Чтение онлайн

В 1998 году Джефф Кимбл и его коллеги из Калифорнийского технологического института сумели телепортировать сразу несколько фотонов.

В том же году исследователи из Лос-Аламосской лаборатории телепортировали направление вращения атомного ядра, заставив другое ядро, находившееся внутри той же самой молекулы, вращаться в этом же направлении.

В 2002 году австралийские исследователи телепортировали лазерный луч, содержавший миллиард фотонов. Луч погас, чтобы тут же, в метре отсюда, вновь материализоваться.

Связанные пары фотонов очень чувствительны и распадаются, когда взаимодействуют с молекулами воздуха. Поэтому все опыты по телепортаций фотонов в лабораторных условиях проводились обычно лишь на расстоянии в несколько метров. На больших расстояниях использовались стекловолоконные кабели, внутри которых находились пары фотонов. Так, в 2003 году в Вене Антон Цайлингер телепортировал тысячи пар фотонов по стекловолоконному кабелю на 600 метров, с одного берега Дуная на другой. По его словам, данный опыт показывает, что информацию можно телепортировать с помощью спутников на расстояние в сотни километров, причем в космосе для этого не понадобится никаких кабелей. Еще раньше он сумел телепортировать фотон на такое же расстояние по воздуху.

Если в первых экспериментах телепортировали частицы на несколько метров, то теперь в Лос-Аламосской лаборатории создана линия связи длиной 48 километров. Впрочем, телепортировать фотоны все-таки гораздо легче, чем другие объекты, поскольку они не обладают ни массой, ни внутренней структурой, и их движением легко манипулировать с помощью линз, зеркал и устройств для расщепления пучка частиц. Зато квантовые состояния атомов гораздо долговечнее, чем фотонов. Поэтому атомы можно использовать для длительного хранения квантовой информации.

В 2004 году сразу двум группам ученых удалось телепортировать атомы — сложные системы, объединяющие большое число электронов и массивное ядро. Предварительно атомы были охлаждены с помощью лазеров почти до абсолютного нуля. Райнер Блат из Инсбрукского университета проводил опыты с ионами кальция; его американский коллега, Мюррей Баррет из Национального института стандартов и технологий, — с ионами бериллия. Схема экспериментов в обоих случаях напоминала описанный выше опыт Цайлингера. Были проведены по несколько сотен опытов по телепортации ионов, причем в 75 процентах случаев ученым удавалось добиться успеха.

В июне того же года Райнер Блат опубликовал на страницах журнала «Science» схему миниатюрного квантового компьютера, состоящего из трех связанных ионов кальция, находящихся в магнитной ловушке.

В ближайшее время можно ожидать опытов по телепортации молекул и даже более крупных объектов, но вот телепортация макроскопических тел, по-видимому, во веки веков остается уделом писателей-фантастов.

«В любом случае можно надеяться, что технология квантовой телепортации позволит создать принципиально новые, невиданные по быстроте и объему памяти вычислительные устройства — квантовые компьютеры», — отмечал на страницах журнала «Знание — сила» B.C. Барашенков. Метод телепортации квантовых состояний ионов можно использовать в схеме квантового компьютера для передачи различных данных, в том числе от одного квантового компьютера другому.

Данный метод можно со временем использовать также в квантовой криптографии для передачи секретных сообщений на расстояние в сотни километров. Передаваемая информация исчезнет в одной точке пространства, чтобы моментально появиться у адресата.

Ученые по-прежнему не могут до конца объяснить многие свойства твердых тел, например, магнетизм или сверхпроводимость. Внутри твердых тел наблюдаются настолько сложные и разнообразные процессы взаимодействия атомов, что описать их с помощью формул или составить модель их поведения пока не удается. Очевидно, какого-то прогресса поможет достичь нанотехнология — одно из важнейших направлений науки XXI века.

Еще никогда прежде путь от открытия в области физики до получения Нобелевской премии не был таким коротким. Когда 14 октября 1987 года Нобелевский комитет обнародовал свое решение наградить физиков Георга Беднорца и Карла Мюллера, прошло лишь около года с тех пор, как они, сотрудники научно-исследовательской лаборатории IBM в Рюшликоне (Швейцария), открыли феномен высокотемпературной сверхпроводимости.

Впервые сверхпроводимость была обнаружена в 1911 году в опытах с ртутью. Ее электрическое сопротивление исчезало при 4,2 кельвина. Позднее список сверхпроводников пополнили многие химические элементы, сплавы и соединения. Их поведение оставалось загадкой вплоть до 1950-х годов, когда странный эффект получил теоретическое объяснение. При чрезвычайно низких температурах электроны в этих материалах преодолевают взаимное отталкивание и образуют устойчивые пары — так называемые «пары Купера». Они движутся сквозь кристаллическую решетку, не сталкиваясь с атомами и не теряя энергию.

Впрочем, вплоть до середины восьмидесятых годов было известно, что подобное явление может наблюдаться лишь при температурах, практически равных абсолютному нулю, а значит, сверхпроводимость не имеет особого практического значения. Сверхпроводящие материалы надо охлаждать с помощью жидкого гелия до -269oС, что весьма трудоемко и дорого.

Однако в своих экспериментах с оксокупратами — керамическими материалами, содержащими медь и кислород, а также барий, иттрий или висмут, — Беднорц и Мюллер выяснили, что сверхпроводимость может наблюдаться, например, при — 196°С, а до этой температуры можно охладить материалы с помощью жидкого азота, что вполне рентабельно. У ученых появилась надежда, что явление сверхпроводимости удастся использовать и в промышленности — для накопления и передачи электрической энергии. Однако эти необычные материалы оказались очень хрупкими и с трудом поддавались обработке.

Итак, ожидания ученых пока не сбылись, хотя за последние два десятилетия они регулярно открывают все новые — по большей части довольно экзотические — соединения, обладающие высокотемпературной сверхпроводимостью.

В 1993 году российские физики Е.В. Антипов и С.Н. Путилин синтезировали первый ртутьсодержащий сверхпроводник (его температура перехода равнялась -179°С), а полгода спустя они же получили сверхпроводник с рекордной температурой перехода, равной -138oС.

Некоторые фтораргенаты — соли, содержащие серебро и фтор, — тоже могут стать сверхпроводящими при довольно высокой температуре, поскольку очень похожи на оксокупраты.

Обнаружились и полимеры с необычными свойствами: органические сверхпроводники. Правда, до их промышленного применения пока далеко, ведь они утрачивают электрическое сопротивление лишь при температуре -260oС и давлении 2000 бар. При таком давлении в материале образуются широкие каналы, сквозь которые беспрепятственно перетекают электроны. Первый из таких материалов был открыт в 1980 году датским химиком Клаусом Бехгаардом и французским физиком Дени Жеромом. Он содержал селен. В состав самых известных органических полимеров входят соли на основе серы.