113

   Фактически, я сознательно немного неточен. Наше физическое строение все время проходит через огромное количество трансформаций – некоторых незначительных, некоторых радикальных, – но мы остаемся той же самой персоной. От американского производителя мороженого Haagen-Dazs, который наводнил кровоток жиром и сахаром, до технологии магниторезонансного сканирования (MRI), которая для составления трехмерных карт опухолей и метастазов переворачивает спиновые оси различных атомных ядер в мозгу, до сердечных трансплантантов и липосакции, до триллионов атомов в среднем человеческом теле, которые заменяются каждую миллионную долю секунды, мы подвержены постоянным изменениям, однако наша персональная идентичность остается не затронутой. Так что, даже если телепортируемый не будет обладать моим физическим состоянием с совершенной точностью, он все равно будет полностью неотличим от меня. В моей книге он все равно будет мной. 
   Конечно, если вы верите, что в жизни, и, особенно, в сознательной жизни, имеется что-то большее, чем ее физическое строение, ваши стандарты для успешной телепортации будут более строгими, чем мои. Эта сложная проблема – до какой степени наша персональная идентичность связана с нашей физической? – дебатируется годы в различных видах и остается без ответа, который бы удовлетворил каждого. В то время как я верю, что идентичность целиком находится в физической области, другие не согласны, и никто не может предъявить окончательный ответ. 
   Но, безотносительно к вашей точке зрения на гипотетический вопрос о телепортации живого, ученые сейчас установили, что благодаря чудесам квантовой механики индивидуальные частицы могут быть – и были – телепортированы. 
   Посмотрим, каким образом. 
 
   Квантовое запутывание и квантовая телепортация 
   В 1997 группа физиков под руководством Антона Зейлингера, тогда работавшего в Университете Инсбрука, и другая группа под руководством А. Франческо Де Мартини из Университета Рима, каждая в отдельности^[2] провели первую успешную телепортацию отдельного фотона. В обоих экспериментах начальный фотон в особом квантовом состоянии был телепортирован на короткую дистанцию через лабораторию, но имеются все основания ожидать, что процедура будет аналогично работать на любой дистанции. Каждая группа использовала технику, основанную на теоретическом результате, сообщенном в 1993 командой физиков – Чарльзом Беннетом из Ватсоновского Исследовательского Центра IBM; Жилем Брассаром, Клодом Крепо и Ричардом Джозой из Университета Монреаля; израильским физиком Ашером Пересом и Вильямом Вуттерсом из Вильямсовского Колледжа, – которые полагались на квантовое запутывание (Глава 4). 
   Вспомним, что две запутанные частицы, скажем два фотона, имеют странное и тесное взаимодействие. В то время как каждая имеет только определенную вероятность крутиться (иметь определенный спин) тем или иным образом, и в то время как каждая, будучи измеренной, кажется "выбирает" хаотически между различными возможностями, какой бы "выбор" ни сделала одна, другая немедленно делает то же самое, безотносительно к их пространственному разделению. В Главе 4 мы объясняли, что не имеется способа, чтобы использовать запутанные частицы для передачи сообщения от одного места к другому быстрее скорости света. Если непрерывный ряд запутанных фотонов будет измерен в каждом из сильно удаленных мест, данные, собранные в обоих детекторах будут хаотической последовательностью результатов (с общей частотой появления того или иного направления спина, соответствующей вероятностной волне частиц). Запутывание становится очевидным только при сравнении двух списков результатов, и оказывается, как ни удивительно, что они идентичны. Но это сравнение требует некоторого вида ординарной, более медленной, чем скорость света, коммуникации. А поскольку до сравнения не может быть обнаружено никаких следов запутывания, не может быть послан сигнал, более быстрый, чем скорость света. 
   Тем не менее, даже если запутывание не может быть использовано для сверхсветовых коммуникаций, кое-что может помочь почувствовать, что дальнодействующие корреляции между частицами являются столь причудливыми, что они применимы для кое-чего экстраординарного. В 1993 Беннет и его соратники открыли одну такую возможность. Они показали, что квантовое запутывание может быть использовано для квантовой телепортации. Вы не можете послать сообщение со скоростью больше световой, но если вы будете устраивать более медленную, чем свет, телепортацию частицы отсюда туда, запутывание будет билетом. 
   Обоснование, стоящее за таким заключением, хотя и математически честное, является хитроумным и изобретательным. Здесь приводятся особенности его проведения. Представим, что я хочу телепортировать отдельный фотон, который я называю Фотоном А, из моего дома в Нью-Йорке к моему другу Николасу в Лондон. Для простоты рассмотрим, как я телепортирую точное квантовое состояние спина фотона – это значит, как я обеспечиваю, что Николас получит фотон, чья вероятность определенного значения спина тем или иным образом будет идентична Фотону А. 
