Vedci aktívne experimentujú s kvantovou teleportáciou

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

Pre hrdinov sci-fi filmov je teleportácia bežná vec. Jedno stlačenie tlačidla - a rozpustia sa vo vzduchu, takže sa za pár sekúnd ocitnú stovky a tisíce kilometrov ďaleko: v inej krajine alebo dokonca na inej planéte.

Je takýto pohyb naozaj možný, alebo teleportácia zostane navždy snom spisovateľov a scenáristov? Uskutočňuje sa v tejto oblasti nejaký výskum – a sme ešte o niečo bližšie k implementácii technológie, ktorú poznajú hrdinovia fantastických akčných filmov?

Krátka odpoveď na túto otázku je áno, experimenty prebiehajú a veľmi aktívne. Vedci navyše pravidelne publikujú články vo vedeckých časopisoch o úspešných experimentoch kvantovej teleportácie – na stále väčšie a väčšie vzdialenosti.

A hoci mnohí slávni fyzici pochybujú, že sa nám niekedy podarí teleportovať ľudí, niektorí odborníci sú oveľa optimistickejší a uisťujú, že teleporty sa o pár desaťročí stanú realitou.

Tento materiál bol pripravený ako odpoveď na jeden zvýskumné otázky poslali naši čitatelia.

"Klamstvá, fámy a príbehy"

Najprv si ujasnime, o čom presne hovoríme. Teleportáciou rozumieme okamžitý pohyb predmetov na akúkoľvek vzdialenosť, ideálne rýchlejší ako rýchlosť svetla.

Samotné slovo vynašiel v roku 1931 americký publicista Charles Fort, ktorý rád skúmal paranormálne javy. Analogicky k „televízii“, odvodenej z gréckeho τῆλε („ďaleko“) a latinského videa („vidieť“), vo svojej knihe „Vulcanoes of Heaven“vynašiel termín na opis nevysvetliteľných pohybov objektov v priestore (Latinské porto znamená „niesť“)…

V tejto knihe sa zameriavam predovšetkým na dôkazy o tom, že existuje nejaký druh prenosovej sily, ktorú nazývam teleportácia. Budem obvinený z toho, že som dal dokopy otvorené lži, fámy, bájky, podvody a povery. Svojím spôsobom si to myslím Ja sám. A v istom zmysle nie. Len poskytujem údaje,“píše Fort.

O takýchto pohyboch je skutočne veľa mýtov – napríklad rozšírená legenda o filadelfskom experimente z roku 1943, počas ktorého bol údajne americký torpédoborec Eldridge teleportovaný na vzdialenosť 320 km.

Ten istý torpédoborec, ktorý sa údajne pohyboval vo vesmíre

V praxi sa však všetky takéto príbehy ukážu ako len špekulácie konšpiračných teoretikov, podľa ktorých úrady skrývajú pred širokou verejnosťou akékoľvek dôkazy o prípadoch teleportácie ako vojenské tajomstvo.

V skutočnosti je opak pravdou: o akýchkoľvek úspechoch v tejto oblasti sa vo vedeckej komunite široko diskutuje. Americkí vedci napríklad len pred týždňom hovorili o novom úspešnom experimente v kvantovej teleportácii.

Presuňme sa od mestských legiend a fantastickej literatúry k rigoróznej vede.

Z bodu A do bodu B…

Príbeh skutočnej, nie fiktívnej teleportácie sa začal v roku 1993, keď americký fyzik Charles Bennett matematicky – pomocou vzorcov – dokázal teoretickú možnosť okamžitých kvantových posunov.

Samozrejme, boli to čisto teoretické výpočty: abstraktné rovnice, ktoré nemajú praktické uplatnenie. Rovnakým spôsobom - matematicky - však už boli objavené napríklad čierne diery, gravitačné vlny a iné javy, ktorých existencia bola experimentálne potvrdená oveľa neskôr.

Bennettove výpočty sa teda stali skutočnou senzáciou. Vedci začali aktívne vykonávať výskum v tomto smere - a prvý úspešný experiment kvantovej teleportácie sa uskutočnil v priebehu niekoľkých rokov.

Tu treba zdôrazniť, že hovoríme o kvantovej teleportácii, a to nie je úplne to isté, čo sme zvyknutí vidieť v sci-fi filmoch. Z jedného miesta na druhé sa neprenáša samotný hmotný objekt (napríklad fotón alebo atóm – všetko sa napokon skladá z atómov), ale informácia o jeho kvantovom stave. Teoreticky to však stačí na „obnovenie“pôvodného objektu na novom mieste po získaní jeho presnej kópie. Navyše, takéto experimenty sa už úspešne vykonávajú v laboratóriách – ale o tom nižšie.

