Сказочный способ передачи информации

Ученые из Саудовской Аравии утверждают, что им удалось открыть новый способ передачи информации. Они продемонстрировали, что информационный обмен может осуществляться без обмена при этом какими-либо физическими частицами-носителями. Это звучит прямо-таки как еще одна сказка "1001 ночи", хотя приведенные исследователями схемы и описания экспериментов убеждают всех в реальности происходящего.

Фото:

До сих пор во всех устройствах связи переносчиками информации были частицы — чаще всего в качестве таковых выступают электроны. Впрочем, в последнее время на роль подобных "гонцов" пробуются и другие частицы. Так, например, ученые многих стран активно работают с нейтрино, пытаясь создать такую систему коммуникаций, как "нейтринный телеграф" — она основывается на способности этих (и других) элементарных частиц пребывать в состоянии квантовой запутанности. Ну, а оптические системы связей, где переносчиками информации являются фотоны, уже давно никого не удивляют.

Однако основным принципом работы большинства подобных устройств является то, что частица всегда доходит от отправителя (в физических схемах подобных экспериментов это дама по имени "Алиса") до получателя (а его называют "Боб"), Проще говоря, у Алисы всегда есть генератор частиц, а у Боба — детектор. Как только посланная Алисой частица фиксируется детектором Боба, то процесс передачи информации считается завершенным. Однако при этом "гонцу" все-таки приходиться пройти какой-то путь (исключение составляет лишь нейтринный телеграф, хотя и там исходно выпущенному нейтрино приходиться немного "побегать" для того, что бы образовать состояние запутанности с его "коллегой").

Однако недавно ученые из Саудовской Аравии заявили о том, что им удалось придумать способ передачи информации между источником и получателем без обмена какими-либо физическими частицами. И, что самое интересное, подобное заявление вовсе не было первоапрельской шуткой — во-первых, в Саудовской Аравии не отмечают "день дурака", а, во-вторых, исследователи из Научно-технического городка имени короля Абдул-Азиз ибн Сауда представили все схемы и описания своего эксперимента. И все их коллеги из других стран признали, что никакой ошибки ни в расчетах, ни в опытах, не имеется.

Как же им это удалось осуществить? На самом деле, достаточно просто — правда, для тех, кто разбирается в квантовой механике, а уж ее группа, которой руководил профессор Хатим Салих, знала очень и очень хорошо. Исследователи соорудили прибор, в котором имелось множество светоделителей — устройств из призм и зеркал с очень высокой отражающей способностью. Дальше опыт шел проходил так: Алиса посылала Бобу один фотон через первый светоделитель, ну, а у Боба, в свою очередь, уже имелся детектор прямо за этим устройством.

Само собой, у Боба есть два варианта дальнейших действий — он может включить детектор или не включать его. Ученые утверждают, что при втором варианте (то есть когда детектор выключен), фотон, как и положено любой элементарной частице существует в суперпозиции одновременных состояний (то есть он может одноваременно реализовывать два варианта поведения), в одном из которых он будет отражен, а в другом — пропущен через светоделитель, что позволит ему интерферировать самому с собой после отражения в двух правильно расположенных рядом со светоделителем зеркалах. Но вот когда Боб включит детектор, то, согласно принципу неопределенности Гейзенберга, частице придется выбирать, чем заниматься в данный момент — либо проходить через светоделитель, либо отражаться от него (поскольку при измерении, как мы знаем, волновая функция любой частицы коллапсирует).

Читайтетакже: Физикидобавили в наш мир определенности

Однако это еще не все — что бы не "придумал" фотон, в точке, где оба потенциальных маршрута фотона пересекаются, располагается еще один светоделитель, рядом с котором также, как и с первым расположены два зеркала, И, что самое интересное, за ним расположен еще один детектор Боба. Вся эта конфигурация полностью повторяет таковую первого контура. В итоге отражение фотона от всего этого великолепия вызывает появление сложной картины, отдаленно напоминающей ромб. Вот тут-то ученых и поджидал сюрприз — оказалось, что в данной ситуации по отношению к частице начинает действовать так называемый "квантовый эффект Зенона".

Этот парадокс квантовой механики, названый в честь знаменитого древнегреческого софиста Зенона (автора парадоксов про Ахиллеса и черепаху, а также про неподвижную стрелу в полете) гласит о том, что время распада метастабильного квантового состояния некоторой системы с дискретным энергетическим спектром прямо зависит от частоты событий измерения ее параметров. Проще говоря, если частицу постоянно измерять, то она никогда не впадет в состояние суперпозиции, а всегда будет выбирать только одну линию поведения (в данном случае фотон будет или все время отражаться, или все время проходить сквозь светоделители).

Так вот, расчеты ученых из Саудовской Аравии показали, что наиболее вероятным состоянием, в котором фотон будет удерживаться в результате действия квантового эффекта Зенона, будет именно отражение от светоделителя и находящихся рядом зеркал (в системе из двух контуров эта вероятность составляет 70-80 процентов, а для того, чтобы достичь стопроцентной вероятности, нужен прибор, включающий в себя 50 первичных контуров и 1 000 вторичных). Получается, что если детекторы Боба все время включены, фотон "впадает" в состояние отражения и, не проходя даже сквозь первый светоделитель, тем не менее сообщает Алисе (которая видит то, что он отражается) о том, что Боб включил все детектирующие устройства. То есть тем самым он переносит информацию, фактически не двигаясь с места!

Проанализировав данные эксперимента, саудовские исследователи сразу же заявили о том, что ими найден способ передачи информации без частиц-посредников. Они считают, что поможет реализовать проект не перехватываемой никакими шпионами и хакерами связи по правительственным спецканалам, поскольку сообщение, которое не переносит ни один носитель, перехватить действительно невозможно (шпионам в данном случае просто нечего перехватывать). В то же время они отмечают, что придуманная ими система в существующем виде достаточно сложна, и о широком ее применении говорить пока рано — нужно еще много работать над усовершенствованием этого чудесного прибора.

В конце статьи, которая сейчас готовится к публикации в журнале Physical Review Letters, руководитель группы исследователей Хатим Салих предается скорее философским, нежели научным размышлениям — он ставит перед всем научным сообществам весьма интересный вопрос: если физические частицы не переносят информацию между отправителем и получателем, то кто же тогда это делает?

"В принципе, можно сказать, что во всех реализуемых вариантах такой схемы сохраняется вероятность передачи фотона от одной стороны к другой. Но стоит ли уверенно утверждать, что информацию можно предавать одной только вероятностью передачи частицы?" — вопрошает профессор Салих. Увы, ответа на него пока не знают даже сами разработчики нового метода передачи информации…