Είναι δυνατή η τηλεμεταφορά στην πραγματική ζωή;

Η τηλεμεταφορά είναι η μεταφορά ύλης ή ενέργειας από τη μία τοποθεσία στην άλλη χωρίς καμία από αυτές να διασχίζει την απόσταση με την παραδοσιακή φυσική έννοια. Όταν ο καπετάνιος Τζέιμς Τ. Ο Kirk της τηλεοπτικής σειράς και των ταινιών "Star Trek" είπε για πρώτη φορά στον μηχανικό της Starship Enterprise, Montgomery "Scotty" Scott to "beam me up" το 1967, λίγοι οι ηθοποιοί γνώριζαν ότι μέχρι το 1993, επιστήμονας της IBM Κάρολος Η. Ο Bennett και οι συνεργάτες του θα πρότειναν μια επιστημονική θεωρία που πρότεινε την πραγματική δυνατότητα τηλεμεταφοράς.

Μέχρι το 1998, η τηλεμεταφορά έγινε πραγματικότητα όταν οι φυσικοί στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας κβαντομεταφέρονται α σωματίδιο φωτός από τη μια θέση στην άλλη σε ένα εργαστήριο χωρίς να διασχίζει φυσικά την απόσταση μεταξύ των δύο τοποθεσίες. Ενώ υπάρχουν κάποιες ομοιότητες μεταξύ της επιστημονικής φαντασίας και του επιστημονικού γεγονότος, η τηλεμεταφορά στον πραγματικό κόσμο διαφέρει πολύ από τις φανταστικές ρίζες της.

Ο κλάδος της επιστήμης που οδήγησε στην πρώτη τηλεμεταφορά το 1998 προέρχεται από τον πατέρα της κβαντικής μηχανικής, τον Γερμανό φυσικό Max Planck. Το έργο του το 1900 και το 1905 στη θερμοδυναμική τον οδήγησε στην ανακάλυψη διακριτών πακέτων ενέργειας που ονόμασε «κβάντα». Στη θεωρία του, τώρα γνωστή ως σταθερά του Planck, ανέπτυξε έναν τύπο που περιγράφει πώς τα κβάντα, σε υποατομικό επίπεδο, λειτουργούν τόσο ως σωματίδια όσο και κυματιστά.

Πολλοί κανόνες και αρχές στην κβαντική μηχανική σε μακροσκοπικό επίπεδο περιγράφουν αυτούς τους δύο τύπους συμβάντων: τη διπλή ύπαρξη κυμάτων και σωματιδίων. Τα σωματίδια, που είναι τοπικές εμπειρίες, μεταφέρουν τόσο τη μάζα όσο και την ενέργεια στην κίνηση. Τα κύματα, που αντιπροσωπεύουν μετεγκατεστημένα γεγονότα, εξαπλώνονται σε χωροχρόνο, όπως φως κύματα στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα και μεταφέρουν ενέργεια αλλά όχι μάζα καθώς κινούνται. Για παράδειγμα, οι μπάλες σε ένα τραπέζι μπιλιάρδου - αντικείμενα που μπορείτε να αγγίξετε - συμπεριφέρονται σαν σωματίδια, ενώ οι κυματισμοί σε μια λίμνη συμπεριφέρονται σαν κύματα όπου δεν υπάρχει "καθαρή μεταφορά νερού: άρα δεν υπάρχει καθαρή μεταφορά μάζας", γράφει ο Stephen Jenkins, καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Έξετερ στο ΗΝΩΜΕΝΟ ΒΑΣΙΛΕΙΟ.

Ένας θεμελιώδης κανόνας του σύμπαντος, που αναπτύχθηκε από τον Werner Heisenberg το 1927, τώρα γνωστός ως αβεβαιότητα του Heisenberg αρχή, λέει ότι υπάρχει μια εγγενής αμφιβολία που σχετίζεται με τη γνώση της ακριβούς θέσης και ώθησης οποιουδήποτε ατόμου σωματίδιο. Όσο περισσότερο μπορείτε να μετρήσετε ένα από τα χαρακτηριστικά του σωματιδίου, όπως η ώθηση, τόσο πιο ασαφείς γίνονται οι πληροφορίες σχετικά με τη θέση του σωματιδίου. Με άλλα λόγια, η αρχή λέει ότι δεν μπορείτε να γνωρίζετε και τις δύο καταστάσεις του σωματιδίου ταυτόχρονα, πολύ λιγότερο ξέρετε τις πολλαπλές καταστάσεις πολλών σωματιδίων ταυτόχρονα. Από μόνη της, η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg καθιστά αδύνατη την ιδέα της τηλεμεταφοράς. Αλλά εδώ είναι που η κβαντική μηχανική γίνεται παράξενη και οφείλεται στη μελέτη του φυσικού Erwin Schröderer για την κβαντική εμπλοκή.