Vo svete, na ktorý sme zvyknutí, je táto technológia najľahšie porovnateľná s kopírkou alebo faxom: neposielate samotný dokument, ale informácie o ňom v elektronickej podobe – príjemca má však vo výsledku presnú kópiu. S tým podstatným rozdielom, že v prípade teleportácie sa samotný odoslaný hmotný objekt zničí, teda zmizne – a zostane len kópia.

Skúsme prísť na to, ako sa to deje.

Hrá Boh kocky?

Počuli ste už o Schrödingerovej mačke - tej, ktorá nesedí v boxe ani živá, ani mŕtva? Túto originálnu metaforu vymyslel rakúsky fyzik Erwin Schrödinger, aby opísal záhadnú vlastnosť elementárnych častíc – superpozíciu. Faktom je, že kvantové častice môžu byť súčasne v niekoľkých stavoch naraz, ktoré sme vo svete zvyknutí navzájom úplne vylúčiť. Napríklad elektrón neobieha okolo jadra atómu, ako sme si mysleli, ale nachádza sa súčasne vo všetkých bodoch obežnej dráhy (s rôznymi pravdepodobnosťami).

Kým sme neotvorili mačaciu skrinku, to znamená, že sme nemerali vlastnosti častice (v našom príklade sme neurčili presnú polohu elektrónu), mačka, ktorá tam sedí, nie je len živá alebo mŕtva - je to oboje. živý a mŕtvy zároveň. Ale keď je krabica otvorená, to znamená, že sa robí meranie, častica je v jednom z možných stavov - a už sa nemení. Naša mačka je buď živá alebo mŕtva.

Ak ste v tomto bode úplne prestali ničomu rozumieť - nebojte sa, nikto tomu nerozumie. Povaha kvantovej mechaniky nebola vysvetlená najbrilantnejšími fyzikmi na svete už mnoho desaťročí

Na teleportáciu sa využíva fenomén kvantového zapletenia. To je, keď dve elementárne častice majú rovnaký pôvod a sú vo vzájomne závislom stave – inými slovami, existuje medzi nimi nejaké nevysvetliteľné spojenie. Vďaka tomu môžu zapletené častice medzi sebou „komunikovať“, dokonca aj keď sú od seba vo veľkej vzdialenosti. A keď poznáte stav jednej častice, môžete s absolútnou istotou predpovedať stav inej.

Albert Einstein dlhé roky polemizoval o nevysvetliteľnom jave zapletených častíc s jedným zo zakladateľov kvantovej teórie Nielsom Bohrom (vľavo). Pri jednom z takýchto sporov Einstein vyslovil svoju slávnu vetu „Boh nehrá kocky“, na čo dostal od Bohra odpoveď: „Albert, nehovor Bohu, čo má robiť!“

Predstavte si, že máte dve kocky vždy pripočítajte sedem … Potriasol si ich v pohári a jednu kosť hodil za chrbát a druhú pred seba a prikryl si ju dlaňou. Zdvihnutím ruky ste videli, že ste hodili, povedzme, šestku - a teraz môžete s istotou tvrdiť, že vám druhá kosť za chrbtom vypadla o jednu. Koniec koncov, súčet dvoch čísel sa musí rovnať siedmim.

Znie to neuveriteľne, však? S kockami, na ktoré sme zvyknutí, takýto počet nebude fungovať, ale zapletené častice sa správajú presne takto – a len takto, hoci povaha tohto javu sa tiež vymyká vysvetleniu.

„Toto je najúžasnejší fenomén kvantovej mechaniky, je nemožné ho vôbec pochopiť,“hovorí profesor MIT Walter Levin, jeden z najuznávanejších fyzikov na svete. Môžeme povedať len to, že takto zjavne funguje náš svet."

To však vôbec neznamená, že sa tento záhadný jav nedá využiť v praxi – napokon, opakovane ho potvrdzujú vzorce aj experimenty.

Symbol kvantového zapletenia

Praktická teleportácia

Praktické pokusy o teleportáciu sa začali asi pred 10 rokmi na Kanárskych ostrovoch pod vedením rakúskeho fyzika, profesora Viedenskej univerzity Antona Zeilingera.

V laboratóriu na ostrove Palma vedci vytvoria pár zapletených fotónov (A a B) a jeden z nich potom pomocou laserového lúča pošlú do iného laboratória, ktoré sa nachádza na susednom ostrove Tenerife, vzdialenom 144 km. Navyše, obe častice sú v stave superpozície – to znamená, že sme ešte „neotvorili mačaciu skrinku“.

