Клонів тут не місце. Коли телепортація стане буденністю

Цим влітку прийшло кілька сенсаційних повідомлень про нові досягнення в технології телепортації. Треба відразу уточнити, що миттєве переміщення будь-яких об'єктів з однієї точки простору в іншу досі залишається фантастикою, та й навряд чи коли-небудь стане можливим. Адже поняття "миттєве переміщення" передбачає, що в цю саму мить об'єкт існує у вигляді безлічі копій-клонів, що займають всі точки простору між пунктом відправлення та пунктом призначення. Але от зробити так, щоб об'єкт зник тут і з'явився в заданому місці десь на іншому континенті або навіть на іншій планеті, - це цілком реально.

Китайці б'ють рекорди

16 серпня минулого року Китайська національна космічна адміністрація успішно запустила супутник, оснащений першої у світі космічної квантової комунікаційною системою. Супутник отримав назву "Мо-цзи" на честь китайського філософа, який у V ст. до н. е. вчив тому, що "небо дотримується загальної любові". Дивовижний ефект квантової заплутаності, завдяки якому стали можливі квантові комунікації, можна вважати своєрідним підтвердженням цього вчення Мо-цзи.

Суть ефекту, зовсім короткому викладі, полягає в тому, що будь-яку систему квантових об'єктів, таких як фотони (частинки світла), електрони, атоми і т. д., можна привести в загальне їм усім стан, зване заплутаним. Якщо два таких об'єкти розвести на як завгодно велику відстань, вони як і раніше будуть "відчувати" один одного. І якщо потім один з них заплутати з третім об'єктом (тим самим, який ми хочемо телепортувати), то другий об'єкт (той, який перебуває десь далеко) миттєво "прочитає" інформацію про це третьому об'єкті, "записану" першим об'єктом.

Іншими словами, квантова телепортація полягає не в миттєвому переміщенні об'єкта, а у миттєвій передачі інформації про внутрішній стан об'єкта. Але не треба робити висновок, що це якась "несправжня" телепортація. У далекому майбутньому таким способом можна буде навіть телепортувати людей. В пункті відправлення записується інформація про внутрішній стан людини (включаючи його пам'ять, свідомість і, якщо завгодно, душу), а в пункті призначення ця інформація зчитується і потім передається... скажімо, досить масивної купі пилу, чиї протони, нейтрони і електрони тут же відтворюють людини точнісінько в тому стані, в якому він перебував до цієї процедури.

Принципово важливо, що в пункті відправлення телепортируемый об'єкт позбавляється свого первісного стану. У прикладі з людиною це буде означати не просто фізичну смерть, а дезінтеграцію тіла на атоми та елементарні частинки. Тобто створювати копії людини таким способом буде не можна - це прямо забороняє теорема про заборону клонування, доведена в рамках квантової теорії в 1982 р. американцями Вільямом Вуттерсом і Войцехом Журеком і нідерландським фізиком Деннісом Диксом.

Втім, поки що люди вчаться телепортувати найпростіші об'єкти. Принципова можливість цієї процедури була продемонстрована в 1993 р. вченими з IBM під керівництвом Чарльза Беннета. У 1997 р. майже одночасно групами фізиків під керівництвом Антона Цайлингера (Австрія) і Франческо де Мартіні (Італія) була здійснена експериментальна реалізація квантової телепортації фотона. Наземний рекорд дальності встановили у травні 2012 р. австрійські фізики під керівництвом все того ж Антона Цайлингера. Вони отримали протягом 6,5 годин 605 фотонів, телепортированных на 143 км, - таку відстань розділяє острови Ла-Пальма і Тенеріфе Канарського архіпелагу.

Китайці з допомогою свого супутника "Мо-цзи" зуміли побити цей рекорд в 10 разів. Пунктом відправлення телепортируемых фотонів служила базова станція в окрузі Нгари в Тибетських горах. Супутник рухається по орбіті, віддаленої від поверхні Землі на 500 км. Відстань від станції до супутника становить близько 1400 км, коли він виходить з-за обрію, і близько 500 км, коли супутник знаходиться в зеніті. У статті, опублікованій 4 липня 2017 р., китайські дослідники повідомили, що за 32 дні експерименту вдалося зареєструвати 911 випадків успішної квантової телепортації фотонів. При цьому деякі з випадків були зареєстровані на максимальній дистанції - близько 1400 км.

