Głupota na niedzielę: kwantowe dyrdymały Wirtualnej Polski

“Państwo środka uzyskało właśnie technologię, dzięki której może się komunikować nawet w kosmosie z prędkością wyższą, niż prędkość światła”. Taką rewelację zaserwował czytelnikom jeden z czołowych polskich portali. A mnie trafia szlag.

Tuzin osób, w tym czytelników oraz innych blogerów, podesłało mi link do piątkowego artykułu Chińczycy przegonili świat, opublikowanego przez Wirtualną Polskę. Chciwie rzuciłem się do czytania, lecz nim minąłem wstęp, już się we mnie zagotowało. Oto redaktor zasugerował na samym początku tekstu, że Chińczycy osiągnęli rzecz nieprawdopodobną: nauczyli się przesyłać informację z prędkością nadświetlną. Dokładnie użył słów: “technologia, dzięki której można się komunikować nawet w kosmosie z prędkością wyższą, niż prędkość światła”. Naprawdę nieźle. Skonstruowany przez Azjatów satelita znokautowałby tym samym szczególną teorię względności oraz zasady mechaniki kwantowej, jednym ciosem! 

Problem polega na tym tym, że autor tę informację zmyślił. Najwyraźniej uznał za stosowne podkoloryzować newsa mówiącego o zupełnie innym mechanizmie.

splatanie2

Ale zanim dojdziemy do tego nad czym naprawdę pracują Chińczycy, wytłumaczmy sobie dlaczego pan redaktor, dla dobra wszystkich, nigdy więcej nie powinien dotykać klawiatury. Oczywiście myśląc o hiperszybkiej, czy nawet natychmiastowej komunikacji, od razu przychodzi nam do głowy słynny eksperyment EPR i kwestia stanu splątanego. To niesamowite zjawisko wynika z tzw. nielokalności. Dwie splątane cząstki pozostają ze sobą całkowicie związane, kompletnie ignorując taki szczegół jak czasoprzestrzeń. Zmiana stanu fotonu A, pociąga zmianę fotonu B od razu, bez żadnej zwłoki, niezależnie od dzielących je odległości (szersze opracowanie tematu znajdziecie tutaj).

Jednakże, choć splątanie pozostaje fenomenem i zapewne przyniesie nam wiele dobrego, nie nadaje się do komunikacji. Dlaczego? Wyobraźmy sobie, że posiadamy laboratorium na Marsie, a w nim foton A skorelowany z fotonem B obecnym na Ziemi. Jeśli jeden z nich ma polaryzację pionową, to natychmiast dowiadujemy się o przeciwstawnej polaryzacji drugiego. Bardzo atrakcyjna właściwość, ale skrywa wstydliwą tajemnicę. Każda z cząstek, a nawet każdy obiekt należący do mikroświata, podlega regułom kwantowym. W tym przypadku, najbardziej interesuje nas fakt, pozostawania fotonów w stanie superpozycji. Niczym kot Schrödingera, kwant światła stanowi efemeryczną hybrydę obu stanów jednocześnie. Foton A przybierze zatem konkretną polaryzację dopiero w momencie pomiaru. Otwieramy pudełko i stwierdzamy – “O, polaryzacja pozioma!” – wiedząc już, że foton na Czerwonej planecie właśnie wybrał odwrotną, polaryzację pionową.

Zapewne dostrzegliście już mankament tego zjawiska. Przesłana “informacja” ma charakter losowy, a zatem nie można za jej sprawą przemycić żadnej użytecznej treści. Nie sterujemy stanami kwantowymi, potrafimy jedynie dokonać pomiaru, redukując stan obu cząstek do konkretnych postaci. Nawiasem mówiąc, to bardzo naturalny mechanizm. Potencjalne przesyłanie wiadomości z prędkościami nadświetlnymi, oznaczałoby de facto słanie ich w przeszłość, co z kolei sprowadziłoby na nas masę paradoksów.

Chińczycy oczywiście nie próbowali postawić fizyki teoretycznej na głowie. Ich konstrukcja dotyczy zastosowania mechaniki kwantowej w zupełnie innym celu. Mianowicie postawili oni kolejny kroczek, do opanowania nowatorskiej technologii szyfrowania kanału komunikacyjnego. W klasycznej kryptografii obie strony posiadają klucz pozwalający im na przyporządkowanie poszczególnym znakom oznaczeń i odczytanie przesyłanej wiadomości. Sam szyfr może być bardzo skomplikowany, ale superkomputer z odpowiednią ilością czasu w końcu znajdzie sposób na złamanie kodu.

