Клонам здесь не место. Когда телепортация станет обыденностью

Этим летом пришло несколько сенсационных сообщений о новых достижениях в технологиях телепортации. Нужно сразу уточнить, что мгновенное перемещение каких-либо объектов из одной точки пространства в другую до сих пор остается фантастикой, да и вряд ли когда-нибудь станет возможным. Ведь понятие "мгновенное перемещение" подразумевает, что в это самое мгновение объект существует в виде множества копий-клонов, занимающих все точки пространства между пунктом отправления и пунктом назначения. Но вот сделать так, чтобы объект исчез здесь и появился в заданном месте где-то на другом континенте или даже на другой планете, - это вполне реально.

Китайцы бьют рекорды

16 августа прошлого года Китайская национальная космическая администрация успешно запустила спутник, оснащенный первой в мире космической квантовой коммуникационной системой. Спутник получил название "Мо-цзы" в честь китайского философа, который в V в. до н. э. учил тому, что "небо придерживается всеобщей любви". Удивительный эффект квантовой запутанности, благодаря которому стали возможны квантовые коммуникации, можно считать своеобразным подтверждением этого учения Мо-цзы.

Суть эффекта, в совсем кратком изложении, заключается в том, что любую систему квантовых объектов, таких как фотоны (частицы света), электроны, атомы и т. д., можно привести в общее им всем состояние, называемое запутанным. Если два таких объекта развести на сколь угодно большое расстояние, они по-прежнему будут "чувствовать" друг друга. И если затем один из них запутать с третьим объектом (тем самым, который мы хотим телепортировать), то второй объект (тот, который находится где-то далеко) мгновенно "прочитает" информацию об этом третьем объекте, "записанную" первым объектом.

Иными словами, квантовая телепортация заключается не в мгновенном перемещении объекта, а в мгновенной передаче информации о внутреннем состоянии объекта. Но не нужно делать вывод, что это какая-то "ненастоящая" телепортация. В далеком будущем таким способом можно будет телепортировать даже людей. В пункте отправления записывается информация о внутреннем состоянии человека (включая его память, сознание и, если угодно, душу), а в пункте назначения эта информация считывается и затем передается... скажем, достаточно массивной куче пыли, чьи протоны, нейтроны и электроны тут же воссоздают человека точь-в-точь в том состоянии, в каком он пребывал до этой процедуры.

Принципиально важно, что в пункте отправления телепортируемый объект лишается своего первоначального состояния. В примере с человеком это будет означать не просто физическую смерть, а дезинтеграцию тела на атомы и элементарные частицы. То есть создавать копии человека таким способом будет нельзя - это прямо запрещает теорема о запрете клонирования, доказанная в рамках квантовой теории в 1982 г. американцами Уильямом Вуттерсом и Войцехом Журеком и нидерландским физиком Деннисом Диксом.

Впрочем, пока что люди учатся телепортировать простейшие объекты. Принципиальная возможность этой процедуры была продемонстрирована в 1993 г. учеными из IBM под руководством Чарльза Беннета. В 1997 г. почти одновременно группами физиков под руководством Антона Цайлингера (Австрия) и Франческо де Мартини (Италия) была осуществлена экспериментальная реализация квантовой телепортации фотона. Наземный рекорд дальности установили в мае 2012 г. австрийские физики под руководством все того же Антона Цайлингера. Они получили в течение 6,5 часов 605 фотонов, телепортированных на 143 км, - такое расстояние разделяет острова Ла-Пальма и Тенерифе Канарского архипелага.

Китайцы с помощью своего спутника "Мо-цзы" сумели побить этот рекорд в 10 раз. Пунктом отправления телепортируемых фотонов служила базовая станция в округе Нгари в Тибетских горах. Спутник движется по орбите, удаленной от поверхности Земли на 500 км. Расстояние от станции до спутника составляет около 1400 км, когда он выходит из-за горизонта, и около 500 км, когда спутник находится в зените. В статье, опубликованной 4 июля 2017 г., китайские исследователи сообщили, что за 32 дня эксперимента удалось зарегистрировать 911 случаев успешной квантовой телепортации фотонов. При этом некоторые из случаев были зарегистрированы на максимальной дистанции - около 1400 км.

