Vsebina
- Teleportacijske korenine: kvantna fizika in mehanika
- Temeljno pravilo: Načelo negotovosti Heisenberga
- Spooky akcija na daljavo in Schrödingers Cat
- Kvantna teleportacija in znanstvena fantastika
- Kaj ima prihodnost za teleportacijo
Teleportacija je prenos snovi ali energije z ene lokacije na drugo, ne da bi nobena od njih prešla razdaljo v tradicionalnem fizičnem smislu. Ko je kapitan James T. Kirk iz TV serije in filmov "Star Trek" prvič povedal inženirju Starship Enterprisea, Montgomeryja "Scottyja" Scotta, da me je "spravil gor" leta 1967, so igralci malo vedeli, da je do leta 1993 znanstvenik IBM Charles H. Bennett in sodelavci bi predlagali znanstveno teorijo, ki je predlagala možnost teleportacije v resničnem življenju.
Do leta 1998 je teleportacija postala resničnost, ko so fiziki na kalifornijskem tehnološkem inštitutu kvantno teleportirali delček svetlobe z ene lokacije na drugo v laboratorij, ne da bi fizično prečkali razdaljo med obema lokacijama. Medtem ko obstajajo nekatere podobnosti med znanstveno fantastiko in znanstvenim dejstvom, se teleportacija v resničnem svetu močno razlikuje od izmišljenih korenin.
Teleportacijske korenine: kvantna fizika in mehanika
Veja znanosti, ki je leta 1998 pripeljala do prve teleportacije, izvira iz očeta kvantne mehanike, nemškega fizika Maksa Plancka. Njegovo delo v termodinamiki 1900 in 1905 ga je pripeljalo do odkritja različnih paketov energije, ki jih je imenoval "kvant". V svoji teoriji, zdaj znani kot Plancksova konstanta, je razvil formulo, ki opisuje, kako kvante na subatomski ravni delujejo tako kot delci kot valovi.
Številna pravila in načela kvantne mehanike na makroskopski ravni opisujejo ti dve vrsti pojavov: dvojni obstoj valov in delcev. Delci, ki so lokalizirane izkušnje, prenašajo tako maso kot energijo v gibanju. Valovi, ki predstavljajo delokalizirane dogodke, se širijo po vesolju in času, kot so svetlobni valovi v elektromagnetnem spektru, in med premikanjem nosijo energijo, ne pa mase. Na primer, kroglice na bazenski mizi - predmeti, ki se jih lahko dotaknete - se obnašajo kot delci, medtem ko se valovi na ribniku obnašajo kot valovi, kjer "ni nobenega prevoza vode: torej ni prevoza mase", piše Stephen Jenkins, profesor fizike na Univerzi v Exeterju v Veliki Britaniji
Temeljno pravilo: Načelo negotovosti Heisenberga
Eno temeljno pravilo vesolja, ki ga je leta 1927 razvil Werner Heisenberg, danes znano kot Heisenbergov princip negotovosti, pravi, da obstaja notranji dvom, povezan s poznavanjem natančne lokacije in potiska katerega koli posameznega delca. Bolj kot lahko izmerite enega od atributov delcev, na primer potiska, bolj nejasni bodo podatki o lokaciji delcev. Z drugimi besedami, načelo pravi, da ne morete vedeti obeh stanj delca hkrati, veliko manj poznate več stanj več delcev hkrati. Heisenbergsovo načelo negotovosti samo po sebi onemogoča zamisel o teleportaciji. Toda tu postaja kvantna mehanika čudna in to zaradi fizika Erwina Schrödingersa preučuje kvantno zapletanje.
Spooky akcija na daljavo in Schrödingers Cat
Če povzamemo z najpreprostejšimi pojmi, kvantno zapletanje, ki ga je Einstein imenoval "grozovito delovanje na daljavo", v bistvu pravi, da meritev enega zapletenega delca vpliva na meritev drugega zapletenega delca, tudi če je velika razdalja med obema delcema.
Schrödinger je ta pojav leta 1935 označil za "odmik od klasičnih misli" in ga objavil v dvodelnem prispevku, v katerem je teorijo poimenoval "Verschränkung", ali zapletanje. V tem dokumentu, v katerem je govoril tudi o svoji paradoksalni mački - obenem žive in mrtve, dokler opazovanje ni zrušilo obstoja stanja mačk, ki so v njem mrtve ali žive - je Schrödinger predlagal, da se ob zapletanju ali kvantiteti dva ločena kvantna sistema Povezana zaradi prejšnjega srečanja razlaga lastnosti enega kvantnega sistema ali stanja ni mogoča, če ne vključuje značilnosti drugega sistema, ne glede na prostorsko razdaljo med obema sistemoma.
Kvantno zapletanje je osnova kvantnih teleportacijskih eksperimentov, ki jih danes izvajajo znanstveniki.
Kvantna teleportacija in znanstvena fantastika
Teleportacija znanstvenikov se danes opira na kvantno zapletanje, tako da se to, kar se zgodi z enim delcem, zgodi z drugim v trenutku. Za razliko od znanstvene fantastike ne vključuje fizičnega skeniranja predmeta ali osebe in posredovanja na drugo lokacijo, ker je trenutno nemogoče ustvariti natančno kvantno kopijo originalnega predmeta ali osebe, ne da bi uničili izvirnik.
Namesto tega kvantna teleportacija predstavlja premikanje kvantnega stanja (kot informacije) iz enega atoma v drug atom preko velike razlike. Znanstvene ekipe z univerze v Michiganu in Skupnega inštituta za kvantiteto na Univerzi v Marylandu so leta 2009 poročale, da so uspešno zaključile ta konkretni eksperiment. V njihovem poskusu so se informacije iz enega atoma premaknile na drug meter narazen. Znanstveniki so med poskusom hranili vsak atom v ločenih zaprtih prostorih.
Kaj ima prihodnost za teleportacijo
Medtem ko ideja o prevozu osebe ali predmeta z Zemlje na oddaljeno lokacijo v vesolju zaenkrat ostaja v sferi znanstvene fantastike, ima kvantna teleportacija podatkov iz enega atoma v drugega potencial za uporabo na več prizoriščih: računalniki, kibernetska varnost , interneta in še več.
V bistvu bi lahko vsak sistem, ki temelji na prenosu podatkov z ene lokacije na drugo, videl, da se prenašanje podatkov dogaja veliko hitreje, kot si ljudje lahko začnejo predstavljati. Ko pride do kvantne teleportacije, če se podatki zaradi superpozicije premaknejo z ene lokacije na drugo brez prekinitve - podatki, ki obstajajo v dvojnem stanju obojega 0 in 1 v računalniškem binarnem sistemu, dokler meritev ne strni stanja v 0 ali 1 - se podatki premaknejo hitreje od hitrosti svetlobe. Ko se to zgodi, bo računalniška tehnologija doživela popolnoma novo revolucijo.