Реферат: Каждый охотник желает знать…

КАЖДЫЙ ОХОТНИК ЖЕЛАЕТ ЗНАТЬ…
Дайджест "Тайны Будущего" №1/2011

Чудо надо готовить.
Инна Чурикова


Нильс Бор однажды опрометчиво пошутил. Теоретически, сказал он, можно и слона передать по проводам, но технические трудности, возникающие при этом, намного превышают полученный эффект. Лучше бы он этого не говорил. Потому что гипотетическая возможность мгновенного перемещения человека в пространстве (а то и во времени) постоянно дразнит воображение отдельных людей отнюдь не по-детски. Учёные мужи же на сей счёт долгое время благоразумно отмалчивались. И вдруг сам Нильс Бор допустил принципиальную вероятность подобного явления: валун сошёл с горы. За ним устремилась лавина.
А пионером будоражащей темы, как водится, явилась литература. Первым сочинением, в котором описана телепортация (а это общее название процессов, при которых объект способен молниеносно менять своё местонахождение, не существуя в промежуточных точках) был рассказ Эдварда Митчелла "Человек без тела", опубликованный в 1877 году. Потом – как прорвало.
Широкая публика в СССР взвыла от восторга, когда в романе Михаила Булгакова "Мастер и Маргарита" князь тьмы Воланд вмиг перебросил директора варьете Степана Лиходеева из Москвы в Ялту. Слабость к телепортациям явно питали братья Стругацкие. В их будущем мире можно было запросто зайти в любую из так называемых "ноль-кабин", внешне ничем не отличимых от телефонных будок, набрать на пульте номер "кабины следования", и тут же оказаться в ней, независимо от того, куда герой хотел попасть – на Луну или в провинциальный Саранск.


Кишит телепортациями и кино последних лет. На этой идее целиком построен фильм (и, разумеется, сериал) "Звёздные врата". Легко и волшебно телепортируют все магические и реальные герои "Зачарованных". А в трагикомедии Юрия Мамина "Окно в Париж" герои находят в коммунальной квартире Санкт-Петербурга тайную дверь, через которую можно попасть прямо на крышу дома у набережной Сены. Там, правда, обнаруженный портал действует в строго определённые временные отрезки. Стоит ли говорить, что сама наука "поспевает" за литературой и кино с прытью улитки. Бор оказался прав: "технические трудности". О них поподробнее, равно как и о впечатляющих успехах в области квантовой телепортации, от нашего автора – ВАЛЕНТИНА БАРЗИНСКОГО.

Ошибка Эйнштейна
Скажем сразу: телепортация теряет всякий практический смысл прямо у границ серьёзной науки. Её территория – пределы "твёрдой" фантастики. Иное дело – квантовая телепортация. Разница в двух понятиях – как между милостивым государём и Государём в собственном смысле этого слова: дистанция огромного размера. Ибо квантовые свойства вещества – неистощимый кладезь принципиально новых возможностей и технических применений, к примеру, при осуществлении связи, не ограниченной в дальности, не требующей ретрансляторов и действующей в режиме, близком к скорости света. Вуаля!
Теперь, по сути. Что следует знать хотя бы по минимуму, чтобы эта весьма специфическая тема была понятной, и увлекала не слабее беллетристики? Прежде всего, характеристику наименьшей, то есть, самой элементарной частицы (кванта) электромагнитного излучения (в узком смысле – количества света данной частоты). Речь, как вы уже догадались, идёт о фотоне. Поразительны его свойства! Фотон – частица, напрочь лишённая массы, а существует она, только двигаясь со скоростью света. Заряд фотона к тому же равен нолю. Однако, открытие этого кванта "без свойств" активно способствовало созданию самых смелых теорий и физических приборов, резко стимулировало развитие экспериментальной и теоретической квантовой механики, приведшее, скажем, к изобретению лазера. На основе фотонной концепции семимильными шагами развивается фотохимия, видеотехника, компьютерная томография, микроскопия высокого разрешения. Фотоны широко используются в качестве элементов квантовых компьютеров и наукоёмких приборов для передачи информации – в частности, в квантовой криптографии, о которой мы здесь обязательно и с удовольствием поговорим.
