Ученые научились телепортировать микробы

Физики Тонкан Ли из Университета Пардью в городе Уэст-Лафайетт (США) и Чжан-Ци Инь из Университета Циньхуа в Пекине (Китай) заявили, что им удалось разработать метод, который позволяет телепортировать живые организмы на квантовом уровне. Правда, пока речь идет только о микробах. Статья на эту тему опубликована в научном издании Science Bulletin.

Шредингер и Чеширский кот

Собственно, сам процесс квантовой телепортации представляет собой перемещение на различные расстояния не самих частиц, а только их квантовых состояний. Для этого ученые используют пару сцепленных (запутанных) между собой частиц, разнесенных в пространстве. Согласно законам квантовой механики, даже если такие частицы удаляются друг от друга на значительную дистанцию, каждая из них все равно сохраняет информацию о состоянии своего "компаньона".

Данный феномен связан с такими понятиями, как парадокс Шредингера и квантовый Чеширский кот.

В 1935 году австрийский физик Эрвин Шредингер проделал мысленный эксперимент, объясняющий загадочное свойство электронов исчезать на одной орбите и мгновенно появляться на другой. Ученый предложил вообразить кошку, которую поместили в закрытый ящик, где находятся одновременно счетчик Гейгера, баллончик с ядовитым газом и радиоактивная частица. Если последняя поведет себя как корпускула, то сработает счетчик радиоактивности, баллончик начнет распылять газ и кошка погибнет.

Если же частица проявит волновые свойства, счетчик на нее не среагирует, следовательно, кошка останется в живых. Но, по законам квантовой физики, кошка оказывается одновременно и жива и мертва, пока какой-нибудь наблюдатель не заглянет в ящик и не зафиксирует ее состояние. Именно это теоретическое описание легло в основу гипотезы о телепортации.

Квантовым Чеширским котом, в свою очередь, называют явление квантовой механики, суть которого сводится к тому, что в определенных условиях квантовые частицы и их свойства разделены в пространстве. Эффект назван по имени одного из персонажей кэрроловской "Алисы в Стране Чудес", обладающего способностью исчезать, оставляя вместо себя только улыбку…

Впервые идея квантового Чеширского кота была предложена в 2010 году. Феномен был экспериментально обнаружен на источнике нейтронов в институте Лауэ-Ланжевена (Гренобль, Франция). В 2013 году израильский физик-теоретик Якир Ааронов предложил применять для обнаружения явления способ слабых измерений.

Устройство "телепортатора"

Что же являет собой устройство для "телепортации", разработанное недавно китайскими физиками? Оно имеет входы, представляющие собой пластины из сверхпроводника, к которым подключены осциллятор и парящая над пластиной алюминиевая мембрана. Осциллятор является генератором микроволнового излучения, благодаря которому микроорганизмы на разных мембранах можно менять местами друг с другом, а также заставлять один и тот же микроорганизм находиться одновременно в двух разных точках на поверхности мембраны.

В обоих случаях делается запись квантового состояния в спин электрона молекулы глицина — одной из простейших аминокислот, которые присутствуют на поверхности оболочки бактерии.

При помощи специальной магнитной иглы можно либо вызвать коллапс волновой функции и определить положение бактерии на мембране, либо телепортировать информацию о ней в другой микроорганизм.

"Мы разработали простой и прямой метод того, как можно заставить одного микроба быть сразу в двух разных точках, и создали методику для телепортации квантового состояния этого микроорганизма, — прокомментировал Тонкан Ли. — Я надеюсь, что наша неконвенциональная работа вдохновит других физиков серьезнее относиться к квантовой телепортации на уровне микроорганизмов и о возможностях ее применения в будущем".

Также Инь и Ли планируют провести аналогичные эксперименты с прохлорококком — бактерией, способной к фотосинтезу. Они предполагают таким образом выяснить, задействована ли в процессе фотосинтеза растений квантовая механика.

Между Землей и космосом

Кстати, летом 2016 года китайские ученые собираются провести первый в мире эксперимент по квантовой телепортации на дистанцию более 1200 километров, сообщает Nature News. Это будет осуществлено посредством запуска в июне околоземного спутника.

На первом этапе планируется проверить надежность криптографической связи между Пекином и Веной, на втором через тот же спутник будет осуществлена квантовая телепортация фотонов между наземными станциями, расположенными в Дэлинхе и Лицзяне либо Наньшане (расстояние между этими пунктами как раз превышает 1200 километров).

Исследователи не сомневаются в успехе эксперимента, так как передача квантовой информации теоретически возможна на любые расстояния. В дальнейшие планы китайцев входят опыты по передаче сигналов между Землей и Луной.