kryptografia

Pionierzy kryptografii kwantowej (notabene, pierwsze przymiarki do niej pojawiły się już w latach 80.) dostrzegli, że splątanie może nam umożliwić absolutnie bezpieczną komunikację. Klucz potrzebny do odszyfrowania treści tajnej depeszy będzie przesyłany między stronami z wykorzystaniem splątanych cząstek. Załóżmy, że z protokołu korzysta bank i my jako klienci. Placówka wysyła do nas serię fotonów. My je przechwycimy – nie zagłębiając się w szczegóły techniczne – dzięki aparaturze, którą wcześniej należy skalibrować. Znajdą się w niej specjalne kryształy odbierające, zależnie od naszego ustawienia, jedynie fotony spolaryzowane ukośnie (45° i -45°) lub jedynie proste (0° i 90°). Oznacza to, że zarówno polaryzacją fotonów jak i tym, jak ustawimy poszczególne kryształy, ostatecznie rządzi całkowity przypadek. 

Sam fakt odebrania fotonów i poddania ich pomiarom, nic nam jeszcze nie daje. Mając wyniki musimy się skontaktować (jakimkolwiek klasycznym sposobem) z bankiem i powiedzieć mu jak zdecydowaliśmy się ustawić naszą aparaturę przy każdym pomiarze. Oni informują nas, które z ustawień były zgodne, a które należy wyeliminować. Dopiero ten komplet danych będzie stanowił klucz. Gdyby przypadkiem jakiś łapserdak próbował wykazać się sprytem i zaczął chwytać “w locie” przekazywane fotony, sprawdzać ich stan i puszczać dalej – na pewno się o tym dowiemy. Osoba trzecia dokona aktu obserwacji, a zatem od razu zmieni stan podglądanej cząstki wszystko psując. Polaryzacja kwantu światła po przepuszczeniu przez kryształ ulega “przekręceniu”, zaś splątanie zostaje zerwane. Jeśli po zadzwonieniu do banku dowiemy się, że np. ich foton nr 3 miał polaryzację 90°, nasz kryształ był ustawiony odpowiednio, a jednak odebrany foton zamiast polaryzacji 0° posiada polaryzację 45° – podnosimy alarm – ktoś na pewno zakłócił komunikację.

Zdaję sobie sprawę, że to piekielnie skomplikowane zagadnienie, niemożliwe do streszczenia w dwóch akapitach (żądnych wiedzy zachęcam do zerknięcia na , całkiem zgrabną prezentację). Mam tylko nadzieję, że uchwyciliście z grubsza istotę rzeczy oraz zauważyliście, iż owa kwantowa dystrybucja klucza, w żaden sposób nie służy przyśpieszeniu komunikacji. A już na pewno, nie przesyłaniu wiadomości z prędkością nadświetlną.

Zabawny jest fakt, że lwia część artykułu traktuje właśnie o kwantowej kryptografii. Jednak tego, że lead tekstu ma się więc nijak do jego treści, nie wolno traktować jako okoliczności łagodzącej. Nie w stosunku do ogólnopolskiego serwisu, którego 3/4 użytkowników po prostu skacze po nagłówkach, przyswajając jedynie to co wytłuszczone i kolorowe. I nie mówię tu tylko o wąsatych Januszach, którzy nie odróżniają kota Schrödingera od psa Pawłowa. Ku mojemu rozczarowaniu bzdurę z WP podlinkował na swoim fanpejdżu portal… Racjonalista.pl. 

irracjonalista
Screen dzięki uprzejmości ToTylkoTeoria.pl

Zwróćmy uwagę na to, że to kwestia szyfrowania została tu potraktowana pobocznie: “Do tego, nie da się podsłuchać (…) danych”. Dla laika komunikat jest jasny. Wirtualna Polska i Racjonalista ogłosiły przełom w fizyce i nastanie ery natychmiastowej komunikacji. Serwisowi należy się pochwała za to, że ostatecznie usunął kontrowersyjne zdanie (pod naciskiem komentujących), lecz link do artykułu pozostawiono. 

Tak czy inaczej, kolejna fałszywa sensacja poszła w świat, mieszając ludziom w głowach. Nim ktokolwiek się zorientował, news zalajkowało kilkaset osób, a kolejne dziesiątki udostępniło. Więcej niż chociażby którykolwiek z wpisów na Kwantowo. Smutne to. Jeden ruch sieciowego giganta i żmudna praca garstki popularyzatorów, staje się w istocie pracą syzyfową.

A poza tym uważam, że wielkie portale należy zniszczyć.

Głupota na niedzielę: Najwyższy czas na koniec świata Rok Czarnka. Długa lista osiągnięć Wielkiego Inkwizytora Głupota na niedzielę: IPN na wojnie z Darwinem