Kvantimaailma on usein vastoin järkeä. Nobel-palkinnon saaja Richard Feynman sanoi kerran: "Uskon, että voin turvallisesti sanoa, että kukaan ei ymmärrä kvantimekaniikkaa." Kvanttiteleportaatio on vain yksi niistä outoista ja näennäisesti epäloogisista ilmiöistä.
Vuonna 2017 kiinalaiset tutkijat teleportoivat esineen avaruuteen. Se ei ollut mies, ei koira tai edes molekyyli. Se oli fotoni. Tai pikemminkin tiettyä fotonia kuvaava tieto. Mutta miksi tätä kutsutaan teleportaatioksi?
Tärkeintä on, että kvantti-teleportaatiolla on vähän tekemistä teleportaation kanssa sinänsä. Pikemminkin on kyse Internetin luomisesta, jota ei voida hakkeroida. Mutta ennen kuin siirrymme suoraan tähän aiheeseen, puhutaan paradoksista.
Loistava fyysikko ja suhteellisuusteorioiden erityisten ja yleisten teorioiden kirjoittaja Albert Einstein piti kvantimekaniikkaa virheellisenä teoriana. Vuonna 1935 hän kirjoitti yhdessä fyysikkojen Boris Podolskyn ja Nathan Rosenin kanssa artikkelin, jossa hän määritteli paradoksin, joka asettaa kyseenalaiseksi melkein kaiken kvantimekaniikkaan liittyvän - EPR-paradoksin.
Kvanttimekaniikka on tiede maailmankaikkeuden pienimmistä näkökohdista: atomit, elektronit, kvarkit, fotonit ja niin edelleen. Se paljastaa fyysisen todellisuuden paradoksaaliset ja joskus ristiriitaiset näkökohdat. Yksi tällainen näkökohta on se, että mittaamalla hiukkanen "muutat" sitä. Tätä ilmiötä kutsuttiin lopulta tarkkailijan vaikutukseksi: ilmiön mittaustoimenpide vaikuttaa siihen korjaamattomasti.
Kaaviokuva kokeellisesta asennuksesta fotonin teleportoimiseksi avaruuteen / Kiinan tiedeakatemia.
Usein, kun tarkkailemme atomia, loistamme siitä. Tämän valon fotonit ovat vuorovaikutuksessa hiukkasen kanssa, vaikuttaen siten sen sijaintiin, kulman liikkeeseen, spiniin tai muihin ominaisuuksiin. Kvantimaailmassa fotonien käyttäminen atomin havaitsemiseksi on samanlainen kuin keilapallojen käyttäminen keilahaun päässä olevien tapien laskemiseen. Seurauksena on, että on mahdotonta tietää tarkalleen kaikkia hiukkasen ominaisuuksia, koska tarkkailija vaikuttaa sen tulokseen tutkittaessa sitä.
Tarkkailijavaikutus sekoitetaan usein ajatukseen, että tietoisuus voi jotenkin vaikuttaa tai jopa luoda todellisuutta. Itse asiassa tässä vaikutuksessa ei ole mitään yliluonnollista, koska se ei vaadi lainkaan tietoisuutta.
Mainosvideo:
Fotonit, jotka törmäävät atomin kanssa, tuottavat saman tarkkailijavaikutuksen riippumatta siitä, liikkuvatko sitä kohti ihmisten tietoisuuden puolella tapahtuvien toimien takia. Tässä tapauksessa "tarkkailla" tarkoitetaan vain vuorovaikutusta.
Emme voi olla ulkopuolisia tarkkailijoita. Kvanttijärjestelmissä henkilö osallistuu aina aktiivisesti, hämärtää tuloksia.
Juuri tästä Albert Einstein ei pitänyt. Hänelle tämä luontainen epäselvyys osoitti kvanttimekaniikan epätäydellisyyttä, joka oli poistettava. Tutkija uskoi, että todellisuus ei voi olla niin epäluotettava. Tätä juuri hänen kuuluisa lause viittaa: "Jumala ei pelaa noppaa maailmankaikkeuden kanssa".
Ja mikään ei ole korostanut kvantimekaniikan heikkoutta enemmän kuin kvantti-takertumisen paradoksi.
Joskus kvantiskaalassa hiukkaset voivat yhdistyä toisiinsa siten, että yhden hiukkasen ominaisuuksien mittaaminen vaikuttaa välittömästi toiseen, riippumatta siitä, kuinka kaukana toisistaan ne ovat. Tämä on kvantti-takertumista.
Einsteinin suhteellisuusteorian mukaan mikään ei voi kulkea valoa nopeammin. Kvanttinen takertuminen näytti kuitenkin rikkovan tätä sääntöä. Jos yksi hiukkas on takertunut toiseen ja mikä tahansa mahdollinen muutos, joka tapahtuu yhdessä niistä, vaikuttaa toiseen, silloin niiden välillä on oltava jonkinlainen yhteys. Muuten, miten he voivat vaikuttaa toisiinsa? Mutta jos tämä tapahtuu heti, etäisyyksistä huolimatta, tämän yhteyden on tapahduttava nopeammin kuin valonopeus - tästä syystä hyvin EPR-paradoksi.
Jos yrität mitata minkä raon läpi elektroni kulkee kokeilun aikana kahdella raolla, et saa häiriökuviota. Sen sijaan elektronit eivät käyttäytyy kuin aallot, vaan kuin "klassiset" hiukkaset.
