tacy jak my rozumieją, że to interesujące, ale jest to również ważne, ponieważ może umożliwić odkrycie nowych typów materiałów o przydatnych właściwościach, nowych typów związków chemicznych, być może w tym farmaceutyków i tak dalej. A wszystko to ostatecznie wpływa na codzienne życie ludzi. Myślę, że jeśli chodzi o pomiary kwantowe, technologia kwantowa w końcu dotknie wszystkiego w nauce.
Powiedzmy, że w biologii i medycynie chcielibyśmy móc obserwować, co dzieje się wewnątrz komórek, w sposób nieinwazyjny i z większą czułością. Będzie to ostatecznie ważne dla terapii, a także dla głębszego zrozumienia nauk biologicznych.
LEWIN: W zrozumieniu podstawowej natury grawitacji jest również miejsce na teleportację kwantową, co, jak wiem, było głównym obszarem twoich badań. Jak splątanie może odgrywać rolę w rzeczach tak dużych i nieporęcznych jak czarne dziury?
WSTĘPNA UMIEJĘTNOŚĆ: Dla mnie jest to jedna z najbardziej ekscytujących rzeczy w informacji kwantowej. Daje nam świeże sposoby myślenia o innych fundamentalnych kwestiach, w tym o fizyce materii skondensowanej, gdzie staramy się zrozumieć wysoce splątane stany materii kwantowej. oraz w fizyce grawitacyjnej.
Historia ta sięga roku 1935, kiedy w czasopiśmie „The Times” ukazały się dwie słynne gazety Przegląd fizyczny. Jeden z nich, autorstwa Einsteina i [Nathan] Rosena, dotyczyło obserwacji, że w ogólnej teorii względności możemy znaleźć rozwiązania równań Einsteina opisujących czasoprzestrzeń, w której istnieje tunel czasoprzestrzenny w kosmosie. Nie było to wówczas zbyt dobrze rozumiane, ale tak naprawdę rozwiązanie opisuje dwie czarne dziury, które mają wspólne wnętrze – rodzaj tunelu czasoprzestrzennego łączącego wnętrza tych dwóch czarnych dziur.
I artykuł Einsteina, [Borys] Podolski i Rosen był o splątaniu kwantowym oraz specyficzny sposób, w jaki pozwala na wzajemną korelację systemów w sposób, którego nie możemy opisać w kategoriach klasycznej informacji.
I to, co doceniliśmy w ciągu ostatnich 10 lat: te dwa zjawiska, splątanie kwantowe i tunele czasoprzestrzenne w przestrzeni, są ze sobą ściśle powiązane. W rzeczywistości można je postrzegać jako dwa sposoby opisu tej samej rzeczy. Jest to powszechna rzecz w fizyce i bardzo wzmacniająca. Jeśli mamy dwa różne sposoby opisania tego samego zjawiska, które wyglądają bardzo różnie od siebie, ale opisują dokładnie tę samą fizykę, może to pomóc nam w głębszym zrozumieniu.
Zatem tym, co teraz doceniamy i co możemy dość wyraźnie powiedzieć w wersji grawitacji kwantowej, którą rozumiemy najlepiej, jest to, że jeśli dwie czarne dziury bardzo mocno się ze sobą splątają, zostaną połączone tunelem czasoprzestrzennym w przestrzeni.
Alicja może mieć swoją czarną dziurę, a Bob swoją, a jeśli są ze sobą splątani, oznacza to, że Alicja i Bob mogliby wskoczyć do swoich czarnych dziur. A potem mogliby się spotkać i być może na jakiś czas stworzyć związek, chociaż byliby skazani, podobnie jak Romeo i Julia, na uderzenie w osobliwość i zniszczenie. Ale możemy sprawić, że będzie jeszcze zabawniej i tu właśnie pojawia się teleportacja.
