Главная > Разное > Динамика и информация
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

27. Квантовая криптография и телепортация

Парадокс ЭПР и связанные с ним неравенства Белла выглядят как своего рода нелокальные взаимодействия, т.е. бессиловые переносы информации на большое расстояние, возможно, даже со сверхсветовой скоростью. Поэтому в научной литературе не раз обсуждался вопрос о возможности создания "сверхсветового телеграфа". Нетрудно видеть, что в прямом варианте одиночной ЭПР-пары парадокс ЭПР для этой цели не подходит. В самом деле, измерение, проводимое над первой частицей, является чисто случайным и его невозможно заранее предсказать и контролировать. Ситуация здесь, хотя и отличается от классической, но в некотором смысле сходна с тем, как если бы черный и белый шары были спрятаны порознь в разные ящики, а ящики разнесены далеко друг от друга. Вскрытие первого из ящиков сразу показывает, какого цвета шар находится как в нем, так и во втором ящике. Никакой передачи информации здесь нет: это просто заранее известная корреляция вероятностей. Квантовый случай отличается лишь тем, что до открытия ящика шары не имеют цвета. Но как только мы открыли первый ящик и "засветили шар" (как это происходит с фотопластинкой), то сразу же у него появляется цвет,

а второй шар приобретает противоположный цвет внутри второго ящика. В квантовой механике со вторым шаром можно проводить и другие типы измерений с некоммутирующими операторами, но при определении "цвета" ничего другого, кроме цвета, противоположного цвету первого шара, обнаружить нельзя. Поскольку первое событие является чисто случайным, то корреляции одиночных ЭПР-пар нельзя напрямую использовать для мгновенной передачи информации (подробнее этот вопрос рассмотрен в разделе 44).

Однако ЭПР-корреляции оказались интересными с точки зрения их возможного использования для засекречивания (кодировки) передаваемых сообщений. Основная идея здесь базируется на том, что любое вмешательство в квантовую систему, скажем, типа "подслушивания", разрушает чистое состояние и поэтому не может остаться незамеченным при правильном использовании чистых состояний. Это направление получило название "квантовой криптографии" [33-36]. Мы познакомимся здесь только с двумя простейшими примерами квантовой криптографии. По-видимому, наиболее простой вариант квантовой криптографии предложен А. Экертом [33]. Он основан на неравенствах Белла. Два участника процесса передачи и приема информации должны приготовить много ЭПР-пар атомов со спином 1/2, имеющих суммарный спин, равный нулю. Эти пары делятся попалам между действующими лицами, которые затем производят измерения спинов по согласованной программе так, чтобы нарушались неравенства Белла. Оказывается, что при соответствующем выборе программы измерений эти нарушения могут быть максимальными [37]. В данной схеме корреляционных экспериментов информация появляется в процессе измерений и ее нельзя "подслушать". А умышленное вмешательство третьего лица, не знающего программы измерений, легко обнаруживается.

Существуют и более прямые пути для квантовой кодировки информации без использования неравенств Белла [34, 35]. Один из наиболее интересных вариантов переноса квантовой информации был предложен Беннетом с соавторами [36]. Они назвали его телепорта-цией квантового состояния с помощью двойного, т.е. классического и ЭПР-канала. Термин "телепортация" авторы заимствовали из научной фантастики, где описывается процесс, когда личность или другой объект "рассыпаются" в одном месте, а полная информация об их структуре передается в другое место, где и собираются их точные копии.

В данном случае речь идет о следующем процессе. Вначале готовится синглетная ЭПР-пара тождественных частиц со спином каждой. Одна частица остается у отправителя информации, а вторая

отсылается получателю. Допустим теперь, что отправитель хочет телепортировать получателю третью частицу в неизвестном состоянии со спином 1/2. Оказывается, что для этой цели ему достаточно произвести совместное измерение спина в двойной системе — первого партнера ЭПР-пары и третьей частицы. Для этого можно воспользоваться базисом Белла [37], содержащим четыре ортогональных состояния — одно синглетное и три триплетных (соответственно, со спином 0 и 1). Но и у трех частиц, т.е. ЭПР-пары и третьей частицы в неизвестном состоянии полное число ортогональных состояний равно четырем, и их можно представить в виде суперпозиции некоторых собственных функций, содержащих амплитуды После измерения классическую информацию об этих амплитудах отправитель может послать получателю, который сможет построить состояние простым поворотом прибора вокруг осей х, у, z относительно второго партнера ЭРП-пары.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление