Ученые уже близки к разгадке трюка с телепортацией.
По словам руководителя проекта Кристофера Монро (Christopher Monroe) из Объединенного института квантовой физики университета Мэриленда (Joint Quantum Institute at the University of Maryland), это огромный прорыв в области обработки квантовой информации.
Телепортация – это одна из естественных, но очень загадочных форм передачи информации: квантовая информация, как например, спин частицы или поляризация фотона, передается из одного места в другое без перехода через физическую среду.
И недавно группе ученых Объединенного института квантовой физики совместно с коллегами из университета Мичигана удалось телепортировать квантовую структуру напрямую из одного атома в другой на расстоянии метра.
В журнале Science от 23 января ученые заявили, что используя их протокол, информация, телепортированная из атома в атом, может быть восстановлена с 90% точностью, и при том точность может быть улучшена.
Монро утверждает: “У нашей системы есть все шансы составить основу для крупномасштабного “квантового репитера”, который сможет объединить в сеть данные, находящиеся в разных местах. Кроме того, использование наших методов совместно с операциями над квантовыми битами может помочь в создании ключевого компонента, необходимого для квантовых вычислений”.
Телепортация и путаница
Телепортация происходит благодаря удивительному квантовому феномену, называемому путаницей, который возможен только на атомном и субатомном уровнях.
Группа ученых Объединенного института квантовой физики провела опыт, целью которого было создание запутанных квантовых состояний двух ионов иттербия так, чтобы информация объединилась, и стала возможна телепортация одного иона в другой. Каждый ион был изолирован в отдельной вакуумной ловушке, заключен в невидимую клетку из электромагнитных полей и окружен металлическими электродами.
Исследователи определили два основных состояния ионов, которые послужили бы альтернативными значениями “бита” атомического квантового бита, или кубита.
Условные электронные биты, как в персональном компьютере, всегда находятся в одном из двух состояний: выкл. или вкл., 0 или 1, высокое или низкое напряжение и т.д. Однако квантовые биты могут находиться в позиции, называемой также “суперпозицей”, представляющей собой своего рода комбинацию этих двух состояний.
Процесс инициируется лазерным импульсом
В начале эксперимента оба иона (обозначены A и B) устанавливаются в имеющемся основном состоянии.
Затем под действием специальной микроволны, излучаемой одним из электродов клетки, в которой содержится ион A, он переходит в суперпозицию.
Сразу после этого на оба иона воздействует пикосекундный (одна триллионная доля секунды) лазерный пульс. Продолжительность импульса так мала, что каждый ион успевает выделить только один фотон, затем он теряет энергию, полученную от лазера и снова принимает одно из двух основных состояний кубита.
В зависимости от того, какое из состояний ион принимает, он выделяет один из двух видов фотонов с различной длиной волны (отмечены красным и синим).
Поступление на светоделитель
Каждый выделенный фотон направляется к светоделителю 50/50, где он либо проходит через сплиттер, либо отражается. На одной из сторон светоделителя также находятся датчики, фиксирующие поступление фотона.
Каждый фотон до того, как он достигает светоделителя, находится в неизвестной суперпозиции состояний. Однако после прохождения светоделителя приобретает особые характеристики.
По законам квантовой механики, из-за этой неизвестности ионы получают запутанное состояние. Это означает, что каждый ион находится в суперпозиции двух возможных состояний кубита.
Телепортация или другой вид передачи информации
Информация физически не переходит от одного иона А к иону В, а вместо этого исчезает, когда ион А измеряется и снова появляется, когда импульс микроволны воздействует на ион В. Именно данный факт говорит о том, что имеет место телепортация, а никакой-либо другой способ передачи информации.
“Еще одним положительным моментом нашего метода является то, что он сочетает в себе уникальные свойства и фотонов, и атомов”, — говорит Монро. “Фотоны идеально подходят для быстрой передачи информации на большие расстояния, тогда как атомы предоставляют ценную среду для долговременной квантовой памяти … Также телепортация квантовой информации таким способом может создать основу нового типа квантового интернета, который в выполнении определенных задач сможет превзойти любой тип классической сети”.