Możemy sprawić, że tunel czasoprzestrzenny w przestrzeni będzie możliwy do przebycia, w odpowiednich warunkach. Oryginalny tunel czasoprzestrzenny, który został pierwotnie opisany przez Einsteina i Rosena, jest przykładem tunelu czasoprzestrzennego, przez który nie można przejść. Oznacza to, że nie możesz wskoczyć w jeden koniec i wyjść na drugi koniec. Jednak zaczęliśmy doceniać fakt, że w teorii kwantowej faktycznie możliwe jest wysłanie impulsu energii ujemnej do czarnej dziury. Kiedy zwykle wysyłasz materię do czarnej dziury, powoduje to, że jej horyzont zdarzeń przesunie się nieco na zewnątrz, a impuls ujemnej energii może spowodować lekkie przesunięcie się jej do wewnątrz. I właśnie tego potrzebujemy, aby Alicja mogła wrzucić kawałek lub kubit do swojej czarnej dziury i wydostać się na końcu Boba.
Można to opisać w alternatywny sposób, mówiąc, że jest to w rzeczywistości forma teleportacji kwantowej.
Myślę, że to naprawdę zabawne, ponieważ sugeruje, że intuicja grawitacyjna może pomóc nam zrozumieć zachowanie bardzo złożonych układów kwantowych, które w przeciwnym razie wydawałoby się bardzo nieintuicyjne.
LEWIN: Zagłębienie się w kwantowość i próba zrozumienia zjawisk wielkoskalowych, takich jak samo istnienie czarnych dziur czy ich przetrwanie, jest absolutnie niesamowitym i fascynującym zwrotem akcji.
I wtrącę jedno pytanie na temat parowania czarnych dziur i tego, w jaki sposób teleportacja kwantowa może być istotna dla zrozumienia, w jaki sposób, jeśli Alicja wskoczy do swojej czarnej dziury, jej informacje mogą ostatecznie nie zostać utracone, i że teleportacja kwantowa może zostać sposób na odzyskanie tego, co przydarzyło się Alicji po tym, jak wskoczyła do czarnej dziury.
WSTĘPNA UMIEJĘTNOŚĆ: Cóż, wiedziałem, że kiedy spotkałem się z Janną Levin, w końcu będziemy rozmawiać o czarnych dziurach.
LEWIN: [śmiech] Potrafię zamienić każdą rozmowę w rozmowę o czarnych dziurach.
WSTĘPNA UMIEJĘTNOŚĆ: Nie jest zaskoczeniem.
Właściwie myślę, że to, co właśnie opisałem, daje nam wgląd w proces ucieczki informacji z czarnych dziur, co w naszym przekonaniu ma miejsce. Prawa fizyki nie pozwalają na zniszczenie informacji, nawet jeśli wpadnie ona do czarnych dziur i te wyparują. To tylko zostaje pomieszany w jakiejś formie, która jest niezwykle trudna do odczytania. Mamy tu do czynienia z pewnym naruszeniem lokalności. Jest to najbardziej lub jedna z najbardziej podstawowych zasad fizyki. Wspominaliśmy o tym wcześniej – informacja nie może przemieszczać się szybciej niż prędkość światła.
Jednak w pewnym sensie, aby wydostać się z czarnej dziury, informacja z definicji przemieszcza się szybciej niż światło. Światło zostaje uwięzione wewnątrz, informacja wydostaje się na zewnątrz. Oznacza to, że pojęcie przyczynowości – tak jak zwykle o nim myślimy, że istnieje ograniczenie prędkości przemieszczania się informacji – nie jest ściśle prawdziwe w każdych okolicznościach. Tę zasadę można złamać.
A sama czasoprzestrzeń może nie być pojęciem podstawowym. Jest to raczej Właściwość wyłaniająca się jakiegoś złożonego układu kwantowego w którym wszystko jest bardzo zagmatwane.
Jak więc to się dzieje, że w normalnych okolicznościach sądzimy, że koncepcja przyczynowości wydaje się być tak rygorystycznie spełniona? Cóż, myślę, że mamy na to odpowiedź i dość interesujące jest to, że łączy się to z obliczeniami kwantowymi.
Uważamy, że tak możliwość naruszenia przyczynowości, aby przesyłać informacje szybciej niż światło. Jednak aby tego dokonać, potrzebne są obliczenia kwantowe, które można wykonać na komputerze kwantowym, a które są tak złożone i tak potężne, że nigdy nie będziemy w stanie tego zrobić w praktyce.
