Minulý mesiac došlo v oblasti kvantovej technológie k dvom zaujímavým vývojom naraz: čínski vedci teleportovali fotóny svetla z pozemskej stanice na vesmírny satelit a v Moskve sa konala výročná konferencia popredných odborníkov na kvantovú fyziku. Business Insider dokázal zachytiť Dr. Eugena Polzika z Inštitútu Nielsa Bohra, jedného z popredných odborníkov na kvantovú teleportáciu, a pýtal sa ho na rôzne otázky vrátane vynikajúcich úspechov jeho čínskych kolegov.
"Teleportácie tohto druhu sa uskutočňujú v laboratórnych podmienkach od roku 1997, čínskym vedcom sa však podarilo dosiahnuť tento úžasný technologický efekt na veľkú vzdialenosť," uviedol Polzik.
V roku 2012 tím európskych vedcov úspešne teleportoval fotóny medzi dvoma Kanárskymi ostrovmi. Vzdialenosť medzi vysielajúcim a prijímajúcim zariadením bola 141 kilometrov. Čínskym vedcom sa tento rekord podarilo prekonať v júli, keď úspešne teleportovali fotóny na vzdialenosť 500 kilometrov.
O takejto technológii zo Star Treku sme už dlho snívali, aj keď naša intuícia vždy hovorila, že teleportácia je v zásade nemožná. Fyzika nášho skutočného sveta, v ktorom žijeme každý deň, sa však veľmi podobá fyzike kvantového sveta. Tu sú zákony padajúceho kameňa z útesu a riadiace elektróny a jednotlivé fotóny svetla úplne odlišné od toho, čo sme zvyknutí vidieť. Preto je v takom bizarnom svete možné takmer všetko, vrátane teleportácie. Ako to všetko pochopiť? Východiskom je kvantové zapletenie.
Čo je to kvantové zapletenie?
Niekedy sú dve kvantové častice zrkadlovo spojené. Čokoľvek sa stane jednej z týchto častíc, to isté sa stane druhej. Aj keď sú od seba vzdialené veľké vzdialenosti. Stále sú to dva samostatné objekty, ale vo všetkom sú totožné. Keď dve častice zdieľajú svoje stavy, tieto častice sa nazývajú zapletené.
"Predpokladám, že som vytvoril pár zapletených fotónov," vysvetľuje Polzik.
Propagačné video:
"Jeden si nechávam a druhý posielam laserom na orbitálny vesmírny satelit v nádeji, že fotón dorazí na miesto určenia." Teleportáciu možno považovať za úspešnú, iba ak je stav zapletenia dvoch fotónov oddelený od vysielacej a prijímacej stanice. “
Hlavná technická ťažkosť teleportačného procesu spočíva v prenose fotónu do určitej vzdialenosti od zapletenej partnerskej častice. V prípade čínskeho experimentu bol jeden fotón v laboratóriu na Zemi a druhý bol úspešne vyslaný na orbitálny satelit. Zmeny, ktoré nastali s fotónom na Zemi v rámci manipulácie vedcov, sa dotkli aj fotónu vo vesmíre - ide o kvantovú teleportáciu v najčistejšej podobe.
Ako pochopiť, či satelit prijal požadovaný fotón a nie nejakú náhodnú časticu svetla?
Toto je relatívne ľahké urobiť vďaka procesu nazývanému spektrálne filtrovanie. Vedcom umožňuje identifikovať a sledovať jednotlivé fotóny svetla tak, že ich označí jedinečným identifikačným číslom.
"Poznáš frekvenciu fotónu, ktorý vysielaš, poznáš jeho smerovosť." Družica je zameraná na zdroj odoslania umiestnený na Zemi. Ak máte veľmi dobré optické zariadenie na oboch stranách, potom táto optika vidí iba zdroj a nič iné, “pokračuje Polzik.
Metóda spektrálneho filtrovania je ľahostajná k „šumu“vo forme iných fotónov. Napríklad v rovnakom experimente na Kanárskych ostrovoch sa prenos uskutočňoval za jasnej slnečnej oblohy.
Došlo k prenosu miliónov fotónov na satelit, ale do cieľa sa dostalo iba 900. Prečo?
Čím ďalej sa pokúšate poslať zapletený fotón, tým je tento proces menej efektívny. Atmosféra Zeme je navyše v neustálom pohybe, takže strata fotónov na ceste do vesmíru je ľahká.
"Aj keď tu nebola atmosféra, stále je potrebné zamerať lúč svetla tak, aby smeroval k satelitu." Ak si na dlaň posvietite laserovým ukazovátkom, bod svetla bude malý, ale ak laser iba odstránite, bod sa zväčší - to je zákon difrakcie, “hovorí Polzik.
Zo zeme je pomerne ťažké preniknúť svetlom do vesmíru (k optickému prijímaču nainštalovanému na orbitálnej družici). Veľa skresľuje, takže väčšina fotónov nikam nevedie.
„Úspešnú teleportáciu je možné dosiahnuť iba vo veľmi krátkom čase. Vo všeobecnom ponímaní je to veľmi nepraktické, napriek tomu sa dajú nájsť spôsoby využitia tejto technológie, “pokračuje Polzik.
Je kvantová teleportácia schopnosťou okamžitého prenosu?
Nie naozaj. Teleportovateľné objekty nezmiznú a potom sa znova objavia niekde inde. Vedci používajú zapletenie na prenos informácií o kvantovom stave jedného fotónu do druhého. Bez tejto informácie bude musieť fotón fyzicky prekonať celú vzdialenosť medzi vysielačom a prijímačom. Informácie sa opäť neprenášajú okamžite. To je možné iba vtedy, keď odosielateľ zmeria kvantový stav svojho fotónu, čím zmení stav fotónu v prijímači. Kvôli kvantovému zapleteniu sa v podstate jeden fotón „stáva“ďalším fotónom.
Na čo to teda je?
Kvantová teleportácia je schopná dokázať koncepciu možnosti vytvorenia ultrarabej svetovej komunikačnej siete. Rovnako ako kľúč, ktorý otvára zámok, sa správa prenášaná cez kvantovú sieť dostane iba k adresátovi, ktorý vlastní správne zapletený fotón, čo umožní príjem a čítanie tejto správy.
Albert Einstein kedysi označil kvantové zapletenie za „strašidelnú akciu na diaľku“, ale táto akcia na diaľku je základnou zložkou, ktorá umožňuje fungovanie všetkého. A jedného dňa sa môže stať v budúcnosti hnacím motorom našej bezpečnej komunikácie.
Nikolay Khizhnyak