Teleportācija ir vielas vai enerģijas pārnese no vienas vietas uz otru, nevienam no viņiem nešķērsojot attālumu tradicionālajā fiziskajā nozīmē. Kad kapteinis Džeimss T. Kirk no seriāla "Star Trek" un filmām vispirms pastāstīja Starship Enterprise inženierim Montgomerijam "Skotijs" Skots, lai 1967. gadā mani "izstarotu", aktieri maz zināja, ka līdz 1993. gadam IBM zinātnieks Charles H. Benets un viņa kolēģi ierosinās zinātnisku teoriju, kas ieteiks reālu teleportācijas iespēju.
Līdz 1998. gadam teleportācija kļuva par realitāti, kad Kalifornijas Tehnoloģiskā institūta fiziķi kvantu teleportēja a gaismas daļiņa no vienas laboratorijas vietas uz otru, fiziski nepārkāpjot attālumu starp abiem atrašanās vietas. Kaut arī zinātniskā fantastika un zinātnes fakti pastāv zināmā mērā, teleportācija reālajā pasaulē ievērojami atšķiras no tās izdomātajām saknēm.
Teleportācijas saknes: kvantu fizika un mehānika
Zinātnes nozare, kas noveda pie šīs pirmās teleportācijas 1998. gadā, sakņojas no kvantu mehānikas tēva, vācu fiziķa Maksa Planka. Viņa darbs 1900. un 1905. gadā termodinamikā ļāva viņam atklāt atšķirīgas enerģijas paketes, kuras viņš sauca par "kvantiem". Viņa teorijā tagad pazīstams kā Plancka konstante, viņš izstrādāja formulu, kas apraksta, kā kvanti subatomiskā līmenī darbojas gan kā daļiņas, gan kā viļņi.
Daudzi likumi un principi kvantu mehānikā makroskopiskā līmenī apraksta šos divus notikumu veidus: viļņu un daļiņu duālo esamību. Daļiņas, kas ir lokalizēta pieredze, kustībā nodod gan masu, gan enerģiju. Viļņi, kas attēlo delokalizētus notikumus, izplatās pa laiktelpu, piemēram, gaismas viļņi elektromagnētiskajā spektrā, un pārvietojoties tie nes enerģiju, bet ne masu. Piemēram, bumbiņas uz biljarda galda - objekti, kuriem varat pieskarties - izturas kā daļiņas, bet viļņi uz dīķa - kā viļņi, kur nav "ūdens neto transporta: līdz ar to neto masas transporta", raksta Stīvens Dženkinss, Ekseteras universitātes fizikas profesors. Lielbritānija
Pamatnoteikums: Heisenberga nenoteiktības princips
Viens Visuma pamatnoteikums, kuru Verners Heizenbergs izstrādāja 1927. gadā, tagad pazīstams kā Heizenberga nenoteiktība principā saka, ka pastāv būtiskas šaubas, kas saistītas ar jebkura indivīda precīzas atrašanās vietas un virziena zināšanu daļiņa. Jo vairāk jūs varat izmērīt kādu no daļiņas atribūtiem, piemēram, vilci, jo neskaidra kļūst informācija par daļiņas atrašanās vietu. Citiem vārdiem sakot, princips saka, ka jūs nevarat zināt abus daļiņas stāvokļus vienlaikus, vēl jo vairāk - zināt daudzu daļiņu vairākus stāvokļus vienlaikus. Heizenberga nenoteiktības princips pats par sevi padara teleportācijas ideju neiespējamu. Bet tieši šeit kvantu mehānika kļūst dīvaina, un tas ir saistīts ar fiziķa Ervina Šrēdingera kvantu sapīšanās pētījumu.
Spooky Action a Distance un Šrēdingera kaķis
Īsāk sakot, kvantu sapīšanās, ko Einšteins sauca par "spooky action a distance", būtībā saka, ka vienas sapinušās daļiņas mērīšana ietekmē otrās sapinušās daļiņas mērīšanu, pat ja starp abām ir liels attālums daļiņas.
Šrēdingers šo fenomenu 1935. gadā raksturoja kā "atkāpi no klasiskajām domu līnijām" un publicēja to divdaļīgā rakstā, kurā teoriju nosauca par "Verschränkung" jeb sajukumu. Šajā rakstā, kurā viņš runāja arī par savu paradoksālo kaķi - vienlaikus dzīvu un mirušu, līdz novērošana sabruka kaķa stāvokļa esamību vai nu miris, vai dzīvs - Šrēdingers ieteica, ka tad, kad divas atsevišķas kvantu sistēmas iepinās vai kvantiski sasaistīsies iepriekšējas sastapšanās dēļ, vienas kvantu sistēmas vai stāvokļa pazīmes nav iespējamas, ja tās neietver otras sistēmas īpašības, neatkarīgi no telpiskā attāluma starp abiem sistēmas.
Kvantu sapīšanās ir pamats kvantu teleportācijas eksperimentiem, ko šodien veic zinātnieki.
Kvantu teleportācija un zinātniskā fantastika
Mūsdienās zinātnieku teleportācija balstās uz kvantu sapīšanos, tā ka tas, kas notiek ar vienu daļiņu, notiek uzreiz ar otru. Atšķirībā no zinātniskās fantastikas tas nenozīmē objekta vai cilvēka fizisku skenēšanu un pārsūtīšanu uz citu vietu, jo pašlaik nav iespējams izveidot precīzu sākotnējā objekta vai personas kvantu kopiju, neiznīcinot oriģināls.
Tā vietā kvantu teleportācija apzīmē kvantu stāvokļa (piemēram, informācijas) pārvietošanu no viena atoma uz citu atomu ievērojamās atšķirībās. Mičiganas universitātes un Merilendas universitātes Apvienotā kvantu institūta zinātniskās komandas 2009. gadā ziņoja, ka veiksmīgi pabeidza šo konkrēto eksperimentu. Viņu eksperimentā informācija no viena atoma pārvietojās uz citu metru attālumā viens no otra. Eksperimenta laikā zinātnieki katru atomu turēja atsevišķos apvalkos.
Kas nākotnē būs teleportācijai
Kaut arī ideja par cilvēka vai priekšmeta transportēšanu no Zemes uz tālāku vietu kosmosā joprojām ir zinātniskās fantastikas jomā. Datu kvantu teleportēšana no viena atoma uz otru var izmantot vairākās arēnās: datoros, kiberdrošībā, internetā un vēl.
Būtībā jebkura sistēma, kas paļaujas uz datu pārsūtīšanu no vienas vietas uz otru, varētu redzēt, ka datu pārraide notiek daudz ātrāk, nekā cilvēki var iedomāties. Kad kvantu teleportācijas rezultātā dati pārvietojas no vienas vietas uz citu bez laika intervāla superpozīcijas dēļ - abos esošajos gan 0, gan 1 duālie stāvokļi datora binārā sistēmā, līdz mērījums sabrūk stāvoklī 0 vai 1 - dati pārvietojas ātrāk nekā gaisma. Kad tas notiks, datortehnoloģija piedzīvos pilnīgi jaunu revolūciju.