Kvantni svijet često je suprotan zdravom razumu. Nobelovac Richard Feynman je jednom rekao: "Mislim da mogu sa sigurnošću reći da nitko ne razumije kvantnu mehaniku." Kvantna teleportacija samo je jedan od onih čudnih i naizgled nelogičnih pojava.
U 2017. godini, istraživači iz Kine teleportirali su objekt u svemir. To nije bio čovjek, niti pas, niti molekula. Bio je to foton. Ili bolje rečeno, informacije koje opisuju određeni foton. Ali zašto se to zove teleportacija?
Suština je da kvantna teleportacija nema previše veze s teleportacijom kao takvom. Umjesto toga, stvar je stvaranja interneta koji ne može biti hakiran. No prije nego što se izravno pozabavimo ovim pitanjem, razgovarajmo o paradoksu.
Sjajni fizičar i autor posebnih i općih teorija relativnosti, Albert Einstein, smatrao je kvantnu mehaniku nedostatkom teorije. 1935. godine zajedno s fizičarima Borisom Podolskim i Nathanom Rosenom napisao je članak u kojem je definirao paradoks koji dovodi u sumnju gotovo sve što je povezano s kvantnom mehanikom - paradoks EPR-a.
Kvantna mehanika je znanost o najmanjim aspektima svemira: atomima, elektronima, kvarkovima, fotonima i tako dalje. Ona otkriva paradoksalne i ponekad oprečne aspekte fizičke stvarnosti. Jedan takav aspekt je činjenica da mjerenjem čestice, "mijenjate" je. Taj je fenomen na kraju nazvan efekt promatrača: čin mjerenja fenomena nepopravljivo utječe na njega.
Shematski opis eksperimentalnog uređaja za teleportaciju fotona u svemir / Kineska akademija znanosti.
Često, za promatranje atoma, sjajimo na njemu. Fotoni ovog svjetla uzajamno djeluju s česticom, utječući tako na njegov položaj, moment uglova, centrifugiranje ili druge karakteristike. U kvantnom svijetu, korištenje fotona za promatranje atoma slično je korištenju kuglica za kuglanje za prebrojavanje igara na kraju kuglane. Kao rezultat toga, nemoguće je točno znati sva svojstva čestice, budući da u svom istraživanju promatrač utječe na rezultat.
Učinak promatrača često se miješa s idejom da svijest može na neki način utjecati ili čak stvoriti stvarnost. U stvari, u tom učinku nema ništa natprirodno jer za to uopće nije potrebna svijest.
Promotivni video:
Fotoni koji se sudaraju s atomom proizvode isti učinak promatrača bez obzira na to kreću li se prema njemu zbog djelovanja sa strane ljudske svijesti ili ne. U ovom slučaju "promatrati" je jednostavno interakcija.
Ne možemo biti vanjski promatrači. U kvantnim sustavima osoba uvijek sudjeluje aktivno, zamaglivši rezultate.
Upravo to nije volio Albert Einstein. Za njega je ta svojstvena dvosmislenost ukazivala na nepotpunost u kvantnoj mehanici koju je bilo potrebno eliminirati. Znanstvenik je vjerovao da stvarnost ne može biti tako nepouzdana. Upravo se na to odnosi njegova poznata fraza: "Bog se ne igra kockicama sa Svemirom."
I ništa više nije naglasilo slabost kvantne mehanike nego paradoks kvantnog zapletanja.
Često se na kvantnoj skali čestice mogu povezati na takav način da mjerenje svojstava jedne čestice trenutno utječe na drugu, bez obzira koliko one bile udaljene. Ovo je kvantno zapletanje.
Prema Einsteinovoj teoriji relativnosti, ništa ne može putovati brže od svjetlosti. Međutim, čini se da kvantno miješanje krši to pravilo. Ako je jedna čestica zamršena s drugom, a svaka moguća promjena koja se dogodi s jednom od njih utječe na drugu, tada mora postojati neka vrsta veze između njih. Inače, kako mogu utjecati jedni na druge? Ali ako se to dogodi odmah, unatoč udaljenostima, ta se veza mora dogoditi brže od brzine svjetlosti - otuda i sam EPR paradoks.
Ako pokušate izmjeriti kroz koji prorez prolazi elektron tijekom eksperimenta s dvije proreze, nećete dobiti obrazac interferencije. Umjesto toga, elektroni se neće ponašati poput valova, već poput "klasičnih" čestica.
Einstein je ovaj fenomen nazvao "sablasnim djelovanjem na daljinu." Čitavo polje kvantne mehanike činilo mu se tako labavim kao što se pretpostavljalo kvantno miješanje. Sve do kraja života fizičar je bezuspješno pokušavao "zakrpiti" teoriju, ali od toga nije ništa. Jednostavno se nije moglo popraviti.
