טלפורטציה קוונטית היא לא רק מדע בדיוני; זה לגמרי אמיתי ומתרחש היום במעבדות. אבל טלפורטציה של חלקיקים קוונטיים ומידע רחוקה מלהקרין אנשים בחלל. במובנים מסוימים, זה אפילו יותר מדהים.

ג'ון פרסקיל, פיזיקאי תיאורטי במכון הטכנולוגי של קליפורניה, הוא אחד התיאורטיקנים המובילים של מחשוב קוונטי ומידע. בפרק זה, מנחה שותף ג'אנה לוין מראיין אותו על הסתבכות, טלפורטציה של חלקים מחוף לחוף, וההבטחה המהפכנית של טכנולוגיה קוונטית.

תקשיב Apple Podcasts, Spotify, Google Podcasts, לכונן או אפליקציית הפודקאסט המועדפת עליך, או שאתה יכול להזרים את זה Quanta.

תמליל

Jאנה לוין: כשאני אומר את המילה טלפורטציה, מה עולה לי בראש? אולי זה הטרנספורטר מ מסע בין כוכבים מקרינים מיד את הצוות למטה לכוכב לכת, או ל-TAARDIS הנוסע בזמן דוקטור הו. במדע בדיוני, טלפורטציה היא מכשיר יעיל להעברת אנשים ממקום אחד למשנהו ללא בזבוז זמן במסע.

אבל טלפורטציה קוונטית? ובכן, זה משהו שונה באופן דרמטי - ואמיתי לחלוטין.

אני יאנה לוין וזהו "השמחה של למה", פודקאסט מתוך מגזין Quanta, שבו אני מתחלף ליד המיקרופון עם המארח השותף שלי, סטיב סטרוגאץ, בוחן כמה מהשאלות הגדולות ביותר במתמטיקה ובמדעים כיום.

טלפורטציה קוונטית היא הכוח להיעלם ממיקום אחד ולהופיע במקום אחר, מבלי לנסוע בין לבין. למרות שאולי לעולם לא נשתווה לסרטים, הטכנולוגיה צפויה לחולל מהפכה בתקשורת, במחשוב ובהבנתנו את העולם סביבנו.

היום, מצטרף אלינו אחד המומחים המובילים לטלפורטציה קוונטית. ג'ון פרסקיל הוא פרופסור לפיזיקה תיאורטית במכון הטכנולוגי של קליפורניה ומייסד ויו"ר המנהיגות הנוכחי של המכון למידע וחומר קוונטי. המחקר שלו חקר את פיזיקת החלקיקים, תורת השדות הקוונטיים והיבטים קוונטיים של היקום המוקדם וחורים שחורים. עבודתו הנוכחית מיישמת את המחקר הזה לבעיות בלתי פתירות במחשוב קוונטי ובמידע. ג'ון, ברוך הבא ל"השמחה של למה".

ג'ון פרסקיל: שמחה להיות כאן, יאנה.

לוין: שמח שיש לך. אני רוצה להיכנס לפרטים של הנושא הטכני המדהים הזה, אבל האם אתה יכול להתחיל אותנו עם אחד ממושגי הליבה, שהוא רעיון של הסתבכות, הסתבכות קוונטית?

מיומנות מוקדמת: ובכן, הסתבכות היא המילה שבה אנו משתמשים עבור המתאמים האופייניים בין חלקים של מערכת קוונטית.

קודם כל, למה אנחנו מתכוונים בקורלציה? אנחנו יכולים לדבר על מתאמים עבור ביטים רגילים. נניח שיש לך קצת, שהוא או 0 או 1. ויש לי קצת, שהוא או 0 או 1. אז אם לשנינו יש 0 או לשנינו יש 1, זה מתאם בין הביטים שלנו.

במקרה של קיוביטים, ניתן לתאם אותם בצורה דומה. כאשר אנו צופים או מודדים את הקיוביט - ה אנלוגי קוונטי של קצת - אנחנו רוכשים קצת. אבל מה ששונה במקרה הקוונטי הוא שיש יותר מדרך אחת להסתכל על קיוביט.

אז אתה יכול לחשוב על זה כקופסה שיש בה קצת בפנים. בפנים יש או 0 או 1. ויש לי שתי דרכים להסתכל בתוך הקופסה. יש לו שתי דלתות. אני יכול לפתוח את דלת מס' 1 או שאני יכול לפתוח את דלת מס' 2. ובכל כיוון, אני רואה קצת.

