A múlt hónapban két érdekes fejlemény zajlott le egyszerre a kvantumtechnika területén: kínai tudósok fény fotonokat teleportáltak a földi állomástól egy űrhajózási műholdig, és Moszkvában évente konferenciát tartottak a kvantumfizika vezető szakértői közül. A Business Insider elfoghatta Dr. Eugene Polzikot, a Niels Bohr Intézet munkatársait, a kvantumteleportálás egyik vezető szakértőjét, és számos kérdésben faggatta, többek között kínai kollégáinak kiemelkedő sikerein.
"Az ilyen típusú teleportálások laboratóriumi körülmények között 1997 óta zajlanak, de a kínai tudósoknak nagy távolságban sikerült elérniük ezt a csodálatos technológiai hatást" - mondta Polzik.
2012-ben egy európai tudóscsoport sikeresen teleportált fotonokat a két Kanári-sziget között. Az adó és vevő eszközök közötti távolság 141 kilométer volt. Kínai kutatóknak sikerült megdönteni ezt a rekordot júliusban, amikor sikeresen teleportálták a fotonokat 500 kilométeres távolságon.
Régóta álmodtunk egy ilyen technológiáról a Star Trek-től, bár intuíciónk mindig azt mondta, hogy a teleportálás elvileg lehetetlen. Valódi világunk fizikája, amelyben mindennap élünk, kevéssé hasonlít a kvantumvilág fizikájára. Itt egy sziklafalról leeső kő és az irányító elektronok és az egyes fényfotonok törvényei teljesen eltérnek attól, amit megszoktunk látni. Ezért egy ilyen bizarr világban szinte minden lehetséges, beleértve a teleportálást is. Hogyan lehet mindezt megérteni? A kiindulás helye a kvantumos összefonódás.
Mi a kvantum összefonódása?
Néha kiderül, hogy két kvantumrészecske tükörhöz kötött. Bármi is történik ezen részecskék egyikével, ugyanez történik a másikkal is. Még akkor is, ha nagy távolságok választják el őket. Még mindig két különálló tárgy, de mindenben azonosak. Amikor két részecske megosztja egymással az állapotát, akkor az ilyen részecskéket összefonódásnak nevezik.
"Tegyük fel, hogy létrehoztam egy összefonódott fotont" - magyarázza Polzik.
Promóciós videó:
- Az egyiket megtartom, a másikat lézerrel elküldöm egy keringő űrhajós műholdra, remélve, hogy a foton eléri a célját. A teleportálás csak akkor tekinthető sikeresnek, ha a kétfoton összefonódási állapot el van választva az adó és a vevő állomás között."
A teleportációs folyamat fő technikai nehézsége abban rejlik, hogy a foton egy bizonyos távolságra kerül az összefonódott partnerrészecskétől. A kínai kísérlet esetében az egyik foton a Föld laboratóriumában volt, a másodikat sikeresen elküldték egy keringő műholdnak. A Földön a fotonnal a tudósok manipulációinak részeként bekövetkezett változások a fotont is befolyásolták az űrben - ez a kvantumteleportáció a legtisztább formájában.
Hogyan lehet megérteni, hogy a műhold megkapta-e a kívánt fotont, és nem valami véletlenszerű fényrészecskét?
Ezt viszonylag könnyű megtenni a spektrális szűrésnek nevezett folyamatnak köszönhetően. Ez lehetővé teszi a tudósok számára, hogy azonosítsák és nyomon kövessék az egyes fényfotonokat, egyedi egyedi azonosító számmal ellátva őket.
„Ismeri a küldött foton frekvenciáját, ismeri annak irányultságát. A műhold a Földön található feladás forrására irányul. Ha mindkét oldalon nagyon jó optikai berendezéssel rendelkezik, akkor ezek az optikák csak a forrást látják, és semmi mást”- folytatja Polzik.
A spektrális szűrési módszer közömbös más fotonok formájában megjelenő „zaj” iránt. Például ugyanebben a kísérletben a Kanári-szigeteken az átvitelt tiszta, napos égbolt alatt hajtották végre.
Több millió fotont vittek át a műholdra, de csak 900 ért célba
Minél tovább próbálod elküldeni a kusza fotont, annál kevésbé lesz hatékony ez a folyamat. Sőt, a Föld légköre állandó mozgásban van, így a fotonok elvesztése a világűrbe vezető úton könnyű.
- Még ha nem is volt légkör, akkor is be kell fókuszálnia a fénysugarat, hogy az a műhold felé irányuljon. Ha lézermutatót ragyog a tenyerén, a fénypont kicsi lesz, de ha csak eltávolítja a lézert, és a pont nagyobb lesz - ez a diffrakció törvénye”- mondja Polzik.
A földtől a fénynek elég nehéz áttörnie az űrbe (egy keringő műholdra telepített optikai vevőhöz). Sokat torzít, ezért a fotonok többsége egyszerűen nem megy sehova.
„Sikeres teleportálás csak nagyon rövid idő alatt érhető el. Általános értelemben ez nagyon nem praktikus, de ennek ellenére megtalálhatók ennek a technológiának a felhasználási módjai”- folytatja Polzik.
A Quantum Teleportation azonnali adatátvitel?
Nem igazán. A teleportálható objektumok nem tűnnek el, majd valahol másutt jelennek meg. A tudósok összefonódás útján továbbítják az egyik foton kvantumállapotáról szóló információkat a másikba. Ezen információk nélkül a fotonnak fizikailag meg kell tennie az adó és a vevő közötti teljes távolságot. Ismét az információ továbbítása nem történik meg azonnal. Ez csak akkor lehetséges, ha a küldő megméri fotonja kvantumállapotát, ezáltal megváltoztatja a foton állapotát a vevőnél. A kvantumos összefonódás miatt lényegében az egyik foton "lesz" egy másik foton.
Tehát mire szolgál ez az egész?
A kvantumteleportálás képes bizonyítani az ultrabiztos világkommunikációs hálózat létrehozásának lehetőségét. A zárat nyitó kulcshoz hasonlóan a kvantumhálózaton keresztül továbbított üzenet is csak azt a címzettet éri el, akinek a helyesen összefonódott fotonja van, ami lehetővé teszi ennek az üzenetnek a fogadását és olvasását.
Albert Einstein egykor "kísérteties nagy hatótávolságú cselekvésnek" nevezte a kvantumos összefonódást, de ez a hosszú hatótávolságú cselekvés az alapvető összetevő, amely mindent működőképessé tesz. És egyszer a jövőben a biztonságos kommunikáció mozgatórugója lehet.
Nyikolaj Khizhnyak