Навіщо це потрібно вже зараз

Звичайно, тут напрошується питання про те, коли можна буде перейти від експериментів до практичного застосування. Наприклад, коли можна буде телепортувати не лічені фотони або атоми, а щось побільше. Кілька тижнів тому професор Массачусетського технологічного інституту Саджан Саини виступив з видеолекцией про квантової телепортації. За його прогнозом, телепортувати людей буде можливо років через тисячу.

Навіть якщо професор прав у своїй обережності, це не означає, що квантова телепортація ще сотні років буде всього лише забавою. Насправді вона не забава вже зараз. Саме тому нею всерйоз зайнялися китайці.

Як вже говорилося, при квантової телепортації передається в іншу точку простору не сам об'єкт, а інформація про його стан. Причому в пункті відправлення інформація зникає, а в пункті призначення з'являється. І створити "ліву" копію цієї інформації не може ніхто - це гарантує теорема про заборону клонування. Але ж про таку систему передачі інформації мріє будь-яка спецслужба і взагалі будь-яка структура, яка дбає про свою кібербезпеки.

Описані вище експерименти були лише першою частиною дослідницької програми супутника "Мо-цзи". Другою частиною стало випробування космічної квантової комунікаційної системи. Для цього по наземного каналу передавалося зашифроване повідомлення, паралельно через супутник здійснювалися прийом і передача заплутаних часток, квантові стани яких у певний момент часу служать ключами для шифру.

10 серпня газета China Daily повідомила, що ця частина програми теж увінчалася успіхом: "Мо-цзи" зміг передати квантові ключі для шифру на Землю. Як заявив президент Китайської академії наук Бай Чуньли, супутник продовжить свою роботу, поки його очікуваний термін служби не закінчиться в наступному році. Бай Чуньли підкреслив, що результати експериментів, що проводяться з участю супутника, знайдуть застосування в держуправлінні, військовій, фінансовій, енергетичній та інших сферах, де кібербезпека має першорядне значення.

Після завершення роботи "Мо-цзи" Китай планує запускати такі супутники під тією ж назвою і з подібним призначенням. Вони будуть грати ключову роль у подальших квантових плани Пекіна.

Китай хоче встигнути до 2030 р.

Квантові комунікації вже розвиваються в Китаї прискореними темпами. У листопаді 2016 р. була введена в дію лінія квантової зв'язку довжиною 712 км - найдовша в світі. На її будівництво пішло три роки. Вона з'єднала Хефэй, столицю провінції Аньхой, з Шанхаєм, фінансовим центром країни. Лінія має 11 проміжних станцій і стане частиною ще більш грандіозної мережі загальною протяжністю 2 тис. км, в яку повинен увійти Пекін. Через станцію в Пекіні лінія квантової зв'язку буде підключена до супутника "Мо-цзи".

У березні 2017 р. було завершено будівництво ще однієї ділянки цієї лінії. Він з'єднав з Шанхаєм місто Ханчжоу, що знаходиться на відстані 260 км.

А в липні Інститут квантових технологій в Цзінані, столиці провінції Шаньдун, повідомив про успішне випробування локального квантового месенджера - мережі квантової комунікації, що з'єднала урядові установи у цьому місті. Вчені задоволені якістю зв'язку і безпекою мережі, пише China Daily. За словами професора Університету Шаньдуна Лю Хуна, який брав участь у випробуваннях, квантова мережа знаходиться в ідеальному стані. В ході випробувань мережа передавала дані з квантовими ключами шифрування через 200 терміналів, розташованих у Цзінані. За одну секунду генерувалося понад 4 тис. ключів, розповів заступник директора Інституту квантових технологій Чжоу Фей.

Квантова комунікація входить в план технічного розвитку Китаю до 2030 р. До цього терміну в країні повинна бути створена єдина загальнодержавна квантова комунікаційна мережа, використання якої дозволить уряду виробляти передачу інформації, анітрохи не побоюючись можливості її витоку.

ДНК будуть передавати "факсом"

І все ж кібербезпека - не єдина проблема, що стимулює роботу над телепортационными технологіями. Свої інтереси в медиків і генетиків. Тому ідея телепортації біологічних об'єктів теж не відкладена в довгий ящик.

І хоча квантова телепортація організмів поки що недоступна, це не виключає інших методів. Наприклад, можна спробувати передати одну тільки ДНК, а замість квантових технологій використовувати 3D-принтер. Головне, що базовий принцип залишається тим же: навіщо переміщати об'єкт, коли можна обійтися переміщенням інформації про нього в потрібну точку і вже там зібрати його з підручних матеріалів.