ויכול להיות שיש לנו קורלציה לשני הכיוונים. אם שנינו פותחים את דלת מס' 1, אנו רואים מתאם מסוים בין הביט שאתה רוכש לבין הביט שאני רוכש. ואם שנינו פותחים את דלת מס' 2, אנו רואים מתאם, שבאופן כללי יכול להיות שונה.

וזה בגלל שיש לנו את הדרכים המשלימות המרובות האלה להסתכל על קיוביט שיש להם מתאמים שהם יותר מענינים ומורכבים מהמתאמים בין ביטים רגילים.

אבל התעלומה היא כזו: אתה לא יכול לצפות בקיוביט מבלי להפריע לו. זהו הבדל חשוב מאוד בין מידע רגיל למידע קוונטי.

לוין: אז נניח שאני מפריע לחלקיק שלי ומכריח אותו לקבל מצב מוגדר. אנחנו יכולים לקרוא לזה תהליך מדידה, או שאולי אני עושה את זה בטעות. ואני מגלה שזה 0. וזה היה בקורלציה עם החלקיק שלך בצורה כזו. האם זה באמת - כמו שאנשים אומרים - מהר יותר ממהירות האור כופה על החלקיק שלך שהוא מקבל מצב מסוים כדי לכבד את המתאם?

מיומנות מוקדמת: לא למרבה הצער, זה לא. הו, הלוואי שכן. אם אני מסתכל על הקיוביט שלי, זה לא משנה אם הסתכלת על שלך או לא. אני רק הולך לראות קצת אקראי. אז רק אחרי ששנינו מסתכלים ונדבר אחד עם השני נוכל לדעת שהיה לנו מתאם.

אבל, אלא אם כן נדבר, כל אחד מאיתנו רק יצפה באקראיות טהורה, אבל עם סיכוי שווה להיות 0 או 1, ואין שום דרך שיכולה להעביר מידע כלשהו.

לוין: עכשיו, כמובן, אם אנחנו כן דנים אחד עם השני, זה צריך לנוע לאט יותר ממהירות האור, החלק הזה של התקשורת.

מיומנות מוקדמת: ובכן, אתה יכול להתקרב די למהירות האור, אבל לא מהר יותר. אז זהו, שזו בעיה גדולה, שאנחנו באמת לא יכולים, גם אם יש לנו הסתבכות, לשלוח מידע ממני אליכם מהר יותר מהזמן שלוקח לאור לנסוע ממני אליכם. הסתבכות לא משנה את הסיפור הזה.

לוין: מדהים. עכשיו, כאן דנו בהסתבכות, שמקורה בניסויי מחשבה [אלברט איינשטיין עשה כדי לנסות להיאבק עם, ולפעמים נגד, מכניקת הקוונטים. עכשיו, למה איינשטיין התייחס לזה כאל "פעולה מפחידה מרחוק"? או לפעמים התרגום הוא "פעולה רפאים מרחוק".

מיומנות מוקדמת: ובכן, איינשטיין הרגיש מאוד שלא צריכה להיות אקראיות בחוקי היסוד של הפיזיקה. הוא הרגיש שאם אנחנו יודעים כל מה שאפשר לדעת - שחוקי הפיזיקה יאפשרו לנו לדעת - על מערכת פיזיקלית, אז אנחנו צריכים להיות מסוגלים לחזות בצורה מושלמת מה נראה כשאנחנו צופים במערכת הזאת.

והסתבכות אינה מצייתת לעיקרון הזה. באמת יש אקראיות אמיתית בעולם. גם אם אנחנו יודעים הכל על צמד הקיוביטים המסובכים הזה שאתה ואני חולקים, עדיין אין לך כוח לחזות מה אתה רואה כשאתה מסתכל על הקיוביט הזה. זה רק קצת אקראי. וזה לא בגלל שאתה לא יודע. זה שאי אפשר לדעת את זה.

לוין: איך זה הופך למנוף חשוב בטלפורטציה קוונטית? זה כשלעצמו אינו טלפורטציה קוונטית. אז איך מנצלים אותו?

מיומנות מוקדמת: זו שאלה עדינה. אז בואו נדבר עכשיו על מה זה טלפורטציה קוונטית.

לוין: בבקשה, כן.

מיומנות מוקדמת: אז אתה בניו יורק עכשיו, נכון?

לוין: אני בניו יורק, כן.

מיומנות מוקדמת: בסדר, יאנה, אני כרגע בקליפורניה, ואתה בניו יורק, ובמקרה יש לי כאן בקליפורניה קיוביט. זה ממש כאן ביד שלי. זה מקודד באטום קטן. אבל פדקס קוונטי עושה טעויות לפעמים, אז הם שלחו לי את הקיוביט הזה, אבל הוא נועד בשבילך. בסדר? אז, איכשהו אני צריך להבין איך להעביר אליך את הקיוביט שלי. ואם היה לנו איזה צינור שנוכל להשתמש בו כדי לשלוח את האטום מקליפורניה לניו יורק, זו הייתה אחת הדרכים להעביר אליכם את הקיוביט. אבל אין לנו שום קשר כזה שאני יכול להשתמש בו כדי לשלוח אטומים.

אבל אתה לא רוצה את האטום, אתה רוצה את המידע שנמצא באטום. ובכן, זה קורה לך ולי היה בחוכמה את ראיית הנולד ליצור אתמול זוג קיוביטים סבוכים, בציפייה שאולי נוכל לעשות בהם שימוש בשלב מסוים.

והנה מה שאני יכול לעשות. אני יכול לקחת את הקיוביט הזה שקיבלתי היום. אני לא יודע איזה מידע יש בו. זה איזה קיוביט שנמסר לי. ואני יכול להתבונן בו יחד עם החצי שלי מצמד הקיוביטים המסובכים שאתה ואני חולקים.

ועכשיו, אני צופה בשני קיוביטים, ואני עושה את זה ב - בואו נקרא לזה מדידה סבוכה. אנחנו מסתכלים על השניים ביחד, ואני יכול לקבל שתי פיסות מידע מהתבוננות בהם. ואז - עכשיו, דרך קישור תקשורת רגיל, כמו מה שאנחנו משתמשים בו עכשיו - אני יכול לשלוח את שני פיסות המידע האלה אליך. ואז, אתה יכול להשתמש בשתי פיסות המידע האלה כדי לבצע פעולה על ה-qubit שלך בניו יורק.

ועכשיו, לקיוביט הזה בניו יורק יש את כל אותו מידע קוונטי כמו לקיוביט המסתורין הזה, שקיבלתי היום. אני לא יודע מה המצב של הקיוביט הזה, ולמעשה, אני הורס אותו במעבדה שלי כשאני צופה בו. אבל אנחנו מסוגלים "להתגלגל מחדש" את זה, כביכול, בניו יורק. ואתה צריך רק את שתי פיסות המידע האלה כדי לשחזר את הקיוביט הזה בצורה מושלמת. זה טלפורטציה קוונטית.

לוין: אז, במובן מסוים, הייתה לך מדינה קוונטית בקליפורניה שרצית שאוכל להתרבות בניו יורק מבלי לשלוח אותה דרך FedEx, לנסוע ברחבי המדינה. רצית שאוכל לעשות את זה בלי לזוז פיזית שום דבר באמצע. אז גילית את הדרך החכמה הזו בשבילי לשחזר את המדינה במעבדה שלי עם ההוראות הפשוטות האלה.

ובמובן הזה, זה שלח טלפורטציה. זה נעלם לך בגלל שהרסת את המדינה, ואת תהליך הניסיון למצוא את המידע שהיית צריך להעביר לי. אבל זה הופיע שוב במעבדה שלי ברגע שהעברת את המידע. האם פספסתי משהו מכריע בפרפרזה הזו?

מיומנות מוקדמת: ובכן, אני חושב שיש כמה דברים להגביר במה שאמרת. קודם כל, אני לא ממש מסכים עם האמירה שלך שלא שלחתי לך שום דבר פיזי. למעשה, עשיתי זאת. שלחתי לך שני פיסות מידע.

לוין: אה, כן שלחת לי מידע דרך האינטרנט.

מיומנות מוקדמת: אני לא יכול לעשות את זה בלי לשלוח משהו פיזי.

לוין: מוסכם.

מיומנות מוקדמת: אולי זה היה פוטונים שעברו דרך סיב אופטי מקליפורניה לניו יורק. והתקשורת הזו בינינו הייתה למעשה הכרחית כדי שזה יעבוד.

