WIIKI.RU: Теоретики рассказали, как телепортировать энергию на большие расстояния

Физика - это область естествознания, наука. Она изучает самые общие и фундаментальные закономерности, которые определяют структуру и эволюцию материальн... читать далее »

Новости по Физике

01.02.2014 10:53

Теоретики рассказали, как телепортировать энергию на большие расстояния. Физика.

Понятие телепортации хоть и пришло в мир науки из фантастических литературных произведений и фильмов, но всё же плотно укоренилось в заголовках научных статьей.

Чаще всего термин "телепортация" применяется для описания экспериментов с так называемыми запутанными частицами. К примеру, два фотона (частица света) разведены по разным концам Вселенной. Они никак не контактируют физически, но абсолютно единовременно меняют состояние на противоположное своему партнёру. Сила, которая их связывает, до сих пор не изучена до конца, однако этот эффект вызвал массу значимых научных открытий.

В представлении научных фантастов телепортация есть мгновенное перемещение в пространстве без непосредственного движения. Человек или любой другой объект исчезает в одном месте и возникает в другом. В реальной жизни, конечно же, такого не происходит. Передаётся информация (от одной запутанной частицы к другой), и она явно переправляется быстрее, чем может идти сквозь пространство любой известный нам сигнал и уж тем более материальное тело. Физики уже научились телепортировать информацию на огромные расстояния.

Передачи энергии при этом не происходит. С 2008 года команда учёных из университета Тохоку в Японии во главе с Масахиро Хотта (Masahiro Hotta) занимается исследованием феномена телепортации энергии.

Первичная теория физиков подразумевала использование преимуществ так называемых вакуумных состояний. Если говорить упрощённо, в случае телепортации энергии одна частица передаёт другой информацию о том, как извлечь энергию из вакуума. Но как достать энергию из ничего?

Хотта, основываясь на законах квантовой физики, предположил, что на самом деле вакуумные состояния не являются по-настоящему пустыми, в них то появляются, то возникают виртуальные частицы, некоторые из которых пребывают в состоянии той самой квантовой запутанности.

Напомним, согласно законам квантовой механики, количество значений в системе (например, в вакууме), которые могут быть измерены, ограничены. Но Хотта определил, что за счёт роста неопределённости одного значения уменьшается неопределённость другого значения в той же системе.

Чтобы проще было понять все эти сложные слова, представим себе, что связанные частицы — это некие Алиса и Боб, которые могут пообщаться по телефону и таким образом передать информацию. Если они находятся достаточно близко, то Алиса может провести измерение параметров окружающего пространства. Из этих данных можно с определённой долей вероятности определить, каковы параметры пространства, окружающего Боба. Алиса передаёт собранную информацию Бобу по классическим каналам связи (звонит по телефону). При этом Бобу уже не понадобится проводить свои собственные измерения, чтобы извлечь энергию из окружающего его вакуума.

Энергия, которую в результате получит Боб, всегда будет меньше, чем та энергия, которую потратит Алиса на измерения. Если рассматривать этот процесс с точки зрения термодинамики, то получается, что Алиса "телепортирует" энергию Бобу в форме информации, которая ему пригодится для извлечения энергии из окружающего вакуума.

Схема, поясняющая связь Алисы и Боба и передачу энергии между ними в случае квантовой телепортации энергии на небольшое расстояние (вверху) и на дальнее (иллюстрация Hotta et al./arXiv).

Несмотря на всю правдоподобность, данная теория Хотта показала, что при попытке такой телепортации на большие расстояния "количество" энергии, которую можно передать, ощутимо падает. Чем дальше Алиса от Боба, тем сложнее ей оценить ситуацию вокруг него, да и телефонная связь начинает работать плохо (в реальности степень запутанности частиц уменьшается по мере роста расстояния между ними). Выходит, что на дальние расстояния энергию по тому же принципу не отправишь. Слишком уж велики будут первоначальные затраты энергии.

Однако в своей последней работе команда теоретиков дополнила свою идею новыми расчётами. Увеличить предполагаемое расстояние можно, по словам Хотты, путём использования свойств так называемого сжатого состояния.

При возникновении этого эффекта теоретически должно возникать больше пар частиц, движущихся сквозь вакуум. Среди них в свою очередь должно быть больше тех, что находятся в "прочном" состоянии квантовой запутанности. То есть их связь будет устойчивее, несмотря на большое разделяющее их расстояние. Главное, правильно выбрать сжатое состояние.

Учёные полагают, что подобная телепортация энергии имела место в ранней Вселенной, когда происходило её быстрое расширение.

На данном этапе работа находится исключительно на стадии теоретических расчётов, которые можно изучить, ознакомившись со статьёй, вышедшей в журнале Physical Review A (или её препринтом). Но исследователям не терпится проверить свои выкладки в лаборатории, что можно будет осуществить в ближайшие годы, например, при использовании двумерных полупроводников. Насколько практически значимой будет данная технология, покажет время. Вполне вероятно, что однажды она пригодится при разработке квантовых компьютеров.