Недавно Кадзуки Икеда опубликовал результаты исследования, в котором осуществил квантовую телепортацию энергии, извлекая её из вакуума.
Квантовая телепортация: информация и энергия
Передачу информации следует отличать от передачи физических объектов. В квантовой телепортации информации уже достигнуты значительные успехи: состояния передаются между частицами на расстоянии 44 км с точностью до 90%. Икеда же телепортировал энергию.
Идея эксперимента возникла после изучения работ коллег, в частности, исследования Масахира Хотта, описывающего метод извлечения энергии из вакуума. Эксперимент Икеда не первый: прошлогодний независимый эксперимент другой группы исследователей проверял ту же идею Хотта. Таким образом, имеем два независимых экспериментальных подтверждения возможности квантовой телепортации энергии.
Эксперимент Хотта: извлечение энергии из вакуума
Хотта предлагает описывать квантовое поле как крошечную систему передачи энергии, подобно тому, как это показано в «Стартреке». На микроскопическом уровне наблюдаются флуктуации, состоящие из положительной и отрицательной энергии.
Икеда открыл доступ к коду своего эксперимента, позволяя запустить его на квантовом компьютере IBM. Это открывает возможность проверки и воспроизведения результатов. Эксперимент поднимает вопросы о существовании отрицательной энергии и её возможном применении.
Модель эксперимента: Боб и Элис
Боб нуждается в энергии для зарядки квантовой батарейки, располагая лишь квантовым вакуумом. Элис имеет оснащенную лабораторию и возможность измерять состояние своего вакуума. Добавляя энергию и наблюдая за изменением состояния пространства, Элис передает Бобу информацию. Боб, используя эту информацию, извлекает из своего вакуума такое же количество энергии, какое Элис добавила в свой.
Квантовая механика и телепортация энергии
Этот метод не нарушает законы физики. «Ничто», или пустота, в квантовой механике – состояние близкое к нулю, но не равное нулю. В вакууме происходят флуктуации нулевой энергии – квантовые колебания, состоящие из положительной и отрицательной энергии. Эти колебания случайны, но их спектр можно узнать. Квантовая запутанность играет ключевую роль. Квантовые поля в вакуумах Боба и Элис связаны, образуя единую систему. Измерение Элис вызывает всплеск энергии, который отражается в вакууме Боба. Информация передается по обычным каналам, не быстрее скорости света. Закон сохранения энергии не нарушается, хотя локально у Боба наблюдается отрицательная энергия.
Практическое применение и перспективы
Возможно ли создание технологий, подобных варп-двигателям из «Стартрека»?
Хотта отмечает, что в экспериментах не показано сохранение телепортируемой энергии. Энергия рассеивается в системе. Необходимо научиться сохранять получаемую энергию, например, используя телепортацию для работы с токами в эффекте Холла.
В обозримом будущем квантовая телепортация энергии может быть полезна для небольших квантовых устройств, таких как квантовые компьютеры. Передача энергии в макромасштабе пока не представляется возможной.
От идеи к реализации
Хотта ещё в конце 2000-х разработал эксперимент. После разрушения его лаборатории группа канадских ученых, вдохновлённая идеей Хотта, провела свой эксперимент, используя технологию ядерного магнитного резонанса. В их эксперименте роли Боба и Элис выполняли два атома углерода внутри молекулы. Скорость передачи энергии квантовой телепортацией (37 миллисекунд) была значительно быстрее, чем классический способ (одна секунда).
Эксперимент Икеда проводился на квантовом компьютере IBM. Код эксперимента доступен в открытом доступе. Несмотря на то, что это эксперимент на квантовом компьютере, а не физический эксперимент в привычном понимании, он демонстрирует реальное управление квантовым устройством.
Хотта подчеркивает, что пока рано говорить о варп-двигателях. Однако, подобно тому, как сто лет назад казалось невероятным существование радио, рентгеновских лучей и самолётов, современные открытия могут привести к будущим технологическим прорывам. Важен каждый шаг на пути научного прогресса.