אבל זה לא מספיק. זה דבר מצחיק לגבי קיוביטים. אם אני רוצה להכין מצב של קיוביט, אני צריך הרבה מידע. אתה יכול לדמיין בצורה גיאומטרית קיוביט כמו חץ קטן המצביע במרחב תלת מימדי. אתה יודע, כמו פני השטח של כדור הארץ. ואם אני רוצה לספר לכם איך הכנתי את הקיוביט, אני בוחר נקודה על הגלובוס הזה, אז אני צריך לתת לכם את קו הרוחב ואת קו האורך עד כדי דיוק גבוה מאוד כדי לספר לכם בדיוק איך הקיוביט הזה הוכן.

אז, במובן מסוים, יש הרבה מידע שנכנס פנימה, אבל מעט מאוד יוצא החוצה, כי כשאתה מתבונן בו, אתה מקבל רק קצת אחד. כך שהקטע הזה לא יגיד לך איך לשים את הקיוביט, כביכול, על הגלובוס בקווי רוחב ואורך מוגדרים. אז בגלל זה טלפורטציה היא יוצאת דופן, כי שלחתי לך רק את שני הביטים האלה, וזה הספיק לך כדי לשחזר אותו בצורה מושלמת.

אלו שני החלקים יחד עם ההסתבכות שחלקנו, שהייתה לנו ראיית הנולד להכין אתמול.

לוין: נכון, אז זה הבדל גדול. זה מדהים, עכשיו. אתה שולח לי מידע פיזית, אינטרנט או אותות אור או איך שאתה שולח אותם אלי. אבל איכשהו, אני מקבל מידע נוסף בגלל ההתקנה הסבוכה שסיכמנו עליה.

אז זה לא כאילו היה לך את שולחן האיקאה שלך, והייתי צריך קצת מידע על איך לבנות את שלי ואתה ריסקת את שלך לרסיסים כדי להבין איך הוא מורכב. עדיין תצטרך לספר לי כל פיסת מידע קטנה. אז יש משהו שונה מהותית בתהליך הקוונטי מהתהליך הקלאסי. מה היתרון בזה? למה זה כל כך מרגש? מה העניין הגדול?

מיומנות מוקדמת: ובכן, קודם כל, יאנה, אתה ואני פיזיקאים תיאורטיים, אז, אתה יודע, לא צריך הרבה כדי לרגש אותנו.

לוין: [לצחוק] בהחלט.

מיומנות מוקדמת: אבל בשביל מה זה מועיל? זו שאלה טובה. אז, נניח שאנחנו רוצים להפיץ הסתבכות ברחבי העולם. זה נשמע די מגניב נכון? לקחנו כמובן מאליו שאתה ואני יכולים לחלוק הסתבכות בין קליפורניה לניו יורק, ולא דיברנו על איך הצלחנו לעשות את זה.

למעשה, אנחנו לא יודעים איך לעשות את זה כרגע עם הטכנולוגיה שקיימת כרגע. אין שום סיבה שלא נוכל באופן עקרוני, אבל מסיבות פרקטיות, עם הטכנולוגיה שיש לנו כרגע, אנחנו לא יכולים לשלוח קיוביט מקליפורניה לניו יורק ולהגיע ללא פגע.

הדרך הטובה ביותר שעלינו לשלוח קיוביטים היא על ידי שליחת פוטונים דרך סיב אופטי, ולסיבים האופטיים יש הפסדים. אז אם תנסה לשלוח קיוביט למאה קילומטרים, יש לו רק סיכוי אחד מתוך 50 לעשות אותו מבלי להיעלם. ואם ניסיתי לשלוח את זה אלף קילומטרים, מה שעדיין לא מספיק כדי להגיע לניו יורק, יש כמעט אפס סבירות שזה יצליח.

אז איך נוכל לחלוק הסתבכות? ובכן, אנחנו חושבים שאנחנו הולכים לעשות את זה באמצעות טלפורטציה. זה נשמע קצת מעגלי, נכון? כי אנחנו צריכים הסתבכות כדי לעשות טלפורטציה. אבל הנה הרעיון: אני יכול לשלוח קיוביט, נגיד, 10 ק"מ, אתה יודע, או 50 ק"מ, עם סבירות די גבוהה להצלחה.

לוין: זה עדיין די טוב.

מיומנות מוקדמת: כן, זה לא נורא. אבל עכשיו נניח שאני רוצה להגיע כל הדרך מקליפורניה לניו יורק, אז מה שאני עושה זה, אני מציג המון צמתים קטנים לאורך הדרך, שבהם אנחנו הולכים לקשר את התקשורת הקוונטית. אז בואו נדמיין שאנחנו מנסים להגיע מ-A ל-C ומה שאנחנו עושים זה שאנחנו חולקים הסתבכות בין A ל-B ובין B ל-C. ואז יש לנו דרך לבצע מדידה ב-B של שני החצאים של המסובכים האלה. זוגות. אנחנו קוראים לזה החלפת הסתבכות.