Физическую реализуемость квантовой телепортации обеспечивает свойство так называемой квантовой запутанности или сцеплённости, выражающееся в том, что состояния (а, следовательно, и некоторые физические свойства) двух связанных объектов (тех же фотонов) – даже разнесенных в пространстве – оказываются взаимозависимыми.
Телепортация и определяется именно квантовой потому, что квантовые объекты – атомы, имеют свойства, обусловленные законами квантового мира и в макромире – то есть, в нашем обычном окружении, не наблюдаются. Именно такие свойства частиц и послужили основой экспериментов по телепортации.
Кроме того, важно уяснить, что квантовая телепортация не является передачей энергии, вещества, а тем более объекта, а только переносом неизвестного квантового состояния одного объекта на другой квантовый объект. При этом квантовое состояние телепортируемого объекта так и остается до настоящего времени для нас тайной. А к тому же оно необратимо разрушается. Но совершенно точно то, и это уже экспериментально доказано, что в этих опытах идентичное состояние переносится на другой объект в другом месте. Иными словами, явление квантовой телепортации проявляется в существовании мгновенного независящего от расстояния взаимодействия между частицами микромира, входящими в единую квантовую систему. А сама система квантово связанных частиц образуется всякий раз, когда частицы вступают во взаимодействие друг с другом или рождаются в одном процессе и после этого не вступают во взаимодействие с иными частицами. Как только одна из частиц квантово связанной пары вступает во взаимодействие с внешним миром, её квантовые характеристики изменяются, и в тот же самый миг изменяются характеристики второй частицы пары, после чего квантовая соотнесённость частиц исчезает.
На эту странную возможность существования нефизической связи между удалёнными частицами первым обратил внимание великий Альберт Эйнштейн. Он решительно не поверил в реальность такой связи и интерпретировал этот эффект как доказательство ошибочности самой квантовой теории. И совместно с другими физиками – Борисом Подольским и Натаном Розеном, он в 1935 году опубликовал статью о парадоксе квантовой механики, который теперь известен как парадокс ЭПР (Эйнштейна–Подольского–Розена). Авторы показали, что из квантовой теории следует: если есть две частицы A и B с общим прошлым (разлетевшиеся после столкновения или образовавшиеся при распаде некоторой частицы), то состояние частицы B зависит от состояния частицы A и эта зависимость должна проявляться мгновенно и на любом расстоянии. Такие частицы впоследствии стали называть ЭПР-парой и говорить, что они находятся в "запутанном" (сцепленном) состоянии. Меж тем, сам Эйнштейн считал им же предсказанное поведение частиц в ЭПР-парах "действием демонов на расстоянии" и был убеждён, что ЭПР-парадокс лишний раз демонстрирует несостоятельность квантовой механики, которую ученый упорно отказывался принимать. Он полагал, что объяснение парадокса научно неубедительно, ведь "если согласно квантовой теории наблюдатель создает или может частично создавать наблюдаемое, то даже мышь может переделать Вселенную уже тем, что просто посмотрит на нее". Через 30 лет физик-теоретик Джон Бэлл предложил схему эксперимента по разрешению парадокса, который в 1965 году был успешно произведён и доказал справедливость квантовой теории и ошибочность вывода Эйнштейна, но лишь спустя 30 лет физики задумались над практическим использованием этого удивительного явления и начали ставить соответствующие эксперименты.
