Ученые телепортировали настоящий атом

На прошлой неделе, 17 июня, журнал «Нейчур» опубликовал статьи сразу двух групп исследователей, работавших независимо друг от друга, где сообщалось, что ученые научились телепортировать атомы.

Нервных просят не удаляться. Речь идет, увы, совсем не о той телепортации, которой нас в течение многих десятилетий кормят фантасты и с помощью которой вы, войдя в одну будочку на Земле и нажав кнопочку, в тот же миг оказываетесь в такой же будочке, но уже на Марсе или вообще где-нибудь на Альдебаране. Пока законы физики это запрещают.

Речь в данном случае идет о давно известном квантовом эффекте, кстати, тоже весьма занятном. Его открыл или, точнее, придумал еще Альберт Эйнштейн, когда он в отчаянном споре с Нильсом Бором пытался доказать несостоятельность квантовой механики. Эйнштейн придумал квантовый эксперимент, приводящий, по его мнению, к совершеннейшему абсурду. Его суть в следующем: если две частицы квантово связаны (ну, скажем, родились в ходе одной ядерной реакции), то их совместное квантовое состояние – суммарная величина спинов и еще несколько менее известных квантовых характеристик – остается неизменным и в дальнейшем. Поэтому, если у одной частицы почему-то вдруг квантовое состояние изменится, то оно тут же мгновенно изменится и у другой, причем независимо от расстояния между ними.

Нильс Бор эйнштейновский мысленный эксперимент переварил и глубокомысленно заметил в том смысле, что – а почему бы и нет? Никакие законы физики это не запрещают.

В течение нескольких десятилетий квантовая телепортация по Эйнштейну была не более чем занятным квантовым кунштючком. А потом, в 1997 году, в небольшом институте Инсбрука австрийский ученый Антон Зайлингер проверил реальность этого эффекта на двух фотонах.

Возможно, его работа так и осталась бы чем-то интересным только для узкого круга специалистов, но Зайлингер опубликовал ее в журнале «Нейчур», то есть в одном из самых знаменитых журналов мира, да к тому же назвал этот эффект «квантовой телепортацией» – что, естественно, привлекло внимание всех ученых, кто когда-либо увлекался фантастикой, а таких много. Больше того, абстрактный физический эффект к тому времени приобрел практическое значение. Как оказалось, его можно использовать в криптографии, создавая принципиально недоступные для расшифровки системы связи, и, что еще более интересно, в квантовых компьютерах.

Сейчас о пользе квантовой телепортации для криптографии почему-то помалкивают (то ли надежды не сбылись, то ли они сбылись настолько, что о них лучше не упоминать в открытой печати), но квантовый компьютер – на коне. Возможно, именно поэтому почти незамеченным осталось сообщение 1998 года о том, что ученым удалось осуществить квантовую телепортацию атомного ядра, а нынешнее сообщение о телепортации атома возбудило буквально всех.

Сообщения о телепортации атома пришли из Инсбрука, правда, уже не от Зайлингера, а от группы из Инсбрукского университета, возглавляемой профессором Райнером Блатом, которая «научила» ион кальция передавать другому иону кальция, находящемуся на другом конце установки и воздействуя на него точно направленным лучом лазера, информацию о своем квантовом состоянии. Вторая группа, из Национального института стандартов и технологий (Боулдер, США), используя совершенно иную методику, сделала то же самое с ионами бериллия.

Ну, казалось бы, какая разница – атомное ядро или атом? Атомное ядро – это атом, лишенный электронной оболочки, с точки зрения квантовой механики почти одно и то же, что атом. Но с точки зрения квантового компьютера разница оглушительная. Он работает не на ядрах, а именно что на атомах. Его процессор представляет собой группу атомов, квантово связанных между собой, и если все получится, то эти атомы, специальным образом настроенные, передавая друг другу информацию о своих квантовых состояниях, смогут производить вычисления со скоростью, по сравнению с которой скорость нынешних суперкомпьютеров покажется скоростью древнего абака.