Όταν συνοψίζεται με τους απλούστερους όρους, η κβαντική εμπλοκή, την οποία ο Αϊνστάιν ονόμασε «τρομακτική δράση από απόσταση», ουσιαστικά λέει ότι η μέτρηση ενός εμπλεγμένου σωματιδίου επηρεάζει τη μέτρηση του δεύτερου εμπλεγμένου σωματιδίου ακόμη και αν υπάρχει μεγάλη απόσταση μεταξύ των δύο σωματίδια.

Ο Schrödinger περιέγραψε αυτό το φαινόμενο το 1935 ως «απομάκρυνση από κλασικές γραμμές σκέψης» και το δημοσίευσε σε ένα διμερές έγγραφο στο οποίο ονόμασε τη θεωρία «Verschränkung» ή εμπλοκή. Σε αυτό το έγγραφο, στο οποίο μίλησε επίσης για την παράδοξη γάτα του - ζωντανή και νεκρή ταυτόχρονα έως ότου η παρατήρηση κατέρρευσε την ύπαρξη της κατάστασης της γάτας σε αυτήν είτε νεκρός είτε ζωντανός - ο Schrödinger πρότεινε ότι όταν δύο ξεχωριστά κβαντικά συστήματα μπλέκονται ή συνδέονται κβαντικά λόγω προηγούμενης συνάντησης, μια εξήγηση για τα χαρακτηριστικά ενός κβαντικού συστήματος ή κατάστασης δεν είναι δυνατά αν δεν περιλαμβάνει τα χαρακτηριστικά του άλλου συστήματος, ανεξάρτητα από τη χωρική απόσταση μεταξύ των δύο συστήματα.

Η κβαντική εμπλοκή αποτελεί τη βάση των πειραμάτων κβαντικής τηλεμεταφοράς που πραγματοποιούν σήμερα οι επιστήμονες.

Η τηλεμεταφορά από επιστήμονες σήμερα βασίζεται στην κβαντική εμπλοκή, έτσι ώστε αυτό που συμβαίνει σε ένα σωματίδιο να συμβαίνει στο άλλο αμέσως. Σε αντίθεση με την επιστημονική φαντασία, δεν περιλαμβάνει τη φυσική σάρωση ενός αντικειμένου ή ενός ατόμου και τη μετάδοσή του σε άλλη τοποθεσία, επειδή προς το παρόν είναι αδύνατο να δημιουργήσετε ένα ακριβές κβαντικό αντίγραφο του αρχικού αντικειμένου ή του ατόμου χωρίς να καταστρέψετε το πρωτότυπο.

Αντ 'αυτού, η κβαντική τηλεμεταφορά αντιπροσωπεύει τη μετακίνηση μιας κβαντικής κατάστασης (όπως πληροφορίες) από ένα άτομο σε διαφορετικό άτομο σε μια σημαντική διαφορά. Επιστημονικές ομάδες από το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν και το Κοινό Κβαντικό Ινστιτούτο στο Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ ανέφεραν το 2009 ότι ολοκλήρωσαν με επιτυχία αυτό το συγκεκριμένο πείραμα. Στο πείραμά τους, οι πληροφορίες από ένα άτομο μετακινήθηκαν σε ένα άλλο σε απόσταση ενός μέτρου. Οι επιστήμονες κράτησαν κάθε άτομο σε ξεχωριστά περιβλήματα κατά τη διάρκεια του πειράματος.

Ενώ η ιδέα της μεταφοράς ενός ατόμου ή ενός αντικειμένου από τη Γη σε μια μακρινή τοποθεσία στο διάστημα παραμένει στο πεδίο της επιστημονικής φαντασίας για στιγμή, η κβαντική τηλεμεταφορά δεδομένων από ένα άτομο σε άλλο έχει δυνατότητες για εφαρμογές σε πολλαπλούς χώρους: υπολογιστές, κυβερνοασφάλεια, Διαδίκτυο κι αλλα.

Βασικά, κάθε σύστημα που βασίζεται στη μετάδοση δεδομένων από τη μία τοποθεσία στην άλλη μπορεί να δει τη μετάδοση δεδομένων να γίνεται πολύ πιο γρήγορα από ό, τι οι άνθρωποι μπορούν να αρχίσουν να φαντάζονται. Όταν η κβαντική τηλεμεταφορά οδηγεί σε δεδομένα που μετακινούνται από τη μία θέση στην άλλη χωρίς καθυστέρηση λόγω της υπέρθεσης - τα δεδομένα που υπάρχουν και στα δύο οι διπλές καταστάσεις 0 και 1 στο δυαδικό σύστημα ενός υπολογιστή έως ότου η μέτρηση καταρρεύσει την κατάσταση σε 0 ή 1 - τα δεδομένα μετακινούνται πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φως. Όταν συμβεί αυτό, η τεχνολογία των υπολογιστών θα υποστεί μια εντελώς νέα επανάσταση.