Luna trecută, au avut loc două evoluții interesante în domeniul tehnologiei cuantice: oamenii de știință chinezi au teleportat fotonii de lumină de la o stație terestră la un satelit spațial și a avut loc la Moscova o conferință anuală de experți în fizică cuantică. Business Insider a reușit să-l surprindă pe dr. Eugene Polzik de la Institutul Niels Bohr, unul dintre cei mai importanți experți în teleportarea cuantică, și l-a întrebat cu privire la o varietate de întrebări, inclusiv la succesul remarcabil al colegilor săi chinezi.
„Teleportările de acest fel au fost efectuate în condiții de laborator începând cu 1997, dar oamenii de știință chinezi au reușit să obțină acest efect tehnologic uimitor la distanță mare”, a spus Polzik.
În 2012, o echipă de oameni de știință europeni a teleportat cu succes fotoni între cele două insule Canare. Distanța dintre dispozitivele de transmisie și recepție a fost de 141 de kilometri. Cercetătorii chinezi au reușit să bată acest record în iulie, când au teleportat cu succes fotoni pe o distanță de 500 de kilometri.
Am visat mult timp la o astfel de tehnologie de la Star Trek, deși intuiția noastră a spus întotdeauna că teleportarea este practic imposibilă. Cu toate acestea, fizica lumii noastre reale, în care trăim în fiecare zi, seamănă puțin cu fizica lumii cuantice. Aici, legile unei pietre care cad de pe o stâncă și care guvernează electronii și fotonii individuali ai luminii sunt complet diferite de ceea ce suntem obișnuiți să vedem. Prin urmare, într-o lume atât de bizară, aproape totul este posibil, inclusiv teleportarea. Cum să înțelegeți toate acestea? Începem cu încurcarea cuantică.
Ce este încurcarea cuantică?
Uneori, două particule cuantice se dovedesc a fi legate în oglindă. Orice s-ar întâmpla cu una dintre aceste particule, la fel se va întâmpla și cu cealaltă. Chiar dacă sunt separate de distanțe mari. Sunt încă două obiecte separate, dar sunt identice în toate. Când două particule își împărtășesc stările, astfel de particule se numesc încurcate.
„Să presupunem că am creat o pereche de fotoni încurcați”, explică Polzik.
Video promotional:
„Păstrez unul și îl trimit pe celălalt cu un laser către un satelit spațial care orbitează, sperând că fotonul va ajunge la destinație. Teleportarea poate fi considerată reușită numai atunci când starea de legătură cu doi fotoni este separată între stațiile de transmisie și de recepție."
Principala dificultate tehnică a procesului de teleportare este transferul unui foton la o anumită distanță de particula partenerului încurcat. În cazul experimentului chinez, un foton se afla într-un laborator de pe Pământ, iar al doilea a fost trimis cu succes către un satelit care orbitează. Schimbările care au avut loc cu fotonul de pe Pământ ca parte a manipulărilor oamenilor de știință au afectat și fotonul din spațiu - aceasta este teleportarea cuantică în forma sa cea mai pură.
Cum să înțelegem dacă satelitul a primit fotonul dorit și nu o particulă aleatorie de lumină?
Acest lucru este relativ ușor de realizat datorită unui proces numit filtrare spectrală. Permite oamenilor de știință să identifice și să urmărească fotonii individuali de lumină, etichetându-i cu un număr unic de identificare.
„Știți frecvența fotonului pe care îl trimiteți, știți direcționalitatea acestuia. Satelitul vizează sursa de expediere situată pe Pământ. Dacă aveți echipamente optice foarte bune pe ambele părți, atunci această optică vede doar sursa și nimic altceva”, continuă Polzik.
Metoda de filtrare spectrală este indiferentă la „zgomot” sub forma altor fotoni. De exemplu, în același experiment din Insulele Canare, transmisia a fost efectuată sub un cer senin și senin.
A existat un transfer de milioane de fotoni către satelit, dar doar 900 au ajuns la destinație. De ce?
Cu cât încercați mai departe să trimiteți fotonul încurcat, cu atât acest proces devine mai puțin eficient. Mai mult, atmosfera Pământului este în mișcare constantă, astfel încât pierderea fotonilor în drumul lor în spațiul cosmic este ușoară.
„Chiar dacă nu a existat atmosferă, trebuie totuși să focalizați fasciculul de lumină, astfel încât să fie direcționat către satelit. Dacă străluciți un indicator laser pe palmă, punctul de lumină va fi mic, dar dacă pur și simplu scoateți laserul, iar punctul devine mai mare - aceasta este legea difracției”, spune Polzik.
De la sol, este destul de dificil ca lumina să pătrundă în spațiu (către un receptor optic instalat pe un satelit care orbitează). Se distorsionează foarte mult, deci majoritatea fotonilor nu merg nicăieri.
„Teleportarea cu succes poate fi realizată doar într-o perioadă foarte scurtă de timp. Într-un sens general, acest lucru este foarte impracticabil, dar cu toate acestea, se pot găsi modalități de utilizare a acestei tehnologii”, continuă Polzik.
Teleportarea cuantică este o capacitate de transfer instant?
Nu chiar. Obiectele teleportabile nu dispar și reapar în altă parte. Oamenii de știință folosesc încurcarea pentru a transfera informații despre starea cuantică a unui foton la altul. Fără aceste informații, fotonul va trebui să acopere fizic întreaga distanță dintre emițător și receptor. Din nou, informațiile nu sunt transmise instantaneu. Acest lucru este posibil numai atunci când expeditorul măsoară starea cuantică a fotonului său, schimbând astfel starea fotonului la receptor. Din cauza încurcării cuantice, în esență un foton „devine” un alt foton.
Deci, la ce servește toate acestea?
Teleportarea cuantică este capabilă să demonstreze conceptul posibilității de a crea o rețea mondială de comunicații ultra-sigură. La fel ca o cheie care deschide o blocare, un mesaj transmis printr-o rețea cuantică va ajunge doar la destinatarul care posedă fotonul încurcat corect, ceea ce va permite ca acest mesaj să fie primit și citit.
Albert Einstein a numit odată încurcătura cuantică „acțiune înfricoșătoare pe termen lung”, dar această acțiune pe termen lung este componenta fundamentală care face ca totul să funcționeze. Și într-o zi, el va putea deveni, în viitor, motorul comunicării noastre sigure.
Nikolay Khizhnyak
