Каким образом возможно поддерживать связь в реальном времени на расстоянии в сотни световых лет? Узнайте, как Li Azbel, юная Галлентская женщина-учёный, решила эту проблему в своём знаменитом эксперименте Azbel-Wuthrich.
После освоения технологии создания пространственно-временных туннелей (wormhole), считалось, что расстояние окончательно покорено. Но, несмотря на это, информацию приходилось передавать на скорости света, и, хотя туннели сокращали дистанцию между удалёнными регионами, интерактивная связь оставалась невозможной. Этой проблеме быстро присвоили статус самого важного препятствия на пути покорения глубокого космоса.
Аммар первыми освоили технологию прыжков и, таким образом, были первыми, кто столкнулся с проблемой. Они запустили массивную государственную исследовательскую программу и испытали несколько радикальных решений, но без успеха. В конце концов, они остановили все исследования, приняв за истину невозможность сверхсветовой (faster than light, FTL) связи.
Веками позже Галленте и Калдари столкнулись с той же проблемой после изобретения Sotiyo-Urbaata двигателя. Двигатель позволял сверхсветовые путешествия в системах Калдари и Галленте, но, естественно, связь с кораблями, использующими эти двигатели, традиционными способами была невозможна. Чтобы стимулировать исследования в решении этой проблемы, и Галленте, и Калдари пообещали огромные награды тем, кто сможет придумать решение, что привело к самой безумной гонке в истории науки.
Подобно Аммар в прошлом, Галленте и Калдари испробовали многие решения, но никакие не привели к успеху. В конце концов, молодая Галлентская женщина Li Azbel придумала решение, которое было таким простым, но в тоже время глубоко завязанным в загадочной физике, что оно было поначалу отвергнуто как розыгрыш.
И лишь в знаменитом эксперименте Azbel-Wuthrich функциональность решения была с успехом продемонстрирована. Индустриализация не заставила себя долго ждать, что привело к огромному подъему на фондовом рынке, так как тысячи компаний увеличили свою область влияния до размеров исследованной вселенной.
Корни решения лежат в древнем парадоксе, часто именуемым EPR-парадоксом - названием, окутанным тайной. EPR-парадокс знаменит своим противоречием с квантовой физикой в нескольких важных принципах. В частности, он показывает несправедливость принципа неопределённости Гейзенберга. Принцип неопределённости Гейзенберга, названный в честь своего первооткрывателя, утверждает, что положение квантовой частицы не может быть определено абсолютно точно, в независимости от качества измерительного оборудования. Классический пример измерения скорости и положения свободной частицы: чтобы измерить её положение, её нужно «увидеть». Это значит, что нужно подействовать на неё, по крайней мере, одним фотоном. Но столкновение между фотоном и частицей изменит скорость частицы, делая невозможным точное определение её скорости до измерения положения.
EPR-парадокс гласит о возможности создания пары частиц, чьи квантовые состояния завязаны таким образом, чтобы быть зеркальными отражениями друг друга. К примеру, пара частиц с положением и скоростью (x0,v) и (x0,-v), то есть две частицы, имеющие в данный момент времени одинаковое положение, но противоположно направленные скорости. Через некоторое время они отдалятся друг от друга на большое расстояние и измерения могут быть проведены над каждой из них независимо. Измеряя, скажем, положение частицы A и скорость частицы B, мы в соответствии с EPR-парадоксом определим точные состояние обоих частиц, нарушая принцип Гейзенберга.
Но последующие эксперименты к удивлению многих подтвердили принцип Гейзенберга, опровергая EPR-парадокс. Математически это не вызывало никаких проблем, так как изменение волновой функции вследствие измерений является мгновенным событием. С физической точки зрения это было сложнее понять, так как казалось, что это подразумевает мгновенное распространение между частицами изменения их состояния. Этот факт был тут же предложен в качестве способа для создания сверхсветовой связи: проведение измерений на частице приведёт к мгновенному изменению состояния удалённой частицы, передавая, таким образом, один бит информации. Подробный математический анализ этой задачи, однако, показал, что из-за статической природы квантовой частицы только помехи будут передаваться, таким образом, хороня эту гипотезу на века.