Первую принципиальную схему эксперимента по реализации такого взаимодействия предложила в 1993 году группа специалистов исследовательского центра IBM, возглавляемого Чарльзом Беннетом. Беннет показал, что полную информацию, необходимую для того, чтобы восстановить состояние объекта, нужно разделить на две части – квантовую и классическую. Первую можно передать мгновенно, что и было подтверждено экспериментально, но её никоим образом нельзя использовать без второй, передаваемой обычными методами – со скоростью, не превышающей скорость света. Тех, кто рассчитывал, что телепортация будет мгновенной, ожидало жестокое разочарование – ведь стандартный канал связи никак не может обеспечить молниеносной передачи своей составляющей сообщения. Но как бы там ни было, квантовая телепортация состояния фотона вскоре состоялась – её в 1997 году осуществила группа экспериментаторов под руководством Антона Цайленгира.
В целом же будет не лишним отметить, как свежа вся тематика квантовой телепортации – прямо "с пылу, жару" новейших научных "кухонь". Ведь даже сам термин установился лишь в 1993 году – по существу, вчера! Хотя познание уже наработало солидную теоретическую базу влекущего разум явления – от Эйнштейна до дерзких китайских аспирантов. Экспериментам же, вообще, нет ни конца, ни края! Так в начале 2009 года учёными Объединённого квантового института удалось телепортировать квантовое состояние кубита – квантового аналога бита (единицы информации) на один метр. В качестве кубитов в их опыте выступала пара ионов иттербия в вакуумных ловушках, которые при помощи лазеров были приведены в состояние квантовой запутанности. После чего физики непосредственно провели телепортацию. Они измерили состояние первого иона, тем самым "уничтожая" квантовую неопределенность и, следовательно, записанную в первом кубите информацию. Далее, зная результаты измерения, физики выяснили, какой микроволновый импульс необходимо применить ко второму иону, чтобы перевести его именно в то квантовое состояние, в котором был первый кубит. Таким образом, квантовая информация оказывалась перемещённой на один метр. По словам исследователей, их технология может найти применение при создании квантовых компьютеров следующих поколений, а также сетей для передачи секретной информации.
Прошло чуть больше года, и физики из Научно-технического университета Китая и Университета Цинхуа провели эксперимент по передаче квантового состояния фотонов в свободном пространстве. На целых 16 километров. И дело пошло.

И вновь продолжается бой!
А в 2006 году произошло и вовсе незаурядное событие: впервые в физических экспериментах был задействован макроскопический объект. Физики из Института Нильса Бора в Копенгагене и Института Макса Планка в Германии сумели запутать луч света и газ, состоящий из атомов цезия – в этом событии участвовали многие триллионы атомов. После чего учёные закодировали информацию, содержащуюся в лазерных вспышках, и телепортировали ее атомам цезия через расстояние примерно в полметра. Как пояснил один из исследователей Евгений Ползик, так впервые была проведена квантовая телепортация "между светом – носителем информации – и собственно атомами".
Как видим, исследования в области телепортации продолжают стремительно набирать ход. И уже в 2007 году было сделано следующее важное открытие. Физики предложили метод телепортации, вообще не требующий запутывания. А вспомним, что оно представляет собой наиболее сложный момент квантовой телепортации. Стало быть, решение этой проблемы могло бы открыть перед ней совершенно необозримые горизонты. "Речь идет о луче из примерно 5000 частиц, который исчезает в одном месте и появляется в другом", – комментировал совсем недавнюю научную победу Астон Брэдли из Центра квантовой атомной оптики в Брисбене при Австралийском совете по исследованиям – один из участников разработки нового метода телепортации. "Мы считаем, что по духу наша схема значительно ближе к исходной фантастической концепции", – заявил он тогда. Суть подхода группы Брэдли в том, что ученые брали пучок атомов рубидия, переводили всю его информацию в луч света, отсылали этот луч по оптоволоконному кабелю, а затем воссоздавали первоначальный пучок атомов в другом месте. Тем самым было устранено главное препятствие к реальной телепортации и открыты пути передачи на расстояние все более крупных объектов.
