Kvantni svet je pogosto v nasprotju z zdravim razumom. Nobelov nagrajenec Richard Feynman je nekoč dejal: "Mislim, da lahko varno rečem, da kvantne mehanike nihče ne razume." Kvantna teleportacija je le eden tistih čudnih in na videz nelogičnih pojavov.
Leta 2017 so raziskovalci s Kitajske predmet teleportirali v vesolje. To ni bil človek, ne pes, niti molekula. Bil je foton. Ali bolje rečeno, informacije, ki opisujejo določen foton. Toda zakaj se temu reče teleportacija?
Izhodišče je, da kvantna teleportacija nima veliko zveze s teleportacijo kot tako. Namesto tega gre za ustvarjanje interneta, ki ga ni mogoče vdreti. Toda preden se lotimo tega vprašanja, se pogovorimo o paradoksu.
Briljantni fizik in avtor posebnih in splošnih teorij relativnosti Albert Einstein je kvantno mehaniko ocenil kot napačno teorijo. Leta 1935 je skupaj s fizikom Borisom Podolskim in Nathanom Rosenom napisal članek, v katerem je določil paradoks, ki vzbuja dvom v skoraj vse, kar je povezano s kvantno mehaniko - paradoks EPR.
Kvantna mehanika je znanost o najmanjših vidikih vesolja: atomi, elektroni, kvarki, fotoni itd. Razkriva paradoksalne in včasih nasprotujoče si vidike fizične resničnosti. Eden takšnih vidikov je dejstvo, da z merjenjem delca "spremenite". Ta pojav se je na koncu imenoval učinek opazovalca: dejanje merjenja pojava nanj nepopravljivo vpliva.
Shematični opis eksperimentalne naprave za teleportacijo fotona v vesolje / Kitajska akademija znanosti.
Pogosto za opazovanje atoma zasijemo na njem. Fotoni te svetlobe medsebojno delujejo z delcem in s tem vplivajo na njen položaj, kotni zagon, spin ali druge značilnosti. V kvantnem svetu je uporaba fotonov za opazovanje atoma podobna uporabi žog za balinanje za štetje zatičev na koncu kegljišča. Posledično je nemogoče natančno vedeti vse lastnosti delca, saj v procesu svoje preiskave opazovalec vpliva na rezultat.
Opazovalni učinek pogosto zamenjujemo z mislijo, da lahko zavest nekako vpliva ali celo ustvari resničnost. Pravzaprav v tem učinku ni nič nadnaravnega, saj zavest sploh ne potrebuje.
Promocijski video:
Fotoni, ki trčijo v atom, povzročajo enak opazovalni učinek, ne glede na to, ali se premikajo proti njemu zaradi dejanj s strani človeške zavesti ali ne. V tem primeru je "opazovati" preprosto interakcijo.
Ne moremo biti zunanji opazovalci. V kvantnih sistemih človek vedno sodeluje aktivno in zamegljuje rezultate.
Prav to Albert Einstein ni maral. Zanj je ta nedvoumna dvoumnost kazala nepopolnost kvantne mehanike, ki jo je bilo treba odpraviti. Znanstvenik je verjel, da resničnost ne more biti tako nezanesljiva. Prav na to se nanaša njegov znameniti stavek: "Bog ne igra kock z Vesoljem."
In nič ni poudarilo šibkosti kvantne mehanike bolj kot paradoks kvantnega zapletanja.
V kvantnem merilu se delci včasih lahko medsebojno povežejo tako, da merjenje lastnosti enega delca v trenutku vpliva na drugega, ne glede na to, koliko so narazen. To je kvantno zapletanje.
Po teoriji relativnosti Einstein nič ne more potovati hitreje od svetlobe. Vendar se zdi, da je kvantno zapletanje to pravilo kršilo. Če se en delček zaplete z drugim in vsaka možna sprememba, ki se zgodi z enim od njih, vpliva na drugega, potem mora biti med njimi nekakšna povezava. Kako drugače lahko vplivajo drug na drugega? Če pa se to zgodi v trenutku, kljub razdalji, mora ta povezava potekati hitreje od svetlobne hitrosti - od tod tudi sam paradoks EPR.
Če poskusite izmeriti, skozi katero režo prečka elektron med poskusom z dvema režama, ne boste dobili vzorca motenj. Namesto tega se elektroni ne bodo obnašali kot valovi, temveč kot "klasični" delci.
Einstein je ta pojav poimenoval "grozovito delovanje na daljavo." Celotno področje kvantne mehanike se mu je zdelo tako neresno kot domnevno kvantno zapletenost. Do konca življenja je fizik neuspešno skušal teorijo »zakrpati«, a iz tega ni prišlo nič. Preprosto ni bilo mogoče popraviti ničesar.