   Я не могу непосредственно измерить спин Фотона А, позвонить Николасу, чтобы он провел манипуляции с фотоном на его стороне, так что его спин соответствовал бы моему наблюдению; результат, который я получаю, будет подвержен влиянию наблюдения, которое я провожу, так что правильное состояние Фотона А перед моим наблюдением не будет отражено. Так что я могу сделать? Ну, согласно Беннету и его коллегам, первый этап заключается в том, чтобы гарантировать, что Николас и я, каждый имеем по одному из двух дополнительных фотонов, назовем их Фотоны В и С, которые запутаны. Как мы станем обладателями этих фотонов, не особенно важно. Только допустим, что Николас и я убеждены, что даже если мы находимся по разные стороны Атлантики, если я измеряю спин Фотона В относительно заданной оси и он делает то же самое для Фотона С, мы найдем в точности одинаковый результат. 
   Следующий этап, в соответствии с Беннетом и сотрудниками, не связан с прямым измерением Фотона А – фотона, который я надеюсь телепортировать, – поскольку это приведет к слишком резкому вмешательству. Вместо этого я должен измерить общее свойство Фотона А и запутанного Фотона В. Например, квантовая теория позволяет мне измерить, имеют ли Фотоны А и В одинаковый спин относительно вертикальной оси без измерения их индивидуальных спинов. Аналогично, квантовая теория позволяет мне измерить, имеют ли Фотоны А и В одинаковый спин относительно горизонтальной оси без измерения их индивидуальных спинов. В результате такого объединенного измерения я не узнаю спина Фотона А, но я узнаю, как спин Фотона А связан со спином Фотона В. И это важная информация. 
   Удаленный фотон С запутан с фотоном В, так что если я знаю, как Фотон А связан с Фотоном В, я могу вывести, как Фотон А связан с Фотоном С. Если я теперь сообщу по телефону эту информацию Николасу, передав ему, как состояние спина Фотона А связано с состоянием спина Фотона С, он сможет определить, что надо сделать с Фотоном С, чтобы его квантовое состояние стало соответствовать состоянию Фотона А. Как только он проведет необходимые манипуляции, квантовое состояние фотона, находящегося в его владении, будет идентичным состоянию Фотона А, а это все, что нам необходимо, чтобы объявить, что Фотон А был успешно телепортирован. В простейшем случае, например, если мое измерение обнаруживает, что спин Фотона В идентичен спину Фотона А, мы придем к заключению, что спин Фотона С также идентичен спину Фотона А и без дальнейших хлопот телепортация будет завершена. Фотон С будет в том же самом квантовом состоянии, как и Фотон А, как и хотелось. 
   Ну, почти. Имеется грубая идея, но для объяснения квантовой телепортации в виде управляемых этапов, я до настоящего момента оставлял без внимания абсолютно ключевой элемент истории, который я сейчас восполню. Когда я провожу совместное измерение Фотонов А и В, я на самом деле узнаю, как спин Фотона А связан со спином Фотона В. Но, как и во всех наблюдениях, само измерение влияет на фотоны. Следовательно, я не узнаю, как спин Фотона А был связан со спином Фотона В до измерения. Вместо этого я узнаю, как они связаны после того, как состояния обоих фотонов были нарушены актом измерения. Так что, с первого взгляда, мы, кажется, стоим перед лицом той же самой квантовой преграды для копирования Фотона А, которую я описал выше: перед неизбежным нарушением состояния, вызванным процессом измерения. Именно здесь Фотон С приходит на помощь. Поскольку Фотоны В и С запутаны, нарушение, которое я вызвал у Фотона В в Нью-Йорке, будет также отражено в состоянии Фотона С в Лондоне. Это удивительная природа квантового запутывания, как мы детально обдумывали в Главе 4. Фактически, Беннет и его соратники показали математически, что через запутывание с Фотоном В нарушение, вызванное моим измерением, отпечатывается на удаленном Фотоне С. 
   И это фантастически интересно. Через мое измерение мы можем узнать, как спин Фотона А связан со спином Фотона В, но с раздражающей проблемой, что состояния обоих фотонов нарушились моим вмешательством. Через запутывание, однако, Фотон С связывается с моим измерением, – даже если он удален на тысячи миль, – и это позволяет нам обособить влияние нарушения и отсюда получить доступ к информации, обычно теряющейся в процессе измерения. Если я теперь позвоню Николасу с результатом моего измерения, он будет знать, как спины Фотонов А и В связаны после нарушения, и через Фотон С он получит доступ к влиянию самого нарушения. Это позволяет Николасу использовать Фотон С, чтобы, грубо говоря, вычесть нарушение, вызванное моим измерением, и таким образом, обойти препятствие к дублированию Фотона А. Фактически, как детально показали Беннет и сотрудники, через, по большей части, простые манипуляции со спином Фотона С (основанные на моем телефонном звонке, информирующем Николаса, каково состояние спина Фотона А относительно состояния спина Фотона В), Николас обеспечит, что Фотон С, каким бы ни был его спин, в точности скопирует квантовое состояние Фотона А перед моим измерением. Более того, хотя спин только одна из характеристик фотона, другие свойства квантового состояния Фотона А (такие как вероятность, что он имеет ту или иную энергию) могут быть воспроизведены аналогично. Таким образом, используя эту процедуру, мы можем телепортировать Фотон А из Нью-Йорка в Лондон.^[3]