Но можем ли мы, с учетом всего достигнутого, сказать, когда же мы сами получим возможность телепортироваться? Не думаю. В ближайшие годы физики ещё только надеются телепортировать сложные молекулы. После этого несколько десятилетий наверняка уйдет на разработку способа телепортации ДНК или, может быть, какого-нибудь вируса. Против телепортации человека никаких принципиальных возражений нет, но пока для того, чтобы добиться когерентности хотя бы крошечных световых фотонов и отдельных атомов, требуются усилия лучших физических лабораторий мира и огромные материальные ресурсы. О квантовой когерентности с участием реальных макроскопических объектов – таких как человек, речь пока вовсе не идет, и еще долго идти не будет. Скорее всего, пройдет немало столетий, прежде чем мы сможем телепортировать обычные предметы, если это вообще возможно.
Впрочем, наука – дама необузданная. А некоторые факты, претендующие на подлинность, оставляют нам отнюдь не призрачную надежду. К примеру, бытует такая история. Преподобная Мария, 1602 года рождения, всю жизнь провела в монастыре Иисуса в испанском местечке Агреда. По официальным документам, между 1620 и 1631 годами она совершила более 500 путешествий в Америку, обратив в христианство индейцев племени юма в штате Нью-Мексико. Осторожные католические власти, неоднократно сталкивавшиеся с фантастическими видениями религиозных фанатиков, не сразу приняли рассказы Марии и даже пытались заставить её отказаться от утверждений, будто она действительно совершала свои трансатлантические полеты. Однако свидетельства миссионеров, побывавших у индейцев Мексики, вынудили их признать, что полеты действительно имели место.
В 1622 году отец Алонсо де Бинавидес из миссии Исолито в Нью-Мексико в письме папе Урбану VIII и Филиппу IV Испанскому просил объяснить, кто до него успел обратить индейцев племени юма в христианскую веру. Сами индейцы заявляли, что знакомству с христианством они обязаны "женщине в голубом" – европейской монахине, оставившей им кресты, четки и потир, которым они пользовались, когда служили мессу. Позднее было установлено, что этот потир принадлежал монастырю в Агреде. Только в 1630 году, вернувшись в Испанию, отец Бенавидес узнал об истории с сестрой Марией. И настоял на разрешении посетить монастырь и расспросить её об этом. Он получил от Марии подробные отчёты о визитах к индейцам юма, детальные описания их обычаев и одежды.
Сестра Мария вела дневник. В нём она описывала свои путешествия, включая свое видение планеты Земля в форме шара, что в те времена считалось ересью. То, что сестра Мария действительно посещала Америку, подтверждают документы испанских конквистадоров и французских исследователей, а также абсолютно идентичные рассказы нескольких индейских племён. В любой фундаментальной книге по истории юго-западной части США можно найти упоминание об этом мистическом явлении, беспрецедентном в истории христианского мира. Так что, хотите-верьте, хотите – нет. Как лично по мне, истинная вера лучше всякого неверия. К тому же, оптимистически настроенные шутники уверяют, что телепортация станет использоваться как транспортное средство уже лет через 50, хотя и будет весьма дорогим удовольствием. А самыми дешёвыми станут китайские приборы и приспособления – благо в Поднебесной научный поиск в этом направлении идёт вовсю.

У меня есть тайна…
А дальше всё слишком известно: там, где невиданные возможности – там и спецслужбы. Они же, к примеру, без криптографии, то есть, тайнописи, как без самого языка. А скандальное явление миру интернетовского изобличителя Джулиана Ассанджа актуализировало проблему защиты закрытой информации во сто крат. Почему востребована именно криптография – с некоторых пор уже квантовая? Да потому, что она оказалась идеальным способом передачи данных, принципиально исключающим возможность их перехвата или копирования.