Nakon Einsteinove smrti više puta je dokazano da je kvantna mehanika ispravna i da djeluje, čak i ako je često u suprotnosti sa zdravim razumom. Znanstvenici su potvrdili da je paradoks kvantnog zapleta stvarni fenomen, i općenito nije paradoks. Unatoč činjenici da se zamrljanje događa odmah, nijedna se informacija ne može prenijeti između čestica brže od brzine svjetlosti.
Kako se sve to odnosi na kvantnu teleportaciju? Vratimo se našoj temi. Činjenica je da se na ovaj način informacije još uvijek mogu prenijeti. Upravo su to istraživači iz Kine učinili 2017. godine. Iako se naziva "teleportacija", u stvari su znanstvenici izvršili prijenos informacija između dva zapletena fotona.
Kad se laserski snop usmjeri kroz poseban kristal, fotoni koje emituju isprepliću se. Pa kad se jedan foton mjeri u zapletenom paru, stanje drugog se odmah zna. Ako koristite njihova kvantna stanja kao nosač signala, tada se informacije mogu prenijeti između dva fotona. To se već radilo u laboratorijima širom svijeta, ali nikada se dosad taj proces nije odvijao na takvoj udaljenosti.
Kineski istraživači poslali su zapleteni foton na satelit 1.400 kilometara iznad Zemlje. Zatim su zaplenili foton koji je ostao na planeti s trećim fotonom, što mu je omogućilo da pošalje svoje kvantno stanje fotonu na satelitu, čime je učinkovito kopirao treći foton u orbitu. Međutim, treći foton fizički nije prebačen na satelit. Preneseni su i obnovljeni samo podaci o njegovom kvantnom stanju.
Dakle, to nije bila teleportacija u stilu Star Trek-a. No najveći proboj u ovom eksperimentu nije bila teleportacija, već komunikacija.
Kvantni Internet koji se temelji na zapetljanim česticama bilo bi gotovo nemoguće hakirati. I sve zahvaljujući efektu promatrača.
Ako netko pokuša presresti jedan od tih kvantnih prijenosa, u biti će to biti pokušaj promatranja čestice koja će je - kao što već znamo - promijeniti. Ugroženi prijenos bio bi odmah vidljiv jer bi se čestice prestale zapetljavati ili bi prijenos bio potpuno uništen.
Quantum Internet bio bi gotovo 100% sigurna komunikacijska mreža. Bez pristupa zapletenim česticama nitko ga ne bi mogao hakirati. A kad bi netko dobio pristup jednoj od zapletenih čestica, odmah bi je primijetio, jer bi čestica nestala, što znači da bi Internet prestao raditi. Ovo može biti korisnije od fotofonskog teleportacijskog uređaja.
Istraživači su morali napraviti više od milijun pokušaja da se uspješno uplete u nešto više od 900 čestica. Budući da fotoni moraju proći kroz našu atmosferu, postoji velika vjerojatnost da će komunicirati s drugim česticama, pa će ih se "promatrati", eliminirajući zapetljavanje i dovršavajući prijenos.
Kvantna teleportacija gubi sve podatke o originalnoj čestici, ali stvara identičnu kopiju na drugom kraju / & kopiju; Jim Al-Khalili / Tijekom kvantne teleportacije sve se informacije o izvornoj čestici gube, ali identičan primjerak stvara se na drugom kraju / Jim Al-Khalili.
Hoćemo li jednog dana - negdje u dalekoj budućnosti - koristiti istu tehniku za teleportiranje velikih predmeta ili čak ljudi? Teoretski, da. To bi zapletlo svaku česticu u tijelu s istim brojem čestica na odredištu. Svako stanje i položaj svih vaših čestica trebat će skenirati i prenijeti na drugo mjesto. Čestice koje čekaju će se upetljati i prihvatiti prenesenu informaciju, odmah poprimajući stanje identično izvornim česticama. To je u osnovi ista stvar koja se dogodila fotonima u kineskom eksperimentu. Jedina je razlika što se radi o svakoj čestici u vašem tijelu.
Ipak, ne biste trebali biti prezadovoljni. Teleportacija je također podložna promatračkom efektu. Proces skeniranja koji mjeri sve vaše čestice odmah bi ih promijenio. Moguće je da su vam promjene bile neugodne, pretvorili biste se u neprepoznatljiv kvantni mulj. Prestali biste postojati u izvornoj točki i pojavili bi se na drugom - potpuno istom, ali s novim nizom čestica. No, ostajete li vi sami ili ne, potpuno je drugo pitanje.
Vladimir Guillen