Więc powinniśmy być w stanie rozerwać przestrzeń pomiędzy mną w Kalifornii a tobą, Janna, w Nowym Jorku. W zasadzie możemy. W praktyce jest to tak niezwykle trudne, że wymagałoby tak potężnych obliczeń, że nikomu się to nie uda.
LEWIN: Niezwykły. John, spędziłeś większość swojego życia próbując zrozumieć niektóre z najbardziej nieuchwytnych i trudnych koncepcji teorii kwantowej. Co jest takiego w studiowaniu fizyki teoretycznej i teleportacji kwantowej, że sprawia ci radość?
WSTĘPNA UMIEJĘTNOŚĆ: Cóż, dość łatwo mnie zabawiać, więc wiele rzeczy sprawia mi radość. Ale zarówno pytania, jak i odpowiedzi mogą przynieść jedną radość. Pomysły, o których wiesz, że nigdy wcześniej nie słyszałeś i które zdajesz sobie sprawę, że są głębokie i fascynujące, mogą przynieść radość. Kiedy więc po raz pierwszy zrozumiałem, że teoretycznie – i myślę, że w końcu w praktyce – możemy zbudować komputery kwantowe, które będą tak potężne, że będą w stanie rozwiązywać problemy, których nigdy nie bylibyśmy w stanie rozwiązać, gdyby był to świat klasyczny, to zetknięcie się z tak głębokim i interesującym pomysłem było w pewnym sensie jednym z najszczęśliwszych momentów. Myślenie o tym ostatecznie doprowadziło mnie do zmiany kierunku moich własnych badań.
LEWIN: To takie piękne rzeczy. Rozmawialiśmy z fizykiem teoretycznym z Caltech, Johnem Preskillem, na temat niesamowitej natury i potencjalnych zastosowań teleportacji kwantowej. Janusz, bardzo Ci dziękujemy, że byłeś dzisiaj z nami.
WSTĘPNA UMIEJĘTNOŚĆ: Świetnie się bawiłem, Janno. Dziękuję.
LEWIN: Ja też. Zawsze miło jest porozmawiać. Do wkrótce.
[Odtwarzanie motywu]
LEWIN: „The Joy of Why” to podcast z Magazyn Quanta, niezależna redakcyjnie publikacja wspierana przez Fundacja Simonsa. Decyzje o finansowaniu przez Fundację Simonsa nie mają wpływu na wybór tematów, gości ani inne decyzje redakcyjne w tym podcaście lub w Magazyn Quanta.
Producentem „The Joy of Why” jest: Produkcja PRX. Zespół produkcyjny to Caitlin Faulds, Livia Brock, Genevieve Sponsler i Merritt Jacob. Producentem wykonawczym PRX Productions jest Jocelyn Gonzales. Dodatkową pomoc zapewnili Morgan Church i Edwin Ochoa. Z Magazyn Quanta, John Rennie i Thomas Lin zapewnili wskazówki redakcyjne przy wsparciu Matta Carlstroma, Samuela Velasco, Nony Griffin, Arleen Santany i Madison Goldberg.
Nasza muzyka przewodnia pochodzi z APM Music. Nazwę podcastu wymyślił Julian Lin. Autorem grafiki odcinka jest Peter Greenwood, a logo autorstwa Jaki King i Kristina Armitage. Specjalne podziękowania należą się Columbia Journalism School i Bertowi Odom-Reedowi z Cornell Broadcast Studios.
Jestem twoim gospodarzem, Janna Levin. Jeśli masz do nas jakieś pytania lub uwagi, napisz do nas na adres . Dziękuję za słuchanie.
- Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
- PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
- PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
- PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
- Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
- Źródło: https://www.quantamagazine.org/what-is-quantum-teleportation-20240314/
- :ma
- :Jest
- :nie
- :Gdzie
- ][P
- $W GÓRĘ
- 1
- 10
- 40
- 50
- a
- Zdolny
- O nas
- o tym
- O kwantach
- absolutnie
- wypadek
- nabyć
- w poprzek
- Działania
- faktycznie
- Ad
- Dodatkowy
- awansować
- zaliczki
- postęp
- Korzyść
- oddziaływać
- Po
- przed
- uzgodniony
- alicja
- Wszystkie kategorie
- dopuszczać
- pozwala
- prawie
- wzdłuż
- również
- alternatywny
- Chociaż
- zawsze
- zdumiewający
- wśród
- wzmacniać
- an
- analog
- i
- Inne
- odpowiedź
- odpowiedzi
- przewidywać
- przewidywanie
- każdy
- wszystko
- osobno
- Aplikacja
- zjawić się
- pojawił się
- Apple
- aplikacje
- dotyczy
- doceniać
- SĄ
- POWIERZCHNIA
- na około
- Sztuka
- AS
- aspekty
- zmontowane
- Wsparcie
- założyć
- At
- atom
- świadomy
- z powrotem
- Łazienka
- BE
- piękny
- bo
- stają się
- być
- zanim
- zachowanie
- jest
- uwierzyć
- BEST
- Ulepsz Swój
- pomiędzy
- Duży
- Najwyższa
- biologia
- Bit
- Bity
- Czarny
- Black Hole
- czarne dziury
- bob
- Boris
- obie
- Pudełko
- przerwa
- przynieść
- Przynosi
- nadawanie
- borsuk
- budować
- ale
- by
- California
- wezwanie
- nazywa
- oprawa ołowiana witrażu
- CAN
- Może uzyskać
- nie może
- walizka
- Komórki
- Centrum
- centralny
- pewien
- Krzesło
- wyzwanie
- szansa
- zmiana
- charakterystyka
- chemiczny
- Frytki
- kościół
- okrągły
- okoliczności
- Zamknij
- dokładnie
- Współprowadzący
- Wybrzeże
- zbiorowo
- COLUMBIA
- połączenie
- jak
- byliśmy spójni, od początku
- komentarze
- wspólny
- Komunikacja
- Komunikacja
- uzupełniający
- kompleks
- obliczenia
- komputer
- komputery
- computing
- Koncepcje
- Skondensowana materia
- Warunki
- Skontaktuj się
- połączony
- Podłączanie
- połączenie
- łączy
- kontrola
- Rozmowa
- Chłodny
- rdzeń
- Cornell
- skorygowania
- Korelacja
- korelacje
- mógłby
- kraj
- Kurs
- Stwórz
- załoga
- istotny
- Aktualny
- Obecnie
- Daty
- sprawa
- Decyzje
- głęboko
- głębiej
- głęboko
- definicja
- dostarczyć
- dostarczona
- sięgać
- opisać
- opisane
- opisuje
- Opisujące
- biurko
- zniszczyć
- zniszczony
- detale
- rozwijać
- rozwijanie
- urządzenie
- ZROBIŁ
- różnica
- różne
- kierunek
- znikać
- znikanie
- odkrycie
- dyskutować
- omówione
- dystans
- rozprowadzać
- do
- robi
- Nie
- robi
- nie
- Skazany
- Drzwi
- Drzwi
- na dół
- dramatycznie
- jazdy
- każdy
- Wcześniej
- Wcześnie
- Wczesny Wszechświat
- Ziemia
- łatwo
- Zespół redakcyjny
- Edwin
- efekt
- Einstein
- bądź
- upoważniać
- uprawniającej
- umożliwiać
- Umożliwia
- zakodowany
- spotkanie
- zakończenia
- energia
- dość
- uwikłanie
- zabawiać
- całkowicie
- epizod
- równy
- równania
- niezbędny
- ustanowienie
- Parzyste
- wydarzenie
- ostatecznie
- EVER
- Każdy
- wszyscy
- codzienny
- wszyscy
- wszystko
- dokładnie
- przykład
- podniecony
- ekscytujący
- wykonawczy