Квантовая криптография – это метод защиты коммуникаций, основанный на эксклюзивных явлениях квантовой физики – в отличие от традиционной криптографии, которая "секретит" информацию, используя чисто математические модели и методы. Процесс отправки и приёма сигнала в квантовой криптографии выполняется физическими средствами, в том числе, при помощи электронов в электрическом токе, или фотонов в линиях волоконно-оптической связи. Но технология квантовой криптографии опирается на принципиальную неопределённость поведения квантовой системы – невозможно одновременно получить координаты и импульс частицы, невозможно измерить один параметр фотона, не исказив другой. Используя эти квантовые свойства, можно спроектировать и создать такую систему связи, которая всегда будет в состоянии "засветить" подслушивание. Контроль обеспечивается тем, что попытка измерения взаимосвязанных параметров в квантовой системе вносит в неё нарушения, разрушая исходный сигнал, а значит, по уровню шума в канале легитимные пользователи без проблем определяют степень активности перехватчика.
Тут самое время объяснить название данной публикации. Оно, по сути, является операционным аналогом процесса передачи данных (информации) в квантовой криптографии. Ибо полученное неким адресатом квантовое послание останется для него тайной за семью печатями, если у него в руках не окажется ключ, переданный самым обычным каналом связи. Вот и фраза: "Каждый охотник желает знать, где сидит фазан" для непосвящённого означает лишь её буквальный смысл и ничего более. Но даже школьники знают ключ к верному истолкованию-прочтению вполне, казалось бы, обиходной фразы. А всё дело в том, что в ней зашифрована подсказка последовательности цветов в радуге, соответствующей спектру видимого света – от наибольшей до наименьшей длины волны: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый. Таким же ключом с той же целью являются, скажем, и фразы: "Как однажды Жак-звонарь головой сломал фонарь" или "Крот овце, жирафу, зайке голубые сшил фуфайки". Таким образом, говоря языком аналогии, в квантовой криптографии фраза "Каждый охотник желает знать, где сидит фазан" передавалась бы в квантовой части послания, а смысловой ключ – о последовательности цветов радуги – вполне обычным каналом. В качестве ключа, при этом, может быть невообразимо что. К примеру, во время Второй мировой войны американцы для передачи секретных сообщений использовали язык индейцев Навахо – поскольку за пределами США его не знал никто. Оказался он не по зубам и дешифровщикам Третьего рейха.
Криптография в прошлом использовалась лишь в военных целях. А нынче она становится одним из основных инструментов, обеспечивающих конфиденциальность, доверие, авторизацию, электронные платежи, корпоративную безопасность и бесчисленное множество других важных вещей, в которых нуждаются крупные компании и транснациональные корпорации.
Пентагон в сотрудничестве с оборонными научно-исследовательскими организациями и Управлением национальной безопасности США активно ведет разработку системы связи, которая позволит передавать сообщения в зоне боевых действий, а также по всему миру со скоростью, превышающей скорость света. Научная программа США по квантовой передаче информации состоит из 34 проектов, в разработке которых принимают участие 21 университет, две многоцелевые лаборатории и три наиболее засекреченных правительственных агентства. Возглавляет и координирует все работы по программе Центр оборонных исследований. Средства связи, основанные на принципе квантовой телепортации, обеспечивают полную закрытость сообщений, не позволяя определять местонахождение ни их отправителя, ни получателя. Предполагается, что такая система будет готова для практического применения уже в следующем десятилетии. Аналогичные работы активно ведутся во многих странах мира – особенно активно в России, Австрии, Австралии, Японии, Китае. Отечественный "ответ" при надлежащем финансировании может быть подготовлен года за два, не больше. Ведь по результатам практического применения мы значительно опережаем зарубежных конкурентов – сейчас ещё лет на семь-восемь. Экспериментальная система "Телепорт-Связь", не имеющая мировых аналогов по исполнению и дальности, уже прошла апробацию. При этом, как считают её разработчики, патентования ценного изобретения не будет, и я их в этом всецело поддерживаю. С одной стороны, это подогреет интерес мировой науки к Украине, с другой – "Телепорт-Связь" очень интересует отечественных и иностранных специалистов: спецслужбы, финансово-кредитные структуры, правительственные организации...