Potom sa tretí fotón (C) pripojí k puzdru – ten, ktorý treba teleportovať – a prinúti ho interagovať s jednou zo zamotaných častíc. Potom fyzici zmerajú parametre tejto interakcie (A + C) a výslednú hodnotu prenesú do laboratória na Tenerife, kde sa nachádza druhý zapletený fotón (B).

Nevysvetliteľné spojenie medzi A a B umožní zmeniť B na presnú kópiu častice C (A + C-B) - ako keby sa okamžite presunula z jedného ostrova na druhý bez toho, aby prekročila oceán. To znamená, že sa teleportovala.

Anton Zeilinger dohliada na praktickú teleportáciu

„Akosi extrahujeme informácie, ktoré nesie originál – a vytvárame nový originál inde,“vysvetľuje Zeilinger, ktorý už takto teleportoval tisíce a tisíce elementárnych častíc.

Znamená to, že vedci budú môcť v budúcnosti týmto spôsobom teleportovať akékoľvek predmety a dokonca aj ľudí – veď aj z takýchto častíc sa skladáme?

Teoreticky je to veľmi možné. Stačí vytvoriť dostatočný počet zapletených párov a preniesť ich na rôzne miesta, umiestniť ich do „teleportačných búdok“– povedzme v Londýne a Moskve. Vstúpite do tretej kabínky, ktorá funguje ako skener: počítač analyzuje kvantový stav vašich častíc, porovnáva ich so zapletenými a posiela tieto informácie do iného mesta. A tam sa odohráva opačný proces – a vaša presná kópia je znovu vytvorená zo zapletených častíc.

"Základné problémy vyriešené"

V praxi sú veci trochu komplikovanejšie. Faktom je, že v našom tele je asi 7 0000 miliárd atómov (po siedmych je 27 núl, teda sedem miliárd miliárd miliárd) - to je viac ako hviezd v pozorovateľnej časti vesmíru.

A koniec koncov je potrebné analyzovať a opísať nielen každú jednotlivú časticu, ale aj všetky súvislosti medzi nimi - koniec koncov, na novom mieste musia byť zhromaždené v ideálne správnom poradí.

Zhromažďovať a prenášať také množstvo informácií je takmer nemožné – aspoň na súčasnej úrovni technologického rozvoja. Kedy sa objavia počítače schopné spracovať takéto objemy dát, nie je známe. Teraz sa v každom prípade pracuje na zvyšovaní vzdialenosti medzi laboratóriami a nie na počte teleportovateľných častíc.

Preto sa mnohí vedci domnievajú, že sen o teleportácii človeka je len ťažko realizovateľný. Hoci napríklad profesor na New York City College a známy popularizátor vedy Michio Kaku je presvedčený, že teleportácia sa stane realitou do konca 21. storočia – a možno aj o 50 rokov neskôr. Bez vymenovania konkrétnych dátumov s ním niektorí iní odborníci vo všeobecnosti súhlasia.

"Toto je otázka zlepšovania technológie, zlepšovania kvality. Povedal by som však, že základné otázky sú vyriešené - a už neexistujú žiadne hranice dokonalosti," hovorí Eugene Polzik, profesor Inštitútu Nielsa Bohra na Kodanskej univerzite.

Cestou sa však vynára množstvo ďalších otázok. Bude napríklad „moja kópia“získaná v dôsledku takejto teleportácie skutočným ja? Bude myslieť rovnakým spôsobom, mať rovnaké spomienky? Koniec koncov, ako už bolo spomenuté, originál odoslanej položky je zničený v dôsledku kvantovej analýzy.

„Pre kvantovú teleportáciu je zničenie teleportovateľného objektu v tomto procese absolútne nevyhnutné a nevyhnutné,“potvrdzuje Edward Farhi, ktorý v rokoch 2004 až 2016 viedol Centrum pre teoretickú fyziku na MIT a teraz pracuje v Google. „Myslím, že by ste premeniť na zhluk neutrónov, protónov a elektrónov. Nevyzerali by ste najlepšie."

Na druhej strane, z čisto materialistického hľadiska nás neurčujú častice, z ktorých sme stvorení, ale ich stav – a táto informácia sa podľa vedcov prenáša mimoriadne presne.

Chcel by som veriť, že je to tak. A že sen ľudstva o teleportácii sa nepremení na skutočnosť v slávnom horore, kde si hlavná postava nevšimla, ako mu do teleportačnej kabíny náhodou vletela mucha…