- Producent wykonawczy
- istnienie
- istnieje
- oczekiwać
- eksperymenty
- eksperci
- wyraźnie
- Wykorzystać
- eksploatowany
- zbadane
- Exploring
- rozsuwalny
- oko
- fakt
- Spada
- sławny
- znakomicie
- daleko
- Far Cry
- fascynujący
- FAST
- szybciej
- Moja lista
- błąd
- kilka
- mniej
- Fikcja
- pole
- Postać
- wzorzysty
- Znajdź
- i terminów, a
- W razie zamówieenia projektu
- wytrzymałość
- przewidywać
- dalekowzroczność
- Nasz formularz
- Fundacja
- założyciel
- świeży
- od
- zabawa
- fundamentalny
- zasadniczo
- Finansowanie
- zabawny
- nastawiony
- Ogólne
- otrzymać
- dostaje
- miejsce
- Dać
- Dający
- globus
- Goes
- będzie
- dobry
- got
- udzielony
- grawitacyjny
- powaga
- wspaniały
- większy
- Greenwood
- Griffin
- przełomowy
- gości
- poradnictwo
- miał
- Pół
- połówki
- ręka
- zdarzyć
- się
- Wydarzenie
- dzieje
- Ciężko
- Have
- he
- wysłuchany
- pomoc
- jej
- tutaj
- Wysoki
- wyższy
- wysoko
- go
- jego
- Dobranie (Hit)
- Otwór
- Dziury
- horyzont
- gospodarz
- W jaki sposób
- How To
- Jednak
- HTML
- http
- HTTPS
- cetnar
- i
- pomysł
- pomysły
- if
- IKEA
- obraz
- Rezultat
- ważny
- nałożone
- in
- Włącznie z
- niewiarygodny
- niewiarygodnie
- niezależny
- wskazuje
- wpływ
- Informacja
- wewnątrz
- wgląd
- natychmiast
- Instytut
- instrukcje
- instrument
- intelektualny
- zamierzony
- zainteresowany
- ciekawy
- wnętrze
- Internet
- Wywiady
- najnowszych
- przedstawiać
- intuicja
- problem
- IT
- JEGO
- samo
- Jakub
- John
- Dołączył
- dziennikarstwo
- podróż
- radość
- skok
- Przeskoczyłem
- skoki
- właśnie
- Klawisz
- kilometrów
- Uprzejmy
- król
- Wiedzieć
- znany
- laboratorium
- laboratoria
- duży
- na dużą skalę
- Nazwisko
- Laws
- Przywództwo
- prowadzący
- Doprowadziło
- mniej
- dźwignia
- życie
- lekki
- lubić
- Prawdopodobnie
- LIMIT
- lin
- LINK
- Słuchanie
- mało
- Zyje
- lokalizacja
- logo
- długo
- Popatrz
- wyglądał
- poszukuje
- straty
- stracił
- Partia
- dużo
- magazyn
- robić
- WYKONUJE
- Dokonywanie
- zarządzane
- Mecz
- materiały
- matematyka
- matowy
- Materia
- Może..
- może
- me
- oznaczać
- znaczy
- zmierzyć
- pomiary
- Pomiary
- mechanika
- lekarstwo
- Poznaj nasz
- mic
- może
- nic
- tęsknić
- błędy
- Chwile
- jeszcze
- Morgan
- większość
- ruch
- Kino
- przeniesienie
- dużo
- wielokrotność
- Muzyka
- my
- Tajemnica
- Nazwa
- Nathan
- Natura
- niezbędny
- Potrzebować
- potrzebne
- ujemny
- nigdy
- Nowości
- Nowe technologie
- I Love New York
- Nie
- węzły
- normalna
- normalnie
- Pojęcie
- już dziś
- obserwacja
- obserwować
- OCHOA
- of
- poza
- oh
- Stary
- on
- pewnego razu
- ONE
- tylko
- koncepcja
- działanie
- or
- zamówienie
- zwykły
- oryginalny
- pierwotnie
- Inne
- Inaczej
- ludzkiej,
- na zewnątrz
- koniec
- własny
- đôi
- par
- Papier
- Papiery
- część
- strony
- osobliwy
- Ludzie
- Ludzie na
- doskonale
- wykonać
- może
- Piotr
- farmaceutyki
- zjawisko
- Fotony
- fizyczny
- Fizycznie
- fizyk
- Fizyka
- zbierając
- sztuk
- Miejsce
- planeta
- plato
- Analiza danych Platona
- PlatoDane
- Grać
- odgrywa
- Proszę
- Podcast
- Podcasting
- punkt
- możliwy
- możliwie
- potencjał
- power
- mocny