Einstein kutsui tätä ilmiötä "kauhistuttavaksi toiminnaksi". Koko kvantimekaniikan kenttä näytti hänelle yhtä lievä kuin oletettu kvantti takertuminen. Elämänsä loppuun asti fyysikko yritti menestyksekkäästi "korjata" teoria, mutta siitä ei tullut mitään. Ei yksinkertaisesti ollut mitään korjattavaa.
Einsteinin kuoleman jälkeen todistettiin toistuvasti, että kvanttimekaniikka on oikein ja toimii, vaikka se olisi usein ristiriidassa terveen järjen kanssa. Tutkijat ovat vahvistaneet, että kvantti-takertumisparadoksi on todellinen ilmiö, eikä se yleensä ole paradoksi. Huolimatta siitä, että takertuminen tapahtuu välittömästi, mitään tietoa ei voida siirtää hiukkasten välillä valon nopeutta nopeammin.
Kuinka tämä kaikki liittyy kvanttiseen teleportaatioon? Palataan takaisin aiheeseen. Tosiasia on, että tällä tavalla tietoa voidaan edelleen siirtää. Tätä juuri Kiinan tutkijat tekivät vuonna 2017. Vaikka sitä kutsutaan "teleportaatioksi", tosiasiassa tutkijat ovat suorittaneet tiedonsiirron kahden takertuneen fotonin välillä.
Kun lasersäde ohjataan erityisen kiteen läpi, sen lähettämät fotonit takertuvat. Joten kun yksi fotoni mitataan takertuneessa parissa, toisen tila tunnetaan välittömästi. Jos käytät signaalikantajana niiden kvanttiloja, informaatiota voidaan siirtää kahden fotonin välillä. Tämä on tehty aiemmin laboratorioissa ympäri maailmaa, mutta koskaan aiemmin tätä prosessia ei ole tapahtunut niin kaukana.
Kiinalaiset tutkijat ovat lähettäneet takertuneen fotonin satelliittiin 1400 kilometriä maan yläpuolelle. Sitten he takeutuivat planeetalle jäävän fotonin kolmanteen fotoniin, jonka avulla se pystyi lähettämään kvantitilansa satelliitin fotoniin ja kopioimaan siten tehokkaasti kolmannen fotonin kiertoradalla. Kolmatta fotonia ei kuitenkaan fyysisesti siirretty satelliittiin. Vain tietoa sen kvanttilasta lähetettiin ja palautettiin.
Joten se ei ollut Star Trek -tyyppinen teleportaatio. Mutta suurin läpimurto tässä kokeilussa ei ollut teleportaatio, vaan viestintä.
Kietoutuneisiin hiukkasiin perustuvaa kvantti-Internetiä olisi lähes mahdotonta hakata. Ja kaikki kiitos tarkkailijavaikutuksesta.
Jos joku yrittää siepata yhden näistä kvanttisiirroista, se on käytännössä yritystä tarkkailla hiukkasta, joka - kuten jo tiedämme - muuttaa sen. Vaarannettu lähetys olisi heti nähtävissä, koska hiukkaset lakkaavat takertuneen tai siirto tuhoutuisi kokonaan.
Quantum Internet olisi lähes sataprosenttisesti turvallinen viestintäverkko. Ilman pääsyä takertuneisiin hiukkasiin kukaan ei pystynyt hakkeroimaan sitä. Ja jos joku pääsee käsiksi yhteen takertuneista hiukkasista, he huomaavat sen heti, koska hiukkaset katoavat, mikä tarkoittaa, että Internet lakkaa toimimasta. Näin se voi olla hyödyllisempi kuin fotonien teleportaatiolaite.
Tutkijoiden piti tehdä yli miljoona yritystä takertua menestyksekkäästi yli 900 hiukkasta. Koska fotonien on läpäistävä ilmakehämme läpi, on erittäin todennäköistä, että ne ovat vuorovaikutuksessa muiden hiukkasten kanssa, joten niitä "tarkkaillaan", poistaen takertuminen ja loppuun saattaminen.
Quantum-teleportaatio menettää kaikki tiedot alkuperäisestä hiukkasesta, mutta luo samanlaisen kopion toiseen päähän / & copy; Jim Al-Khalili / Quantum-teleportaatio menettää kaikki tiedot alkuperäisestä hiukkasesta, mutta luo samanlaisen kopion toiseen päähän / Jim Al-Khalili.
Käytämmekö jonain päivänä - kaukaisessa tulevaisuudessa - samaa tekniikkaa suurten esineiden tai jopa ihmisten teleportoimiseksi? Teoriassa kyllä. Tämä takertuisi kehon kaikki hiukkaset samalla määrällä partikkeleita määräpaikassa. Kaikkien partikkeliesi tila ja sijainti on skannattava ja siirrettävä toiseen sijaintiin. Odottavat hiukkaset takertuvat ja hyväksyvät heille välitetyn tiedon olettaen heti, että alkuperäisten hiukkasten kanssa identtinen tila. Tämä on pohjimmiltaan sama asia, joka tapahtui fotoneille kiinalaisessa kokeessa. Ainoa ero on, että se koskee kaikkia kehosi hiukkasia.
Sinun ei kuitenkaan pitäisi olla iloinen. Teleportointi on myös tarkkailijan vaikutuksen alainen. Skannausprosessi, joka mittaa kaikki hiukkasesi, muuttaisi heti kaikki. On mahdollista, että muutokset olivat epämiellyttäviä sinulle, muuttuit tunnistamattomaksi kvanttilimeksi. Sinun lakkaa olemasta alkuperäisessä kohdassa ja esiintyy toisessa - täsmälleen samassa, mutta uudella hiukkassarjalla. Mutta pysytkö itsesi vai ei, on täysin erilainen kysymys.
Vladimir Guillen