Хотя ученые, в основном, сходятся в том, что вечные льды в крайних северных широтах рано или поздно растают окончательно, конкретная дата этого печального события остается предметом дискуссий. По недавно обнародованным данным, Деду Морозу придется учиться плавать раньше, чем считалось до сих пор. Ученые считают: процесс уже не остановить.
По данным спутниковой съемки, количество «летнего» льда, сохраняющегося в окрестностях Северного полюса в теплые месяцы, последовательно снижается, начиная с 1979 г. Построенные на основе этой информации компьютерные модели позволяют сделать прогноз на будущее: летом 2030 г. впервые за тысячелетия Арктика растает полностью.
Однако результаты 2007 г. удивили даже заядлых пессимистов: площадь льдов летом сократилась намного больше, чем можно было ожидать. К прошлому сентябрю в Арктике сохранилось не более 4,28 млн кв. км льда, что на целых 23% ниже минимального рекорда, установленного годом ранее.
Между тем, группа американских ученых во главе с Марком Серрезе (Mark Serreze) показала, что ускорение таяния арктических льдов нарастает с такой быстротой, что уже пройдена «точка невозвращения»: остановить процесс не представляется возможным. К концу лета 2008 г. ученые с тревогой следили за тем, сохранится ли вообще какое-нибудь количество льда. На конец сентября площадь ледяной поверхности составила 4,67 млн кв. км. Оптимисты могли бы сказать, что Арктика преодолела самые апокалиптические прогнозы, понемногу восстанавливаясь. Но Серрезе и его коллеги так считать не склонны.
«Если вы взгляните на данные последних 5-ти лет, — говорит ученый, — вы сразу заметите, как нарастает таяние». В 2008-м его ускорение стало выше, чем в 2007-м, однако самые высокие «результаты» зафиксированы в 2002-м и 2005-м гг. Какой же механизм приводит к этому ускорению?
В течение лета яркий блестящий стаявший лед заменяется темной океанской водой, которая лучше поглощает тепло солнечных лучей. И когда приходит арктическая зима, нагретый океан отдает накопленное тепло, что препятствует полному восстановлению ледяного покрова. Изучив температурные данные у поверхности Северного (и пока еще) Ледовитого океана, Серрез обнаружил, как велик эффект этой теплоотдачи: зимняя температура над районами, где интенсивность таяния была особенно велика, в последние 4 года была на 5 градусов выше, чем в среднем за всю историю наблюдений.
Подобное ускорение, по словам Серреза, до сих пор откладывалось лет на 20 в будущее. «Компьютерное моделирование, — говорит он, — хорошо показывает происходящее, но на деле все это происходит намного быстрее». И эти изменения могут быть неисправимыми: все большее согревание полярных областей приводит ко все большему таянию, что, в свою очередь, еще ускоряет нагрев. А когда лед растает окончательно – последствия будут по-настоящему глобальными.
«Арктика – это регион, где остывает воздух со всего северного полушария, — поясняет Серрез, — из-за таяния местных льдов может полностью измениться вся картина океанских течений, которые во многом определяют климат полушария». Последствия этого уже ощущаются и в северной части Америки, и на севере Сибири.
По словам Кэйти Уолтер (Katey Walter), исследующей природу Аляски, уже наблюдается таяние слоев вечной мерзлоты, что приводит к выбросу в атмосферу метана. Этот процесс, кстати, еще больше нагревает Землю: метан создает весьма мощный парниковый эффект, в 21 раз сильнее, чем углекислый газ.
Между тем, климат Земли и вправду порядком «разболтался». По мнению некоторых ученых, на фоне глобального потепления Европе угрожает противоположная опасность – обледенеть.