В наши дни радио- и электросвязь столкнулась с рядом непреодолимых ограничений физического характера. Многие частотные диапазоны перегружены и близки к насыщению. Электромагнитные излучения поглощаются природными средами, поэтому требуются гигантские мощности. К тому же, несмотря на высокую скорость распространения электромагнитных волн, большие трудности возникают из-за задержки сигнала в спутниковых системах связи, особенно в системах связи с объектами в дальнем космосе. Украинская система этих недостатков лишена в принципе.
Сегодня появилась еще одна сфера, где возможно применение этого явления. Это медицина и, в частности, разработанный нами Аппарат «КСК-БАРС», в котором используется квантовая телепортация для диагностики и лечения пациентов. Суть данного метода заключается в дистанционном получении информации о биологических объектах, а также оказание на них избирательного терапевтического воздействия. В предыдущей публикации («ТАЙНЫ ПРОШЛОГО» № 25 за 2010 г.) уже упоминалась история успешной диагностики и лечения пациентки К. по поводу клещевого энцефалита. Так вот, ее обследование и врачевание осуществлялось на расстоянии в десяток километров. Сейчас пациентка К. чувствует вполне удовлетворительно, жалоб и рецидивов нет. Ее состояние объективно подтверждено повторными дополнительными обследованиями и наблюдениями врачей.
Другой пациент М., страдает наследственной мигренью, что особенно его беспокоит сильными головными болями в период смены погоды, изменений атмосферного давления и климатических условий. Периодически удается убирать его возникающие проблемы вышеописанным способом, применяя специально разработанные нами наночипы. Вот вам и реализация на практике новых технологий. Как признается пациент, ничем другим подобного результата он добиться не может.
Ряд необычных эффектов, зафиксированных при помощи Аппарата «КСК-БАРС», заставляет еще раз задуматься о том, что нам далеко не все известно о законах макромира и вместе с тем это открывает новые горизонты. Наша команда сейчас думает над применением «ноу-хау» для «электронной вакцинации», что позволит успешно создавать системы мониторинга и даже скрининга здоровья населения страны, противостоять различным эпидемиям и пандемиям, использовать наработки в ветеринарии, сельском хозяйстве, спорте, медицине катастроф и прочее.
Вместе с тем, при внедрении подобных технологий нужна активная поддержка государства, реализация проектов на уровне украинского «Сколково», о котором не так давно говорил Премьер-министр Украины. Это неизбежно даст огромный экономический эффект, позволит сформировать и дать людям новую медицину. Как пример – сейчас в Украине на всех уровнях только и говорят о необходимости развития института семейного врача. Целиком и полностью согласен. Но чем мы вооружим доктора? Если кроме традиционного градусника и фонендоскопа у него будет Аппарат «КСК-БАРС», мы дадим ему в качестве инструментария, образно говоря, целую поликлинику. Но это возможно только в том случае, если чиновники от медицины и власти, наконец, поймут, что наступил уже XXI век, что никакого революционного переворота в указанной сфере без внедрения передовых достижений науки и техники совершить невозможно.
Мы готовы к сотрудничеству и хотим быть услышанными. Наш программно-аппаратный комплекс уже активно востребован за рубежом. В ряде стран уже пройдены все необходимые испытания и завершается его регистрация. Иностранными специалистами признана эффективность Аппарата «КСК-БАРС» и у нас имеется документальное подтверждение о том, что аналогов подобного класса приборов не существуют.
По библейскому (евангельскому) рассказу, когда Иисус, прославившись своей проповедью, вернулся на родину, в Иудею, его встретили там очень недоверчиво. "Не бывает, - горько сказал Иисус, - пророка без чести, разве только в отечестве своем...". К сожалению, мы часто повторяем эти слова, видя, как люди не умеют порой ценить заслуги своих близких, соотечественников, отдавая предпочтение чужакам. А не хотелось бы…


Пара наночипов, которая используется в Аппарате «КСК-БАРС» для дистанционной диагностики и лечения.

Записал
Александр ЛАВРЕНЮК.