אתה עושה מדידה של שני הקיוביטים ב-B, ואז אתה אומר ל-A ו-C, "אה, הנה תוצאת המדידה שהייתה לי." כעת A ו-C יכולים לחלוק הסתבכות. בסדר? למעשה, אנחנו מרחיבים את טווח ההסתבכות. זה גרסה של טלפורטציה.

ועוד לא סיפרתי לך את כל הסיפור, כי אם ההסתבכות מא' ל-ב' לא כל כך טובה וההסתבכות מ-B עד ג' לא כל כך טובה, נוכל לקחת הרבה זוגות הסתבכות שהם סוג של רועש ולא מושלמים, ויש דרך לזקק אותם עד לפחות זוגות מסובכים, שהם הרבה יותר איכותיים. ועל ידי כך שאנו עושים זאת שוב ושוב, נוכל ליצור קשר בין קליפורניה לניו יורק, ואז נוכל להשתמש בו לכל מה שנרצה. אנו עשויים להשתמש בו כדי לפתח את המפתח המשותף שאנו יודעים שהוא פרטי, או שנשתמש בו כדי לשלוח מידע קוונטי.

הנה דרך ארצית יותר, למרחקים קצרים יותר, שבה נוכל להשתמש בטלפורטציה. אם יש לנו שני שבבים במחשב קוונטי, ואנו רוצים לשלוח מידע קוונטי מאחד לשני, הדרך שבה נוכל לעשות זאת היא על ידי יצירת הסתבכות בין שני השבבים, ולאחר מכן שימוש בטלפורטציה כדי לשלוח מידע מאחד לשני. . וזה כנראה יהיה חיוני להגדלת המחשוב הקוונטי למערכות גדולות שיכולות לפתור בעיות קשות באמת.

לוין: נחזור ממש.

[הפסקה להכנסת מודעה]

לוין: ברוכים הבאים ל"השמחה של למה".

אז אתה באמת מדבר על טכנולוגיות. אני מודע שלאחרונה עשית פריצת דרך למרכז חדש ב-Caltech. המרכז למדידת דיוק קוונטית, אני מאמין שהוא הולך להיקרא.

מיומנות מוקדמת: זה נכון, כן. עשית את המחקר שלך.

לוין: כֵּן. והאם זה מכוון בחלקו לקידום טכנולוגיות? כפי שאמרת, אתה פיזיקאי תיאורטי. זה מה שכמה אנשים אמרו, "התועלת המפתיעה של רעיונות חסרי תועלת." אבל האם אתה מכוון לקידום טכנולוגיות עם מרכז כזה, או שאתה מחפש לחולל מהפכה, באמת, בהבנה הבסיסית שלנו במכניקת הקוונטים, או שניהם?

מיומנות מוקדמת: אנחנו לא באמת יכולים להפריד בין הדברים האלה. המדע והטכנולוגיה מתקדמים יחד. ככל שהמדע שלנו נעשה מתוחכם יותר, אנו מפתחים טכנולוגיות טובות יותר, וזה מאפשר גילויים חדשים. כשהמדע מתקדם, זה באמצעות שילוב של רעיונות חדשים וטכנולוגיות חדשות.

אז, אני מתעניין במחשבים קוונטיים, למשל, ויש סיבות לצפות שבסופו של דבר תהיה לכך השפעה מעשית גדולה על החברה. אבל זה גם מכשיר נפלא לגילוי מדעי. אז במרכז למדידת דיוק קוונטית, כן, נפתח טכנולוגיה, אבל עם עין על אסטרטגיות מדידה טובות יותר המנצלות תכונות כמו הסתבכות קוונטית, מה שיאפשר לנו למדוד דברים בדיוק רב יותר ופחות פולשניות.

כולם רוצים למדוד דברים טוב יותר, ואסטרטגיות קוונטיות יכולות לעזור לנו לבצע מדידות שלא היו אפשריות אחרת. זה באמת הנושא האינטלקטואלי של המרכז הזה.

לוין: כן, וכולם רוצים לשלוט במידע טוב יותר, מהר יותר.

