Зачем нам нужна квантовая телепортация: о связи пластилиновых уток и криптографии

Наверное, каждому из вас знакомо понятие телепортация, о котором мы знаем из научно-фантастических книг или фильмов. На сегодняшний день эксперименты, проводимые в данной области пока не увенчались успехом. Но это не повод для разочарований, ведь сейчас развивается новая область физики — квантовая физика, которая изучает такие невероятные явления как квантовая телепортация!

Квантовая телепортация интересна тем, что не предполагает непосредственного перемещения объекта в пространстве. При квантовой телепортации перемещается лишь информация об объекте. Как же это происходит? Попробуем разобраться.

Квантовая телепортация возможна благодаря явлению квантовой запутанности или квантовой неопределённости.

Рассмотрим это явление на простом примере. У нас есть два шарика: зелёный и красный. Мы кладём оба шарика в закрытую непрозрачную коробку. Затем мы не глядя вынимаем из коробки один из шариков. Представим, что нам попался зелёный. Теперь, даже не заглядывая в коробку, мы можем точно сказать, что там остался красный шарик. Почему? Потому что нам было дано только два шарика: зелёный и красный.

Примерно так же выглядит принцип квантовой неопределённости. Например, у каждого электрона есть такие признаки: заряд (положительный или отрицательный) и спин. Спином называют ось, вокруг которой вращается электрон. Если получить пару запутанных электронов, то измерив характеристику одного из взаимосвязанных электронов, мы можем точно определить характеристику другого.

Именно благодаря этому закону может происходить явление квантовой телепортации или телепортации квантового состояния. Николя Жизан в книге "Квантовая случайность" приводит наглядный пример телепортации квантового состояния на пластилиновых утках, который показывает, что такое передача именно состояния частицы. В одном месте находится пластилиновая утка, на некотором расстоянии от неё - бесформенный кусок пластилина. При телепортации состояния бесформенный кусок пластилина приобретает форму утки, а первая утка, наоборот, теряет форму. Сам же предмет не перемещается в пространстве. Когда мы телепортируем квантовое состояние частицы, мы телепортируем именно свойства частицы, её "форму", а не саму частицу.

Каково же практическое применение квантовой телепортации?

В современном мире, когда активно происходит компьютеризация, очень важна полная защита информации. Но любую систему можно взломать. Кроме системы, работающей на принципах квантовой физики. Благодаря явлению квантовой телепортации при попытке взлома нарушается вся система, и взломать её становиться невозможным. Именно на этих принципах и построена вся квантовая криптография. Это наука о защите информации на основе законов квантовой физики, пришедшая на смену известной нам криптографии. Квантовая криптография открыла нам новые возможности, плодами этой науки уже пользуются люди. Криптовалюта — цифровая валюта, которая приобрела большую популярность; криптотелефон, оснащённый средствами шифрования, который гарантирует защиту от перехвата информации во время телефонного разговора; цифровая подпись. Всего этого бы не существовало, если б нам не был известен принцип квантовой телепортации!

Как мы видим, квантовая телепортация уже успешно применяется, поэтому не стоит недооценивать её возможности. Несмотря на то, что мы пока не можем мгновенно перемещаться из одной точки пространства в другую, эта область науки перспективна и весьма интересна современным учёным!