Contrairement aux lois de la mécanique classique, nous avons appris à transmettre des informations plus rapidement que la vitesse de la lumière. RIA Novosti a découvert comment les qubits échangent des données et pourquoi il est impossible de téléporter un objet matériel.
Monde quantique mystérieux
Dans le monde quantique, l'information est mesurée en qubits. Contrairement aux bits classiques, ils sont capables de rester simultanément dans deux états - zéro logique et un - jusqu'à ce qu'ils soient mesurés, ou plutôt, que les informations soient lues.
Le rôle d'un qubit est joué par un atome artificiel à deux niveaux d'énergie. Si l'atome est au niveau d'énergie inférieur, l'état du système est le zéro logique, celui du haut est le un logique. Physiquement, un qubit peut être incorporé dans un photon, une molécule, un ion, un atome, un point quantique - dans tout ce qui émet et absorbe des quanta d'énergie électromagnétique. Par exemple, les qubits supraconducteurs sont un circuit électrique constitué de fines couches de métal refroidies à des températures ultra-basses, entre lesquelles des paires d'électrons tunnel à travers de fines couches d'isolant.
Puisque nous parlons du monde quantique, il est impossible de dire dans quel état se trouve l'électron dans le qubit à chaque instant du temps. Cela ouvre des possibilités de téléportation - la transmission de quelque chose dans l'espace.
«La téléportation quantique nécessite trois qubits superposés. Disons que nous devons transférer des informations du premier élément au troisième, et qu'ils ne doivent pas interagir, c'est-à-dire qu'ils ne doivent pas être proches. Ensuite, les troisième et deuxième qubits sont intriqués à l'aide d'une opération logique - leurs états deviennent interdépendants et ils sont eux-mêmes appelés intriqués. Et si l'état de l'un d'eux est mesuré, l'état du second sera automatiquement opposé. C'est comme lancer des boules noires et blanches dans une boîte, puis en extraire une au hasard: la couleur de la seconde sera connue avec une probabilité de 100% », explique Ilya Besedin, ingénieur au laboratoire de métamatériaux supraconducteurs de NUST MISIS.
Ensuite, le deuxième qubit doit interagir avec le premier. Il existe deux façons principales de les amener à «discuter». Premièrement, la fréquence de résonance d'un atome est modifiée de sorte qu'elle coïncide avec la fréquence d'un autre, après quoi l'excitation de l'un à l'autre passe par le champ électrique. La deuxième option est que le système est exposé au rayonnement micro-ondes de sorte que le coefficient d'absorption d'un atome dépend de l'état d'un autre. Une fois que les qubits ont "parlé", leurs états sont lus.
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En fait, à ce moment, les qubits se transforment en bits classiques avec des informations connues. Ensuite, une opération logique est effectuée sur le troisième qubit, et il s'avère être dans l'état du premier. Rappelons que les premier et troisième qubits n'ont jamais interagi, sauf pour la «communication» indirecte via le deuxième qubit. De plus, le troisième était en contact avec le second avant d'échanger des informations avec le premier.
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Vous ne pouvez pas discuter avec la théorie de la relativité
Avec l'aide de la téléportation quantique, les informations peuvent être transmises sur de longues distances. Jusqu'à présent, le record appartient à des scientifiques chinois, qui ont envoyé des données de la Terre à un satellite sur 1400 kilomètres. De plus, les qubits eux-mêmes échangent des données instantanément, encore plus vite que la vitesse de la lumière.
Les scientifiques l'ont confirmé en mesurant simultanément l'état de deux qubits intriqués à différents endroits. Il s'est avéré qu'ils "ressentaient" vraiment les changements les uns des autres plus rapidement que les mouvements légers.
Pour extraire des informations d'un qubit, elles doivent être décodées à l'aide de bits classiques dont la vitesse de transmission ne peut excéder la vitesse de la lumière. Ainsi, bien que le monde quantique offre des opportunités incroyables, les gens, en raison de leur nature classique, ne peuvent parfois tout simplement pas en profiter pleinement.
«Mais la téléportation quantique est parfaite pour la transmission de données cryptées. Bien entendu, les informations peuvent également être cryptées à l'aide d'algorithmes classiques. Mais cette méthode a une faiblesse: l'échange de clés. Avec une puissance de calcul suffisante, le cryptage intercepté peut toujours être lu », explique l'expert.
Et les protocoles basés sur la téléportation quantique vous permettent de prouver mathématiquement que la ligne quantique n'est pas exploitée. Dès qu'un étranger s'y connecte, la qualité du transfert de l'état quantique se dégrade considérablement, quel que soit l'équipement technique de l'intrus. Et les deux parties découvrent immédiatement que leur conversation n'est plus privée.
N'y aura-t-il pas de téléportation?
Pour partager une vidéo amusante avec un ami, vous avez tous les deux besoin d'un ordinateur ou d'un smartphone. Il en va de même pour la téléportation de données entre qubits: pour transférer l'état, vous avez besoin d'un qubit émetteur et d'un qubit récepteur, qui sont déjà situés au bon endroit. Autrement dit, avant d'envoyer des données, vous devez déplacer physiquement l'objet qui les recevra. Et jusqu'à présent, nous ne pouvons le faire que de manière classique: le long d'une trajectoire connue - du point "A" au point "B". Et en aucun cas instantanément.
Et qu'en est-il de la téléportation de tout objet matériel dans son ensemble - par exemple, une personne? Après tout, en dernière analyse, la matière est constituée d'atomes, c'est-à-dire de systèmes quantiques entre lesquels des informations peuvent être transmises. Pour ce faire, vous devrez téléporter des données sur tous les atomes du corps vers d'autres atomes situés ailleurs, et ainsi recréer une personne.
Mais pour chaque acte de transfert, un équipement technique complexe est nécessaire. Une personne pesant environ 70 kilogrammes contient 6,7 * 1027 atomes. Il est incroyablement difficile de transmettre des informations sur toutes les particules avec une précision de 100% - et pour le moment, ce n'est pas techniquement possible. Pourtant, la téléportation d'un objet matériel est une tâche trop attrayante pour être refusée.