מיומנות מוקדמת: ובכן, כולם מבינים שמידע הוא חשוב, ולאיזה מידע קוונטי ישמש והיכן תהיה ההשפעה המעשית הגדולה - עדיין יש הרבה שאלות פתוחות לגבי זה.

אבל אנחנו יכולים לצפות שעם מידע קוונטי, עם מחשוב קוונטי, תוך שימוש בהסתבכות קוונטית למדידה, נוכל לעשות דברים שלא יכולנו לעשות קודם לכן. ולכך תהיה השפעה מעשית בסופו של דבר.

לוין: האם אתה צופה שההשפעה המעשית תחול על חיי היומיום שלנו?

מיומנות מוקדמת: בסופו של דבר, אני כן מצפה לזה. אנחנו לא יודעים בוודאות איך ההשפעה הזו תורגש. במקרה של מחשוב קוונטי, הרעיון הכי טוב שיש לנו כרגע - וזה רעיון ישן, שחוזר למעלה מ-40 שנה אחורה ריצ'רד פיינמן - הוא שאנו יכולים להשתמש במחשבים קוונטיים כדי להבין יותר לעומק כיצד מערכות קוונטיות מתנהגות.

פיזיקאים כמונו מבינים שזה מעניין, אבל זה גם חשוב כי זה יכול לאפשר גילוי של סוגים חדשים של חומרים בעלי תכונות שימושיות, סוגים חדשים של תרכובות כימיות, אולי כולל תרופות וכן הלאה. וכל זה משפיע בסופו של דבר על חיי היומיום של אנשים. וגם עם מדידה קוונטית, אני חושב שטכנולוגיה קוונטית באמת הולכת לגעת בכל דבר במדע בסופו של דבר.

נניח בביולוגיה וברפואה, היינו רוצים להיות מסוגלים לצפות במתרחש בתוך התאים, באופן לא פולשני וברגישות גבוהה יותר. וזה יהיה חשוב בסופו של דבר לטיפולים, וזה גם יהיה חשוב להבנת המדע הביולוגי לעומק יותר.

לוין: יש גם מקום לטלפורטציה קוונטית בהבנת הטבע הבסיסי של כוח הכבידה, שאני יודע שהיה תחום מרכזי במחקר שלך. איך יכול להיות שהסתבכות משחקת תפקיד בדברים כל כך גדולים ועצים כמו חורים שחורים?

מיומנות מוקדמת: עבורי, זה אחד הדברים המרגשים ביותר במידע קוונטי, זה שהוא נותן לנו דרכים חדשות לחשוב על שאלות בסיסיות אחרות, כולל בפיזיקת החומר המעובה, שבה אנחנו מנסים להבין מצבים מאוד מסובכים של חומר קוונטי, ובפיזיקה כבידה.

הסיפור הזה חוזר הרבה אחורה לשנת 1935 כאשר שני עיתונים מפורסמים הופיעו ב- סקירה גופנית. אחד מהם, מאת איינשטיין ו [נתן] רוזן, עסק בהתבוננות שאנו יכולים למצוא פתרונות בתורת היחסות הכללית למשוואות איינשטיין, המתארת ​​את המרחב-זמן, שבו יש חור תולעת בחלל. זה לא הובן כל כך טוב באותה תקופה, אבל למעשה, הפתרון מתאר שני חורים שחורים, שיש להם פנים משותף - מעין חור תולעת המחבר את החלק הפנימי של שני החורים השחורים הללו.

והעיתון של איינשטיין, [בוריס] פודולסקי ורוזן היה על הסתבכות קוונטית והאופן המוזר שבו הוא מאפשר למערכות להיות מתואמות אחת עם השנייה בצורה שאיננו יכולים לתאר במונחים של מידע קלאסי.

ומה שלמדנו להעריך בעשר השנים האחרונות: שתי התופעות הללו, הסתבכות קוונטית וחורי תולעת בחלל, קשורות קשר הדוק זו לזו. למעשה, ניתן לראות בהם שתי דרכים לתאר את אותו הדבר. זה דבר נפוץ בפיזיקה ומאוד מעצים. אם יש לנו שתי דרכים שונות לתאר את אותה תופעה, שנראות מאוד שונות אחת מהשנייה, אבל מתארות בדיוק את אותה פיזיקה, זה יכול להעצים אותנו לקבל הבנה מעמיקה יותר.

