Kvanteverden er ofte i modstrid med sund fornuft. Nobelprisvinderen Richard Feynman sagde engang: "Jeg tror, jeg med sikkerhed kan sige, at ingen forstår kvantemekanik." Kvanteteleportering er blot et af disse mærkelige og tilsyneladende ulogiske fænomener.
I 2017 teleporterede forskere fra Kina objektet i det ydre rum. Det var ikke en mand, ikke en hund eller endda et molekyle. Det var en foton. Eller rettere information, der beskriver en bestemt foton. Men hvorfor kaldes dette teleportering?
Bundlinjen er, at kvanteteleportering har lidt at gøre med teleportering som sådan. Det er snarere et spørgsmål om at oprette et internet, der ikke kan hackes. Men før vi går direkte til dette spørgsmål, lad os tale om et paradoks.
Den strålende fysiker og forfatter af specielle og generelle relativitetsteorier, Albert Einstein, anså kvantemekanik for at være en mangelfuld teori. I 1935 skrev han sammen med fysikerne Boris Podolsky og Nathan Rosen en artikel, hvor han definerede et paradoks, der rejser tvivl om næsten alt i relation til kvantemekanik - EPR-paradokset.
Kvantemekanik er videnskaben om de mindste aspekter af universet: atomer, elektroner, kvarker, fotoner og så videre. Det afslører paradoksale og til tider modstridende aspekter af den fysiske virkelighed. Et sådant aspekt er det faktum, at ved at måle en partikel "ændrer" du den. Dette fænomen blev til sidst kaldet observatørens virkning: handlingen med at måle et fænomen påvirker det uopretteligt.
Skematisk beskrivelse af en eksperimentel opsætning til teleportering af en foton i det ydre rum / China Academy of Sciences.
Ofte, for at observere et atom, skinner vi over det. Fotonerne i dette lys interagerer med partiklen og påvirker derved dens position, vinkelmoment, spin eller andre egenskaber. I kvanteverdenen er det at bruge fotoner til at observere et atom ligesom at bruge bowlingkugler til at tælle stifterne i slutningen af en bowlingbane. Som et resultat er det umuligt at kende nøjagtigt alle partiklernes egenskaber, da observatøren i processen med dens undersøgelse påvirker resultatet.
Observatøreffekten forveksles ofte med tanken om, at bevidsthed på en eller anden måde kan påvirke eller endda skabe virkelighed. Der er faktisk intet overnaturligt ved denne effekt, da den overhovedet ikke kræver bevidsthed.
Salgsfremmende video:
Fotoner, der kolliderer med et atom, producerer den samme observatøreffekt, uanset om de bevæger sig mod det på grund af handlinger fra den side af den menneskelige bevidsthed eller ej. I dette tilfælde er "observere" simpelthen at interagere.
Vi kan ikke være uden for observatører. I kvantesystemer tager en person altid en aktiv del og slører resultaterne.
Dette var netop, hvad Albert Einstein ikke kunne lide. For ham tydede denne iboende tvetydighed på en ufuldstændighed i kvantemekanikken, der skulle fjernes. Forskeren mente, at virkeligheden ikke kunne være så upålidelig. Dette er netop, hvad hans berømte sætning refererer til: "Gud spiller ikke terninger med universet."
Og intet har understreget kvantemekanikens svaghed mere end kvanteforviklingens paradoks.
Undertiden i kvanteskala kan partikler forbindes på en sådan måde, at måling af egenskaberne for en partikel øjeblikkeligt påvirker en anden, uanset hvor langt fra hinanden de er. Dette er kvanteforvikling.
I henhold til Einsteins relativitetsteori kan intet rejse hurtigere end lys. Imidlertid syntes kvanteforviklinger at bryde denne regel. Hvis den ene partikel er sammenfiltret med en anden, og enhver mulig ændring, der sker med den ene, påvirker den anden, skal der være en slags forbindelse mellem dem. Ellers, hvordan kan de påvirke hinanden? Men hvis dette øjeblikkeligt sker, på trods af afstandene, skal denne forbindelse ske hurtigere end lysets hastighed - derved selve EPR-paradokset.
Hvis du prøver at måle, gennem hvilket spalte en elektron passerer under et eksperiment med to spalter, får du ikke et interferensmønster. I stedet for opfører elektroner sig ikke som bølger, men som "klassiske" partikler.
Einstein kaldte dette fænomen "uhyggelig handling på afstand." Hele kvantemekanikkens felt virkede for ham lige så spinkelt som antaget kvanteforvikling. Indtil slutningen af sit liv forsøgte fysikeren uden held at "lappe" teorien, men intet kom ud af det. Der var ganske enkelt intet at rette.
