Prošlog mjeseca dogodila su se dva zanimljiva razvoja na polju kvantne tehnologije: kineski su znanstvenici teleportirali fotone svjetlosti sa zemaljske stanice na svemirski satelit, a u Moskvi je održana godišnja konferencija vodećih stručnjaka za kvantnu fiziku. Business Insider uspio je uhvatiti dr. Eugena Polzika s Instituta Niels Bohr, jednog od vodećih stručnjaka za kvantnu teleportaciju, i ispitivao ga o raznim pitanjima, uključujući izvanredan uspjeh njegovih kineskih kolega.
"Teleportacije ove vrste provode se u laboratorijskim uvjetima od 1997. godine, ali kineski su znanstvenici uspjeli postići ovaj nevjerojatan tehnološki učinak na velikoj udaljenosti", rekao je Polzik.
2012. godine tim europskih znanstvenika uspješno je teleportirao fotone između dva Kanarska otoka. Udaljenost između uređaja za odašiljanje i primanje iznosila je 141 kilometar. Kineski istraživači uspjeli su oboriti ovaj rekord u srpnju kada su uspješno teleportirali fotone na udaljenost od 500 kilometara.
Dugo smo sanjali o takvoj tehnologiji iz Zvjezdanih staza, iako je naša intuicija uvijek govorila da je teleportacija u osnovi nemoguća. Međutim, fizika našeg stvarnog svijeta, u kojem živimo svaki dan, malo podsjeća na fiziku kvantnog svijeta. Ovdje su zakoni pada kamena s lica litice i upravljanje elektronima i pojedinačnim fotonima svjetlosti potpuno različiti od onoga što smo navikli vidjeti. Stoga je u tako bizarnom svijetu gotovo sve moguće, uključujući i teleportaciju. Kako sve to razumjeti? Mjesto za početak je kvantna zapletenost.
Što je kvantno zapletanje?
Ponekad se pokaže da su dvije kvantne čestice povezane zrcalom. Što god da se dogodi jednoj od ovih čestica, isto će se dogoditi i drugoj. Čak i ako ih razdvaja velika udaljenost. Oni su još uvijek dva odvojena predmeta, ali su u svemu identični. Kad dvije čestice dijele svoja stanja, takve se čestice nazivaju upletene.
"Pretpostavimo da sam stvorio par zapletenih fotona", objašnjava Polzik.
Promotivni video:
“Jednu čuvam, a drugu šaljem laserom na svemirski svemirski satelit, nadajući se da će foton stići na odredište. Teleportacija se može smatrati uspješnom samo kada je stanje zapletenosti s dva fotona odvojeno između odašiljačke i prijemne stanice."
Glavna tehnička poteškoća postupka teleportacije leži u prijenosu fotona na određenu udaljenost od upletene partnerske čestice. U slučaju kineskog eksperimenta, jedan je foton bio u laboratoriju na Zemlji, a drugi je uspješno poslan na orbitirajući satelit. Promjene koje su se dogodile s fotonom na Zemlji u sklopu manipulacija znanstvenika utjecale su i na foton u svemiru - ovo je kvantna teleportacija u svom najčišćem obliku.
Kako razumjeti je li satelit primio željeni foton, a ne neku slučajnu česticu svjetlosti?
To je relativno lako učiniti zahvaljujući postupku koji se naziva spektralno filtriranje. Omogućuje znanstvenicima da identificiraju i prate pojedinačne fotone svjetlosti tako što ih označavaju jedinstvenim identifikacijskim brojem.
“Znate frekvenciju fotona koju šaljete, znate njegovu usmjerenost. Satelit je usmjeren na izvor otpreme smješten na Zemlji. Ako imate vrlo dobru optičku opremu s obje strane, onda ova optika vidi samo izvor i ništa drugo”, nastavlja Polzik.
Metoda spektralnog filtriranja ravnodušna je prema "šumu" u obliku drugih fotona. Na primjer, u istom eksperimentu na Kanarskim otocima, prijenos je izveden pod vedrim sunčanim nebom.
Došlo je do prijenosa milijuna fotona na satelit, ali samo je 900 stiglo na odredište. Zašto?
Što dalje pokušavate poslati zapleteni foton, taj postupak postaje manje učinkovit. Štoviše, Zemljina se atmosfera neprestano kreće, pa je gubljenje fotona na putu u svemir lako.
„Čak i ako nije bilo atmosfere, i dalje morate usmjeriti snop svjetlosti tako da bude usmjeren prema satelitu. Ako laserski pokazivač osvijetlite na dlan, svjetlosna točka bit će mala, ali ako samo uklonite laser, točka postaje veća - to je zakon difrakcije”, kaže Polzik.
S tla je prilično teško da se svjetlost probije u svemir (do optičkog prijemnika instaliranog na orbitirajućem satelitu). Puno iskrivljuje, pa većina fotona jednostavno nikamo ne ide.
“Uspješna teleportacija može se postići samo u vrlo kratkom vremenskom razdoblju. U općenitom smislu, ovo je vrlo nepraktično, ali unatoč tome, mogu se pronaći načini korištenja ove tehnologije,”nastavlja Polzik.
Je li Quantum Teleportacija trenutni prijenos podataka?
Ne baš. Teleportibilni predmeti ne nestaju, a zatim se ponovno pojavljuju negdje drugdje. Znanstvenici koriste zapletenost za prijenos informacija o kvantnom stanju jednog fotona u drugi. Bez ovih informacija foton će morati fizički pokriti cijelu udaljenost između odašiljača i prijamnika. Opet, informacije se ne prenose odmah. To je moguće samo kada pošiljatelj izmeri kvantno stanje svog fotona, mijenjajući time stanje fotona na prijamniku. Zbog kvantne zapletenosti, u osnovi jedan foton "postaje" drugi foton.
Pa čemu sve ovo služi?
Kvantna teleportacija može dokazati koncept mogućnosti stvaranja ultra sigurne svjetske komunikacijske mreže. Poput ključa koji otvara bravu, poruka prenesena kvantnom mrežom doći će samo do adresata koji posjeduje ispravno zapleteni foton, što će omogućiti primanje i čitanje ove poruke.
Albert Einstein jednom je nazvao kvantno zapletanje "sablasnim dugoročnim djelovanjem", ali to je dugotrajno djelovanje temeljna komponenta koja čini da sve funkcionira. I jednog će dana možda postati pokretač naše sigurne komunikacije u budućnosti.
Nikolay Khizhnyak