Именно тут Li Azbel подхватила проблему с редкой интуицией, приведшей к прорыву. Она утверждала, что хотя на выходе передастся только шум, его структура может быть использована для кодировки сигнала. Разумеется, было известно, что каскад разветвлённостей, ведя к чисто хаотическим временным рядам, имел универсальную структуру, описываемую константой Фегенбаума. Рассмотрим параметрическое семейство функций, называемых логической схемой и определённых на отрезке [0,1]. Существует параметр и начальные данные схемы, которые сгенерируют любую случайную последовательность чисел. Azbel подошла к проблеме с другой стороны; пусть дана конечная хаотичная последовательность: как можно вернуться назад к начальным данным? Используя анализ максимальной энтропии на энтропии информации Shannon, она смогла получить способ решения этой проблемы обратимости. В дополнении к этому, она продемонстрировала, что, аккуратно модулируя измерения завязанных квантовых состояний, то есть, по сути, умышленно вводя шум в сам процесс измерений, особенная структура шума будет передана в измерения другой частицы.
Таким образом, процесс был следующим: байт информации вводится в начальное состояние логической схемы, что ведёт к хаотическому притягивающему множеству. Эта последовательность с шумом затем используется для модуляции измерений, сделанных на последовательности связанных частиц. Тем временем измерения над частицам проводятся на другой стороне и извлекается последовательность шума. Затем применяется анализ максимальной энтропии для определения начального состояния, из которого была сгенерирована эта серия, и это превращает её обратно в начальный байт информации. Стоит заметить, что в этом случае отправленная последовательность шумов совершенно не коррелирует с измеренной. Они схожи только в том, что принадлежат одному притягивающему множеству, и это та информация, которая на самом деле переносится моментально, независимо от расстояния.
Как уже было сказано выше, этот теоретический результат сначала посчитали слишком невероятным, чтобы быть правдой. Эксперимент Azbel-Wuthrich использовал схему, очень похожую на древний эксперимент Aspect, и это был исторический момент, когда первый «смайлик» :-) был передан по этому каналу. После этого началась гонка по скорейшей индустриализации этой идеи.
Результатом этой лихорадки стал традиционный сегодня Fluid-маршрутизатор, который составляет элементарный блок универсальной связи, как её теперь называют. Если не вдаваться в математические подробности, архитектура этих маршрутизаторов обольщающе проста. Первый шаг в их производстве - создание связанных квантовых состояний. Это достигается использованием сверхтекучего Гелия-4 , где все атомы естественным образом связаны в одно состояние благодаря Бозе конденсации. Капля такого Гелия-4 затем аккуратно разделяется на две. Начиная с этого момента, две капли, а точнее атомы Гелия в каплях, действительно связываются. Каждая капля затем кладётся в отдельный корпус маршрутизатора, который содержит необходимые механизмы для кодировки и декодировки потока данных в измерения квантовых состояний, выполненных на атомах капли. Начиная с этого момента, два маршрутизатора связаны вместе, несмотря на их раздельное положение. Таким образом, космический корабль обычно покупает маршрутную пару у сетевого провайдера. Один из маршрутизаторов будет находится на корабле, а другой будет включён в сетевую магистраль провайдера, которая имеет соединение со всеми остальными маршрутизаторами; в результате этого формируется децентрализированная сеть, где сообщения могут направяться через множество маршрутизаторов и провайдеров. Эта архитектура аналогична древнему Интернету.
Единственное ограничение этой системы связи - ширина канала. Несомненно, производство связанного и сверхтекучего Гелия-4 – дорогой процесс. К тому же, для каждого байта используются большое число атомов, так как должна быть создана статистически адекватная хаотическая последовательность. Создание последовательностей образует предел пропускной способности, позволяя передавать лишь х байт в секунду. Количество отправленных данных также расходует общий запас связанных атомов, ограничивая общий объём информации, который может быть передан одной парой маршрутизаторов.
Услуги сверхсветовой связи дошли до каждого уголка мира EVE, так как они впервые появились около двух веков назад.Эти услуги и маршрутизаторы, хотя и предоставляются разными независимыми компаниями, находятся под постоянным наблюдением и регуляцией подкомитета CONCORD’а для обеспечения безопасности и конфиденциальности каналов связи и для убеждения в том, что компании выполняют возложенные на себя обязательства. Высокая конкуренция на рынке телекоммуникаций делает связь дешёвой, эффективной и надёжной для общения, передачи данных и даже ведения деловых отношений на расстояниях в световые года.
Vova