ולכן, מה שאנחנו מעריכים עכשיו, ושאנחנו יכולים לומר בצורה די מפורשת בגרסת הכבידה הקוונטית שאנחנו מבינים הכי טוב, זה שאם שני חורים שחורים מסתבכים מאוד זה עם זה, הם יחוברו על ידי חור תולעת בחלל.

אליס יכול לקבל את החור השחור שלה, ובוב יכול לקבל את שלו, ואם הם מסתבכים זה עם זה, זה אומר שאליס ובוב יכולים לקפוץ שניהם לתוך החורים השחורים שלהם. ואז הם יכלו להיפגש, ואולי לנהל מערכת יחסים לזמן מה, אם כי נגזר עליהם, כמו רומיאו ויוליה, לפגוע בייחודיות ולהיהרס. אבל אנחנו יכולים לעשות את זה אפילו יותר כיף, וכאן נכנס הטלפורטציה.

אנחנו יכולים ליצור חור תולעת בחלל, בדיוק בתנאים הנכונים, שניתן לעבור אותו. חור התולעת המקורי שתואר במקור על ידי איינשטיין ורוזן הוא דוגמה לחור תולעת שאינו ניתן למעבר. זה אומר שאתה לא יכול לקפוץ בקצה אחד ולצאת בקצה השני. אבל מה שהבנו שזה בעצם אפשרי בתורת הקוונטים לשלוח דופק אנרגיה שלילית לתוך חור שחור. כאשר אתה בדרך כלל שולח חומר לתוך חור שחור, הוא גורם לאופק האירועים שלו לנוע מעט החוצה, פעימת האנרגיה השלילית הזו יכולה לגרום לו לנוע מעט פנימה. וזה בדיוק מה שאנחנו צריכים כדי שאליס תזרוק קצת או קיוביט לתוך החור השחור שלה וכדי שזה ייצא בקצהו של בוב.

יש דרך חלופית לתאר את זה, שהיא באמת סוג של טלפורטציה קוונטית.

אז אני חושב שזה ממש כיף, כי זה מצביע על כך שאינטואיציה כבידתית יכולה לעזור לנו להבין את ההתנהגות של מערכות קוונטיות מאוד מורכבות, שאם לא כן היו נראות מאוד לא אינטואיטיביות.

לוין: זו תפנית מדהימה ומרתקת לחלוטין לחקור כל כך עמוק לתוך הקוונטים, לנסות להבין את התופעות בקנה מידה גדול, כמו עצם קיומם של חורים שחורים או הישרדותם.

ואני הולך להגניב שאלה אחת על אידוי חורים שחורים, וכיצד טלפורטציה קוונטית יכולה להיות רלוונטית בהבנה כיצד, אם אליס תקפוץ לתוך החור השחור שלה, ייתכן שהמידע שלה לא יאבד בסופו של דבר, והטלפורטציה הקוונטית הזו עשויה להיות דרך עבורנו לשחזר את מה שקרה לאליס לאחר שהיא קפצה לחור השחור.

מיומנות מוקדמת: ובכן, ידעתי שכשנפגשתי עם יאנה לוין, בסופו של דבר נדבר על חורים שחורים.

לוין: [לצחוק] אני יכול להפוך כל שיחה לשיחה על חורים שחורים.

מיומנות מוקדמת: אין שם שום הפתעה.

למעשה, אני חושב שמה שתיארתי זה עתה נותן לנו תובנה לגבי התהליך שבו מידע בורח מחורים שחורים, מה שאנו מאמינים שהוא עושה. חוקי הפיזיקה אינם מאפשרים להשמיד מידע, גם כאשר הוא נופל לחורים שחורים והחורים השחורים מתאדים. זה פשוט מתערבל לצורה כלשהי שקשה מאוד לקריאה. יש איזושהי הפרה של היישוב. זהו העקרונות הבסיסיים ביותר, או אחד העקרונות הבסיסיים ביותר בפיזיקה. התייחסנו לזה קודם - המידע הזה לא יכול לנוע מהר יותר ממהירות האור.

אבל, במובן מסוים, כדי לצאת מחור שחור, בהגדרה מידע נוסע מהר יותר מהאור. האור כלוא בפנים, מידע יוצא החוצה. ומה שזה מעיד הוא שהרעיון של סיבתיות - איך שאנחנו בדרך כלל חושבים על זה, שיש מגבלת מהירות על כמה מהר מידע יכול לנוע - אינו נכון בקפדנות בכל הנסיבות. ניתן להפר את העיקרון הזה.