Зачем это нужно уже сейчас

Конечно, тут напрашивается вопрос о том, когда можно будет перейти от экспериментов к практическому применению. Например, когда можно будет телепортировать не считанные фотоны или атомы, а что-то покрупнее. Несколько недель назад профессор Массачусетского технологического института Саджан Саини выступил с видеолекцией о квантовой телепортации. По его прогнозу, телепортировать людей будет возможно лет эдак через тысячу.

Даже если профессор прав в своей осторожности, это не значит, что квантовая телепортация еще сотни лет будет всего лишь забавой. На самом деле она не забава уже сейчас. Именно потому ею всерьез занялись китайцы.

Как уже говорилось, при квантовой телепортации передается в другую точку пространства не сам объект, а информация о его состоянии. Причем в пункте отправления информация исчезает, а в пункте назначения появляется. И создать "левую" копию этой информации не может никто - это гарантирует теорема о запрете клонирования. Но ведь о такой системе передачи информации мечтает любая спецслужба и вообще любая структура, заботящаяся о своей кибербезопасности.

Описанные выше эксперименты были только первой частью исследовательской программы спутника "Мо-цзы". Второй частью стало испытание космической квантовой коммуникационной системы. Для этого по наземному каналу передавалось зашифрованное сообщение, параллельно через спутник осуществлялись прием и передача запутанных частиц, квантовые состояния которых в определенный момент времени служат ключами для шифра.

10 августа газета China Daily сообщила, что эта часть программы тоже увенчалась успехом: "Мо-цзы" смог передать квантовые ключи для шифра на Землю. Как заявил президент Китайской академии наук Бай Чуньли, спутник продолжит свою работу, пока его ожидаемый срок службы не истечет в следующем году. Бай Чуньли подчеркнул, что результаты экспериментов, которые проводятся с участием спутника, найдут применение в госуправлении, военной, финансовой, энергетической и других сферах, где кибербезопасность имеет первостепенное значение.

После завершения работы "Мо-цзы" Китай планирует запускать следующие спутники под тем же названием и с подобным назначением. Они будут играть ключевую роль в дальнейших квантовых планах Пекина.

Китай хочет успеть к 2030 г.

Квантовые коммуникации уже развиваются в Китае ускоренными темпами. В ноябре 2016 г. была введена в строй линия квантовой связи длиной 712 км - самая протяженная в мире. На ее строительство ушло три года. Она соединила Хефэй, столицу провинции Аньхой, с Шанхаем, финансовым центром страны. Линия имеет 11 промежуточных станций и станет частью еще более грандиозной сети общей протяженностью 2 тыс. км, в которую должен войти Пекин. Через станцию в Пекине линия квантовой связи будет подключена к спутнику "Мо-цзы".

В марте 2017 г. было завершено строительство еще одного участка этой линии. Он соединил с Шанхаем город Ханчжоу, находящийся на расстоянии 260 км.

А в июле Институт квантовых технологий в Цзинане, столице провинции Шаньдун, сообщил об успешном испытании локального квантового мессенджера - сети квантовой коммуникации, соединившей правительственные учреждения в этом городе. Ученые довольны качеством связи и безопасностью сети, пишет China Daily. По словам профессора Университета Шаньдуна Лю Хуна, принимавшего участие в испытаниях, квантовая сеть находится в идеальном состоянии. В ходе испытаний сеть передавала данные с квантовыми ключами шифрования через 200 терминалов, расположенных в Цзинане. За одну секунду генерировалось более 4 тыс. ключей, рассказал замдиректора Института квантовых технологий Чжоу Фэй.

Квантовая коммуникация входит в план технического развития Китая до 2030 г. К этому сроку в стране должна быть создана единая общегосударственная квантовая коммуникационная сеть, использование которой позволит правительству производить передачу информации, нисколько не опасаясь возможности ее утечки.

ДНК будут передавать "по факсу"

И все же кибербезопасность - не единственная проблема, стимулирующая работу над телепортационными технологиями. Свои интересы есть у медиков и генетиков. Поэтому идея телепортации биологических объектов тоже не отложена в долгий ящик.

И хотя квантовая телепортация организмов пока что недоступна, это не исключает других методов. Например, можно попробовать передать одну только ДНК, а вместо квантовых технологий использовать 3D-принтер. Главное, что базовый принцип остается тем же: зачем перемещать объект, когда можно обойтись перемещением информации о нем в нужную точку и уже там собрать его из подручных материалов.