На початку серпня стало відомо, що такий біологічний телепорт вже винайдено. Пристрій, створений каліфорнійською компанією Synthetic Genomics Inc. (SGI), здатне автоматично відтворити ДНК живого організму, слідуючи надісланої цифровий інструкції.

Апарат, названий цифро-біологічним перетворювачем (digital-to-biological converter), нагадує збіговисько невеликих приладів і лабораторних роботів, сполучених між собою. Центральним елементом перетворювача є винайдений компанією принтер BioXP 3200, вміє друкувати ДНК. Після отримання цифрових інструкцій він приступає до їх виконання, використовуючи заздалегідь підготовлені хімічні речовини.

Самим першим біологи надрукували вірус грипу. Це не був запланований експеримент. Ідея виникла в березні 2013 р., коли китайська влада повідомили про спалах грипу H7N7 і опублікували в інтернеті дані про ДНК вірусу. "Це було великодню неділю, - згадує віце-президент SGI за ДНК-технологій Ден Гібсон, - коли я отримав листа про те, що пташиний грип H7N7 наводить страх в Китаї". Не маючи доступу до зразків, SGI змогла синтезувати гени вірусу на ДНК-принтері Гібсона. Потім з їх допомогою на іншому обладнанні була створена вакцина. І вже потім Гібсон вирішив об'єднати всі ці пристрої один цифро-біологічний перетворювач.

Хоча вірус з фрагментів ДНК вчені створюють не вперше, але раніше ніхто не робив цього автоматично, без допомоги людських рук. Подібні апарати зможуть передавати біологічну інформацію з вогнища захворювання до виробникам вакцин або друкувати персоналізовані ліки прямо біля ліжка хворого.

"Ми вже років десять мріємо про можливості передавати форми життя по факсу", - говорить Хуан Енрікес, директор венчурної компанії Excel Ventures, яка інвестувала в SGI. Він вважає, що цифро-біологічний перетворювач стане для нової промислової революції тим же, чим для першої такої революції з'явився ткацький верстат.

Зрозуміло, повідомлення з кодом майбутнього організму можна послати звідки завгодно і куди завгодно. Крейг Вентер, який заснував SGI у 2005 р., переконаний, що в майбутньому стане можливо переміщувати ДНК різних форм життя з Землі на Марс або інші космічні тіла. І вже обговорював цю можливість з головою SpaceX Илоном Маском.

І тут виникає питання, а не чи була колись давним-давно занесене життя на Землю таким же чином. Адже походження ДНК і генетичного коду досі залишається загадкою.

У Китаї квантовими будуть ще і радари

China Electronics Technology Group Corporation - основна компанія в Китаї, яка займається військовою електронікою. Восени минулого року вона оголосила про випробування квантового радара дальністю 100 км.

Звичайні радари відправляють радіохвилі, щоб вони відбивалися від мети. Квантовий ж радар замість цього використовує заплутані фотони. Якщо є два заплутаних фотона, і один з них долітає до об'єкта, то йому не потрібно повертатися, щоб передати інформацію: її можна вважати" з іншого учасника цієї пари, який залишився на Землі, утримуваний у спеціальній пастці.

Обдурити такий пристрій буде неможливо, оскільки будь-яка спроба змінити або дублювати заплутані фотони буде виявлена радаром. Також за допомогою квантового радара можна було б відрізнити фактичну ядерну боєголовку від надувних імітацій.

Не зможуть сховатися від погляду квантового радара навіть літаки-невидимки. Це вже викликало стурбовані публікації в австралійській пресі. У 2017 р. в Австралії почали надходити перші із замовлених 72 винищувачів-бомбардувальників п'ятого покоління F-35 виробництва Lockheed Martin, використовують стелс-технологію. Ця технологія оптимізована для скритності від радіохвиль, випромінюваних звичайними локаторами, але не дає захисту від виявлення заплутаними фотони, що випускаються квантовими радарами.

Зрозуміло, є велика різниця між тим, щоб показати роботу такого радара в лабораторних умовах, і тим, щоб побудувати робочий квантовий радар в реальності. До речі, та ж Lockheed Martin намагається створити свій власний квантовий радар ще з 2007 р., але результатів досі не хвалиться. Також варто відзначити, що дальність 100 км, про яку заявляють китайці, дуже мала. Засоби протиповітряної оборони можуть просто не встигнути зреагувати на быстролетящие бомбардувальники або тим більше ракети, якщо вони будуть виявлені лише за 100 км від цілі.