- bezsilny
- Praktyczny
- praktyka
- precyzyjnie
- Detaliczność
- przewidzieć
- Przygotować
- przygotowany
- bardzo
- zasada
- Zasady
- prywatny
- prawdopodobnie
- problemy
- wygląda tak
- Wytworzony
- producent
- Produkcja
- produkcje
- Profesor
- obietnica
- niska zabudowa
- własność
- chroniony
- pod warunkiem,
- Publikacja
- puls
- czysty
- położyć
- jakość
- Magazyn ilościowy
- Kwant
- Komputer kwantowy
- komputery kwantowe
- informatyka kwantowa
- splątanie kwantowe
- informacja kwantowa
- pomiar kwantowy
- Mechanika kwantowa
- cząstki kwantowe
- systemy kwantowe
- technologia kwantowa
- Kubit
- kubity
- pytanie
- pytania
- całkiem
- przypadkowy
- przypadkowość
- zasięg
- raczej
- Czytaj
- real
- zrealizować
- naprawdę
- powód
- Przyczyny
- Odebrane
- niedawno
- Recover
- odnosić się
- , o którym mowa
- związane z
- związek
- względność
- znakomity
- WIELOKROTNIE
- wymagać
- Wymaga
- Badania naukowe
- poszanowanie
- dalsze
- rewolucyjny
- zrewolucjonizować
- prawo
- Rola
- Powiedział
- taki sam
- zadowolony
- powiedzieć
- skalowaniem
- Szkoła
- nauka
- Nauka i technika
- Fantastyka naukowa
- naukowy
- widzieć
- wydać się
- wydaje
- wybór
- wysłać
- wysyłanie
- rozsądek
- Wrażliwość
- wysłany
- oddzielny
- ustawienie
- Share
- shared
- ona
- powinien
- Sygnały
- podobny
- Prosty
- osobliwość
- poskarżyć
- So
- Społeczeństwo
- rozwiązanie
- Rozwiązania
- ROZWIĄZANIA
- kilka
- jakoś
- coś
- czasami
- wkrótce
- wyrafinowany
- Dźwięki
- Typ przestrzeni
- mówić
- Mówiąc
- specjalny
- prędkość
- spędził
- Spotify
- początek
- Stan
- Zestawienie sprzedaży
- Zjednoczone
- Nadal
- Historia
- strategie
- strongly
- studia
- Badanie
- przedmiot
- osiągnąć sukces
- sukces
- taki
- Wskazuje
- wsparcie
- Utrzymany
- pewnie
- Powierzchnia
- niespodzianka
- przetrwanie
- swapping
- system
- systemy
- Brać
- trwa
- Mówić
- rozmawiać
- zespół
- Techniczny
- Technologies
- Technologia
- powiedzieć
- REGULAMIN
- niż
- podziękować
- Podziękowania
- że
- Połączenia
- Informacje
- Państwo
- świat
- ich
- Im
- motyw
- następnie
- teoretyczny
- teoria
- terapie
- Tam.
- Te
- one
- rzecz
- rzeczy
- myśleć
- Myślący
- to
- Tomasz
- tych
- chociaż?
- myśl
- tysiąc
- trójwymiarowy
- Przez
- rzucać
- czas
- do
- już dziś
- razem
- powiedział
- także
- wziął
- tematy
- Kontakt
- w kierunku
- Tłumaczenie
- uwięziony
- podróżować
- Podróżowanie
- wypróbowany
- prawdziwy
- naprawdę
- próbować
- stara
- SKRĘCAĆ
- włącza
- drugiej
- typy
- Ostatecznie
- dla
- zrozumieć
- zrozumienie
- rozumie
- zrozumiany
- Wszechświat
- chyba że
- us
- posługiwać się
- używany
- użyteczny
- bezużyteczny
- za pomocą
- zazwyczaj
- Wariant
- wersja
- początku.
- przez
- łamane
- NARUSZENIE
- wyobrażać sobie
- chcieć
- poszukiwany
- chce
- była
- zmarnowany
- Droga..
- sposoby
- we
- webp
- powitanie
- DOBRZE
- poszedł
- były
- Co
- Co to jest
- cokolwiek
- jeśli chodzi o komunikację i motywację
- czy
- który
- Podczas
- cały
- dlaczego
- będzie
- chcieć
- w
- bez
- wspaniale
- słowo
- Praca
- świat
- wormhole
- by
- lat
- tak
- wczoraj
- jeszcze
- york
- You
- Twój
- twój
- zefirnet
- zero