Teleportering är överföring av materia eller energi från en plats till en annan utan att någon av dem korsar avståndet i traditionell fysisk mening. När kapten James T. Kirk från "Star Trek" TV-serier och filmer berättade först för Starship Enterprise ingenjör, Montgomery "Scotty" Scott för att "stråla mig" 1967, lite visste skådespelarna att 1993, IBM-forskare Charles H. Bennett och kollegor skulle föreslå en vetenskaplig teori som föreslog den verkliga möjligheten till teleportering.
År 1998 blev teleportering verklighet när fysiker vid California Institute of Technology kvant-teleporterade a ljuspartikel från en plats till en annan i ett laboratorium utan att den fysiskt korsar avståndet mellan de två platser. Medan vissa likheter existerar mellan science fiction och science fact skiljer sig teleporteringen i den verkliga världen mycket från dess fiktiva rötter.
Teleporteringsrötter: kvantfysik och mekanik
Den vetenskapsgren som ledde till den första teleporteringen 1998 får sina rötter från kvantmekanikens far, den tyska fysikern Max Planck. Hans arbete 1900 och 1905 inom termodynamik ledde honom till upptäckten av distinkta energipaket som han kallade "quanta". I hans teori, nu känd som Plancks konstant, utvecklade han en formel som beskriver hur kvantiteter, på en subatomär nivå, fungerar som både partiklar och vågor.
Många regler och principer i kvantmekanik på makroskopisk nivå beskriver dessa två typer av händelser: den dubbla existensen av vågor och partiklar. Partiklar, som är lokala erfarenheter, förmedlar både massa och energi i rörelse. Vågor, som representerar avlokaliserade händelser, sprids över rymdtid, såsom ljusvågor i det elektromagnetiska spektrumet, och bär energi men inte massa när de rör sig. Till exempel, bollarna på ett biljardbord - föremål som du kan röra vid - beter sig som partiklar, medan krusningar på en damm beter sig som vågor där det finns "ingen nettotransport av vatten: därmed ingen nettotransport av massa", skriver Stephen Jenkins, fysikprofessor vid University of Exeter i STORBRITANNIEN.
Grundläggande regel: Heisenbergs osäkerhetsprincip
En grundläggande regel i universum, utvecklad av Werner Heisenberg 1927, nu känd som Heisenbergs osäkerhet princip, säger att det finns ett inneboende tvivel kopplat till att veta vilken individs exakta läge och dragkraft partikel. Ju mer du kan mäta en av partikelns attribut, såsom tryck, desto mer oklar blir informationen om partikelns läge. Med andra ord säger principen att du inte kan känna till båda partiklarnas tillstånd samtidigt, och mycket mindre känna till flera tillstånds partiklar samtidigt. På egen hand gör Heisenbergs osäkerhetsprincip idéen om teleportering omöjlig. Men det är här kvantmekaniken blir konstig, och det beror på fysikern Erwin Schrödingers studie av kvantförstöring.
Spooky Action at a Distance och Schrödingers katt
När det sammanfattas i de enklaste termerna säger kvantförtrassling, som Einstein kallade "spöklik handling på avstånd", i huvudsak att mätning av en intrasslad partikel påverkar mätningen av den andra intrasslade partikeln även om det finns ett stort avstånd mellan de två partiklar.
Schrödinger beskrev detta fenomen 1935 som en "avvikelse från klassiska tankesätt" och publicerade det i en tvådelad uppsats där han kallade teorin "Verschränkung", eller intrassling. I det papperet, där han också talade om sin paradoxala katt - levande och död samtidigt tills observation kollapsade existensen av kattens tillstånd till att det var antingen död eller levande - Schrödinger föreslog att när två separata kvantsystem trasslar in eller kvantlänks på grund av ett tidigare möte, en förklaring till funktionerna i ett kvantsystem eller tillstånd är inte möjliga om det inte inkluderar egenskaperna hos det andra systemet, oavsett det rumsliga avståndet mellan de två system.
Kvanttrassel utgör grunden för kvantteleporteringsexperiment som forskare genomför idag.
Kvant teleportering och science fiction
Teleportering av forskare idag förlitar sig på kvantförtrassling, så att det som händer med en partikel händer direkt med den andra. Till skillnad från science fiction innebär det inte att fysiskt skanna ett objekt eller en person och överföra det till en annan plats, eftersom det för närvarande är omöjligt att skapa en exakt kvantkopia av det ursprungliga objektet eller personen utan att förstöra original.
Istället representerar kvantteleportering att flytta ett kvanttillstånd (som information) från en atom till en annan atom över en avsevärd skillnad. Vetenskapliga team från University of Michigan och Joint Quantum Institute vid University of Maryland rapporterade 2009 att de framgångsrikt genomfört just detta experiment. I deras experiment flyttade information från en atom till en annan en meter ifrån varandra. Forskare höll varje atom i separata höljen under experimentet.
Vad framtiden innehar för teleportering
Medan tanken på att transportera en person eller ett föremål från jorden till en avlägsen plats i rymden förblir inom science fiction för ögonblick har kvantteleportering av data från en atom till en annan potential för applikationer på flera arenor: datorer, cybersäkerhet, Internet och mer.
I grund och botten kan alla system som förlitar sig på att överföra data från en plats till en annan se dataöverföringar ske mycket snabbare än folk kan börja föreställa sig. När kvantteleportering resulterar i att data flyttar från en plats till en annan utan att någon tid förfaller på grund av superposition - finns data i båda de dubbla tillstånden för både 0 och 1 i en dators binära system tills mätningen kollapsar tillståndet till 0 eller 1 - data rör sig snabbare än hastigheten på ljus. När detta händer kommer datatekniken att genomgå en helt ny revolution.