Efter Einsteins død blev det gentagne gange bevist, at kvantemekanikken er korrekt og fungerer, selvom det ofte er i modstrid med sund fornuft. Videnskabsmænd har bekræftet, at kvanteforviklingens paradoks er et reelt fænomen, og generelt er det ikke et paradoks. På trods af det faktum, at sammenfiltring sker øjeblikkeligt, kan der ikke overføres information mellem partikler hurtigere end lysets hastighed.
Hvordan har det hele at gøre med kvanteteleportering? Lad os komme tilbage til vores emne. Faktum er, at på denne måde information stadig kan overføres. Dette er nøjagtigt, hvad forskere fra Kina gjorde i 2017. Selvom det kaldes "teleportering", har forskere faktisk udført overførslen af information mellem to sammenfiltrede fotoner.
Når en laserstråle ledes gennem en speciel krystal, sammenfiltreres de fotoner, der udsendes af den. Så når det ene foton måles i et sammenfiltret par, kendes tilstanden for den anden straks. Hvis du bruger deres kvantetilstand som en signalbærer, kan information overføres mellem to fotoner. Dette er blevet gjort før i laboratorier verden over, men aldrig før har denne proces fundet sted på en sådan afstand.
Kinesiske forskere har sendt en sammenfiltreret foton til en satellit 1.400 kilometer over Jorden. De sammenfiltrede derefter det tilbageværende foton på planeten med den tredje foton, som gjorde det muligt for den at sende sin kvantetilstand til fotonen på satellitten, hvorved de effektivt kopierede den tredje foton i kredsløb. Den tredje foton blev imidlertid ikke fysisk overført til satellitten. Kun information om dens kvantetilstand blev transmitteret og gendannet.
Så det var ikke Star Trek-teleportering. Men det største gennembrud i dette eksperiment var ikke teleportering, men kommunikation.
Et kvanteinternet baseret på sammenfiltrede partikler ville være næsten umuligt at hacke. Og alt takket være observatøreffekten.
Hvis nogen forsøger at opfange en af disse kvanteoverførsler, i det væsentlige, vil det være et forsøg på at observere partiklen, som - som vi allerede ved - vil ændre den. En kompromitteret transmission vil være umiddelbart synlig, da partiklerne ophører med at blive sammenfiltret eller transmissionen ville blive fuldstændigt ødelagt.
Quantum Internet ville være et næsten 100% sikkert kommunikationsnetværk. Uden adgang til sammenfiltrede partikler kunne ingen hacke det. Og hvis nogen fik adgang til en af de sammenfiltrede partikler, ville de straks bemærke det, da partiklen ville forsvinde, hvilket betyder, at Internettet ville stoppe med at fungere. Sådan kan det være mere nyttigt end en foton-teleporteringsenhed.
Forskere måtte gøre over en million forsøg på med succes at sammenfiltrere lidt over 900 partikler. Da fotoner skal passere gennem vores atmosfære, er der en stor sandsynlighed for, at de interagerer med andre partikler, derfor vil blive "observeret", hvilket eliminerer sammenfiltring og afslutter transmission.
Kvanteteleportering mister alle oplysninger om den originale partikel, men opretter en identisk kopi i den anden ende / & copy; Jim Al-Khalili / Under kvanteteleportering går alle oplysninger om den originale partikel tabt, men der oprettes en identisk kopi i den anden ende / Jim Al-Khalili.
Vil vi en dag - engang i den fjerne fremtid - bruge denne samme teknik til at teleportere store objekter eller endda mennesker? I teorien, ja. Dette vil sammenfiltrere hver partikel i kroppen med det samme antal partikler på destinationen. Hver tilstand og placering af alle dine partikler skal scannes og overføres til et andet sted. De ventende partikler vil blive sammenfiltret og acceptere den information, der er videregivet til dem, med det samme under forudsætning af, at den er identisk med de originale partikler. Dette er i det væsentlige den samme ting, der skete med fotoner i det kinesiske eksperiment. Den eneste forskel er, at det handler om hver partikel i din krop.
Du skal dog ikke være meget glad. Teleportering er også underlagt observatøreffekten. En scanningsproces, der måler alle dine partikler, ville øjeblikkeligt ændre dem alle. Det er muligt, at ændringerne var ubehagelige for dig, du ville blive til en ukendelig kvanteslime. Du ville ophøre med at eksistere på det oprindelige punkt og vises på et andet - nøjagtigt det samme, men med et nyt sæt partikler. Men om du forbliver dig selv eller ikke, er et helt andet spørgsmål.
Vladimir Guillen