ומרחב-זמן עצמו אולי לא באמת רעיון יסודי. במקום זאת, זה תכונה מתעוררת של מערכת קוונטית מורכבת כלשהי שבהם הדברים מסובכים מאוד.

אז איך זה שאנחנו חושבים, בנסיבות רגילות, שנראה שהרעיון הזה של סיבתיות מסופק כל כך בקפדנות? ובכן, אני חושב שיש לנו תשובה לזה, וזה די מעניין שזה מתחבר למחשוב קוונטי.

אנחנו חושבים שכן אפשרי להפר סיבתיות, כדי לשלוח מידע מהר יותר מהאור. אבל כדי לעשות זאת נדרש חישוב קוונטי מהסוג שאתה עשוי לעשות במחשב קוונטי, שהוא כל כך מורכב וכל כך חזק שלעולם לא נוכל לעשות זאת בפועל.

אז אנחנו אמורים להיות מסוגלים לקרוע את החלל ביני בקליפורניה וביניכם, יאנה, בניו יורק. באופן עקרוני, אנחנו יכולים. בפועל, זה כל כך קשה לעשות את זה, שזה ידרוש חישוב כל כך חזק, שאף אחד לעולם לא יצליח.

לוין: ראוי לציון. עכשיו, ג'ון, השקעת הרבה מחייך בניסיון להבין כמה מהמושגים החמקמקים והמאתגרים ביותר בתורת הקוונטים. מה יש בלימודי פיזיקה תיאורטית וטלפורטציה קוונטית שמביאה לך שמחה?

מיומנות מוקדמת: ובכן, די קל לבדר אותי, אז הרבה דברים מביאים לי שמחה. אבל גם שאלות וגם תשובות יכולות להביא שמחה אחת. רעיונות שמעולם לא שמעתם קודם לכן ואתם מבינים שהם עמוקים ומרתקים יכולים להביא שמחה. אז כשהערכתי לראשונה שאנחנו יכולים תיאורטית - ואני חושב שבסופו של דבר בפועל - לבנות מחשבים קוונטיים שהם כל כך חזקים שהם יוכלו לפתור בעיות שלעולם לא היינו מסוגלים לפתור אם זה היה עולם קלאסי, היה סוג של אחד הרגעים המאושרים ביותר, להיתקל ברעיון כה עמוק ומעניין. והמחשבה על זה הביאה אותי בסופו של דבר לשנות את הכיוון של המחקר שלי.

לוין: זה דברים כל כך יפים. דיברנו עם הפיזיקאי התיאורטי של קלטק ג'ון פרסקיל על הטבע המדהים והיישומים הפוטנציאליים של טלפורטציה קוונטית. ג'ון, תודה רבה שהיית איתנו היום.

מיומנות מוקדמת: נהניתי מאוד, יאנה. תודה.

לוין: גם אני. תמיד כיף לדבר. ״עד בקרוב.

[הצגות נושא]

לוין: "השמחה של למה" הוא פודקאסט מתוך מגזין Quanta, פרסום עצמאי מבחינה עריכה הנתמך על ידי ה קרן סימונס. להחלטות המימון של קרן סימונס אין השפעה על בחירת הנושאים, האורחים או החלטות עריכה אחרות בפודקאסט זה או ב מגזין Quanta.

"השמחה של למה" מופק על ידי PRX הפקות. צוות ההפקה הוא קייטלין פאולדס, ליביה ברוק, ג'נבייב ספונסלר ומריט ג'ייקוב. המפיקה בפועל של PRX Productions היא ג'וסלין גונזלס. מורגן צ'רץ' ואדווין אוצ'ואה סיפקו סיוע נוסף. מ מגזין Quanta, ג'ון רני ותומס לין סיפקו הדרכה עריכה, עם תמיכה ממאט קרלסרום, סמואל ולסקו, נונה גריפין, ארלין סנטנה ומדיסון גולדברג.

מוזיקת ​​הנושא שלנו היא מ-APM Music. ג'וליאן לין המציא את שם הפודקאסט. אמנות הפרק היא של פיטר גרינווד והלוגו שלנו הוא של ג'קי קינג וקריסטינה ארמיטג'. תודה מיוחדת לבית הספר לעיתונות קולומביה ולברט אודום-ריד באולפני קורנל ברודקאסט.

אני המארחת שלך, יאנה לוין. אם יש לך שאלות או הערות עבורנו, אנא שלח לנו דוא"ל לכתובת [מוגן בדוא"ל]. תודה על הקשבה.