Вчені кажуть, що зв’язок на основі ефекту квантової заплутаності не тільки можливий, але й придатний для розмов з інопланетними цивілізаціями. І саме цим пояснюється парадокс Фермі — відсутність сигналів від інопланетян.
Можливість міжзоряного квантового зв’язку
Досі пошук позаземного розуму (SETI) використовував стратегії, засновані на класичній науці: прослуховування радіохвиль, спостереження за оптичними сигналами за допомогою телескопів, пошук світла в атмосфері екзопланет за допомогою орбітальних телескопів, сканування лазерного світла, яке може походити від інопланетян. Чи може квантово-механічний підхід зробити це краще?
Латам Бойл каже, що так. «Цікаво, що наша Галактика (і море космічного фонового випромінювання, в яке вона занурена) «допускає» міжзоряний квантовий зв’язок у певних частотних діапазонах», — каже він.
Дослідник Центру теоретичної фізики ім. Хіггса при Единбурзькому університеті в Шотландії Латам Бойл, який досліджував цю можливість, сказав: «Але в той час як наші нинішні телескопи досить великі, щоб забезпечити міжзоряний класичний зв’язок, міжзоряний квантовий зв’язок вимагає величезних телескопів — набагато більших, ніж ті, що ми побудували до цього часу».
Далі його аналіз приводить до ще одного потенційного розв’язання парадокса Фермі.
Використання заплутаних пар кубітів для квантового зв’язку
Ідея полягає у використанні заплутаних пар кубітів, одна з яких зберігається у відправника, а інша надсилається на Землю. Кілька років тому було виявлено, що дві квантові частинки можуть зберігати квантову когерентність на міжзоряних і навіть галактичних відстанях, навіть будучи заплутаними одна з одною — так, що визначення властивості одного заплутаного кубіта негайно визначає властивість іншого.
Цей дивний зв’язок уже був продемонстрований між фотонами на відстані понад тисячу кілометрів один від одного, один з яких знаходиться на поверхні Землі, а інший — у космічному апараті на орбіті планети.
Кубіт — це одиниця квантової інформації. Квантова механіка дозволяє, завдяки квантовій суперпозиції, частинкам, таким як фотон, перебувати у двох станах одночасно, наприклад, обертатися вгору і обертатися вниз. Тоді як у класичному зв’язку фотон перебуває в одному стані, біті, тобто або спінований вгору, або спінований вниз, але не в обох одночасно. Ця відмінність кубітів робить їх більш потужними для багатьох застосувань.
Обмеження теорії для квантового зв’язку
Про квантові канали зв’язку вже багато чого відомо з досліджень і експериментів із квантової телепортації, квантової криптографії, квантової заплутаності та інших квантових явищ. Протоколи, засновані на квантовому зв’язку, є експоненціально швидшими за протоколи, засновані на класичному зв’язку каналів, що передають один біт за раз від передавача до приймача — для деяких завдань.
Використовуючи відомі обмеження на квантову пропускну здатність для так званих каналів квантового стирання і властивості міжзоряного середовища, Бойлу вдалося отримати два важливих результати: квантова пропускна здатність, більша за нуль, вимагає, щоб фотони, якими обмінюються, лежали в певних дозволених частотних діапазонах, і щоб ефективний діаметр як передавального, так і приймального телескопів, був більшим за величину, пропорційну квадратному кореню з довжини хвилі фотона, помноженому на відстань між телескопами.
Згідно з аналізом Бойла, квантова здатність, яка не зникає, вимагає, щоб фотони, якими обмінюються, мали довжину хвилі менш ніж 26,5 см, головним чином, щоб уникнути ускладнень, пов’язаних із космічним мікрохвильовим фоном.
Навіть більше, в той час, як класичний зв’язок може відбуватися, якщо приймач отримує лише крихітний відсоток переданих фотонів (як у випадку з радіосигналами), квантовий зв’язок вимагає, щоб більшість надісланих фотонів була виявлена телескопом приймача.
Вимоги для надвеликих телескопів при квантовому зв’язку
Для наземного телескопа цей діаметр був би величезним. Довжина хвилі фотона повинна становити щонайменше 320 нм, щоб пройти крізь атмосферу Землі, а враховуючи, що відстань до нашої найближчої зорі, Проксими Центавра, становить 4,25 світлового року, Бойл вважає, що наземний телескоп мав би бути щонайменше 100 км у діаметрі.
Зрозуміло, що це дуже відрізняється від найбільшого наземного телескопа, який зараз будується в Чилі, — Європейського надвеликого телескопа, діаметр якого становитиме 0,04 км (40 м).
«Насправді, — сказав Бойл, — необхідні телескопи настільки великі, що якщо позаземний відправник має достатньо великий передавальний телескоп, він обов’язково побачить, що ми ще не побудували великого приймального телескопа, і зрозуміє, що зв’язуватися з нами поки що не має сенсу».
«І, можливо, ми від них нічого не чули, — зазначає він. — Іншими словами, припущення, що інопланетяни спілкуються квантово-механічно, здається достатнім для пояснення парадокса Фермі».
Технологічні труднощі реалізації квантового зв’язку
Поза атмосферою можна було б використовувати коротші довжини хвиль, що вимагало б меншого телескопа, можливо, на Місяці або в точці Лагранжа L2, але навіть гамма-промені з довжиною хвиль 0,001 нм все одно вимагали б діаметра телескопа близько 200 м.
Телескоп не обов’язково має бути однією тарілкою — це може бути багато маленьких тарілок, розташованих близько одна до одної (на Землі або в космосі), але вони повинні бути зближені, як комірки в сотах, каже Бойл.
На лінії між відправником і ціллю також можна було б розмістити серію реле або квантових ретрансляторів, але для діаметрів менш ніж 100 м телескопи-ретранслятори потрібно було б розмістити через кожну десяту частину астрономічної одиниці, що включає в себе нашу Сонячну систему. Утримання їх на одній лінії може стати проблемою (спочатку для них, а не для нас).
Відсутня частина — як приймач дізнається, що сигнал, який надходить, є квантово-механічним, а не класичним, тобто частиною заплутаної пари, якщо інопланетяни й люди не мають попереднього зв’язку. «Я думаю, що відповідь на це — щонайменше одна додаткова стаття», — сказав Бойл.
За матеріалами phys.org