В начале августа стало известно, что такой биологический телепорт уже изобретен. Устройство, созданное калифорнийской компанией Synthetic Genomics Inc. (SGI), способно автоматически воссоздать ДНК живого организма, следуя присланной цифровой инструкции.

Аппарат, названный цифро-биологическим преобразователем (digital-to-biological converter), напоминает скопище небольших приборов и лабораторных роботов, соединенных между собой. Центральным элементом преобразователя является изобретенный компанией принтер BioXP 3200, умеющий печатать ДНК. После получения цифровых инструкций он приступает к их выполнению, используя заранее подготовленные химические вещества.

Самым первым биологи напечатали вирус гриппа. Это не был запланированный эксперимент. Идея возникла в марте 2013 г., когда китайские власти сообщили о вспышке гриппа H7N7 и опубликовали в интернете данные о ДНК вируса. "Это было пасхальное воскресенье, - вспоминает вице-президент SGI по ДНК-технологиям Дэн Гибсон, - когда я получил письмо о том, что птичий грипп H7N7 наводит страх в Китае". Не имея доступа к образцам, SGI смогла синтезировать гены вируса на ДНК-принтере Гибсона. Затем с их помощью на другом оборудовании была создана вакцина. И уже затем Гибсон решил объединить все эти устройства в один цифро-биологический преобразователь.

Хотя вирус из фрагментов ДНК ученые создают не в первый раз, но прежде никто не делал этого автоматически, без помощи человеческих рук. Подобные аппараты смогут передавать биологическую информацию из очага заболевания к производителям вакцин или печатать персонализированные лекарства прямо у постели больного.

"Мы уже лет десять мечтаем о возможности передавать формы жизни по факсу", - говорит Хуан Энрикес, директор венчурной компании Excel Ventures, которая инвестировала в SGI. Он считает, что цифро-биологический преобразователь станет для новой промышленной революции тем же, чем для первой такой революции явился ткацкий станок.

Разумеется, сообщение с кодом будущего организма можно послать откуда угодно и куда угодно. Крэйг Вентер, основавший SGI в 2005 г., убежден, что в будущем станет возможно телепортировать ДНК различных форм жизни с Земли на Марс или другие космические тела. И уже обсуждал эту возможность с главой SpaceX Илоном Маском.

И тут возникает вопрос, а не была ли когда-то давным-давно занесена жизнь на Землю таким же образом. Ведь происхождение ДНК и генетического кода до сих пор остается загадкой.

В Китае квантовыми будут еще и радары

China Electronics Technology Group Corporation - основная компания в Китае, которая занимается военной электроникой. Осенью прошлого года она объявила об испытании квантового радара дальностью 100 км.

Обычные радары отправляют радиоволны, чтобы они отражались от цели. Квантовый же радар вместо этого использует запутанные фотоны. Если есть два запутанных фотона, и один из них долетает до объекта, то ему не нужно возвращаться, чтобы передать информацию: ее можно "считать" с другого участника этой пары, который остался на Земле, удерживаемый в специальной ловушке.

Обмануть такое устройство будет невозможно, поскольку любая попытка изменить или дублировать запутанные фотоны будет обнаружена радаром. Также с помощью квантового радара можно было бы отличить фактическую ядерную боеголовку от надувных имитаций.

Не смогут спрятаться от взгляда квантового радара даже самолеты-невидимки. Это уже вызвало обеспокоенные публикации в австралийской прессе. В 2017 г. в Австралию начали поступать первые из заказанных 72 истребителей-бомбардировщиков пятого поколения F-35 производства Lockheed Martin, использующих стелс-технологию. Эта технология оптимизирована для скрытности от радиоволн, излучаемых обычными локаторами, но не дает защиты от обнаружения запутанными фотонами, испускаемыми квантовыми радарами.

Разумеется, есть большая разница между тем, чтобы показать работу такого радара в лабораторных условиях, и тем, чтобы построить рабочий квантовый радар в реальности. Кстати, та же Lockheed Martin пытается создать свой собственный квантовый радар еще с 2007 г., но результатами до сих пор не хвастается. Также стоит отметить, что дальность 100 км, о которой заявляют китайцы, очень мала. Средства противовоздушной обороны могут просто не успеть среагировать на быстролетящие бомбардировщики или тем более ракеты, если они будут обнаружены лишь за 100 км от цели.