Po Einsteinovi smrti je bilo večkrat dokazano, da je kvantna mehanika pravilna in deluje, četudi pogosto nasprotuje zdravi pameti. Znanstveniki so potrdili, da je paradoks kvantnega zapleta resničen pojav in na splošno ni paradoks. Kljub dejstvu, da se zapletanje zgodi takoj, nobenih informacij ni mogoče prenesti med delce hitreje od svetlobne hitrosti.
Kako se vse to nanaša na kvantno teleportacijo? Vrnimo se k naši temi. Dejstvo je, da se na ta način še vedno lahko prenašajo informacije. Točno to so počeli leta 2017 raziskovalci s Kitajske. Čeprav se imenuje "teleportacija", so znanstveniki v resnici prenesli informacije med dva zapletena fotona.
Ko se laserski žarek usmeri skozi poseben kristal, se fotoni, ki jih oddaja, zapletejo. Ko torej en foton izmerimo v zapletenem paru, je stanje drugega takoj znano. Če njihova kvantna stanja uporabljate kot nosilec signala, se lahko informacije prenesejo med dva fotona. To so že prej izvajali v laboratorijih po vsem svetu, še nikoli pa se ta postopek ni izvajal na taki razdalji.
Kitajski raziskovalci so poslali zapleteni foton na satelit 1.400 kilometrov nad Zemljo. Nato so foton, ki je ostal na planetu, zapletel s tretjim fotonom, kar je omogočilo pošiljanje njegovega kvantnega stanja fotonu na satelit in s tem učinkovito kopiranje tretjega fotona v orbito. Vendar tretji foton ni bil fizično prenesen na satelit. Prenesene in obnovljene so bile le informacije o njegovem kvantnem stanju.
Torej to ni bila teleportacija v stilu Star Trek. Toda največji preboj v tem poskusu ni bila teleportacija, ampak komunikacija.
Kvantnega interneta, ki temelji na zapletenih delcih, bi bilo skoraj nemogoče pokoriti. In vse zahvaljujoč opazovalnemu učinku.
Če bo kdo poskušal prestreči enega od teh kvantnih prenosov, bo to v bistvu poskus opazovanja delca, ki ga bo - kot že vemo - spremenil. Ogroženi prenos bi bil takoj viden, saj bi se delci prenehali zapletati ali pa bi bil prenos popolnoma uničen.
Kvantni internet bi bil skoraj 100-odstotno varno komunikacijsko omrežje. Brez dostopa do zapletenih delcev tega nihče ne bi mogel zasukati. In če bi kdo dobil dostop do enega od zapletenih delcev, bi to takoj opazil, saj bi delček izginil, kar pomeni, da bi internet prenehal delovati. Tako je lahko uporabnejša od fotonske teleportacijske naprave.
Raziskovalci so morali narediti več kot milijon poskusov, da bi uspešno zapletli nekaj več kot 900 delcev. Ker morajo fotoni prehajati skozi naše ozračje, obstaja velika verjetnost, da bodo medsebojno sodelovali z drugimi delci, zato jih bomo "opazovali", s čimer bomo odpravili zaplete in dokončali prenos.
Kvantna teleportacija izgubi vse podatke o originalnem delcu, na drugem koncu pa ustvari identično kopijo / & kopijo; Jim Al-Khalili / Med kvantno teleportacijo se izgubijo vse informacije o originalnem delcu, na drugem koncu pa se ustvari identična kopija / Jim Al-Khalili.
Ali bomo nekega dne - kdaj v daljni prihodnosti - uporabili to isto tehniko za teleportiranje velikih predmetov ali celo ljudi? Teoretično, da. Tako bi vsak delček v telesu zapletel z enakim številom delcev na namembnem mestu. Vsako stanje in položaj vseh vaših delcev je treba skenirati in prenesti na drugo lokacijo. Čakalni delci se bodo zapletli in sprejeli informacije, ki so jim bile posredovane, takoj prevzele stanje, ki je enako originalnim delcem. To je v bistvu isto, kar se je zgodilo s fotoni v kitajskem poskusu. Razlika je le v tem, da gre za vsak delček v telesu.
Vendar ne bi smeli biti pretirani. Teleportacija je podvržena tudi opazovalnemu učinku. Postopek skeniranja, ki meri vse vaše delce, bi jih takoj spremenil. Mogoče je, da so bile spremembe za vas neprijetne, spremenili bi se v neprepoznaven kvantni sluz. Prenehali bi obstajati na prvotni točki in se pojavili na drugem - popolnoma enakem, vendar z novim naborom delcev. Toda ali ostajate sami ali ne, je povsem drugo vprašanje.
Vladimir Guillen