Praėjusį mėnesį iškart įvyko du įdomūs įvykiai kvantinės technologijos srityje: Kinijos mokslininkai teleportavo šviesos fotonus iš antžeminės stoties į kosminį palydovą, o Maskvoje vyko kasmetinė svarbiausių kvantinės fizikos ekspertų konferencija. „Business Insider“pavyko užfiksuoti dr. Eugenijų Polziką iš Nielso Bohro instituto, vieną iš pirmaujančių kvantinės teleportacijos ekspertų, ir apklausė jį įvairiais klausimais, įskaitant išskirtinę Kinijos kolegų sėkmę.
"Tokios teleportacijos laboratorijos sąlygomis buvo vykdomos nuo 1997 m., Tačiau Kinijos mokslininkams pavyko pasiekti šį nuostabų technologinį efektą dideliu atstumu", - sakė Polzik.
2012 m. Europos mokslininkų komanda sėkmingai teleportavo fotonus tarp dviejų Kanarų salų. Atstumas tarp perdavimo ir priėmimo prietaisų buvo 141 kilometras. Kinų mokslininkams pavyko sumušti šį rekordą liepą, kai jie sėkmingai teleportavo fotonus 500 kilometrų atstumu.
Mes jau seniai svajojome apie tokią „Star Trek“technologiją, nors mūsų intuicija visada sakydavo, kad teleportuoti iš esmės neįmanoma. Tačiau mūsų realaus pasaulio, kuriame gyvename kiekvieną dieną, fizika mažai kuo primena kvantinio pasaulio fiziką. Čia nuo skardžio krintančio akmens ir valdančių elektronų bei atskirų šviesos fotonų dėsniai visiškai skiriasi nuo to, ką esame įpratę matyti. Todėl tokiame keistame pasaulyje įmanoma beveik viskas, įskaitant teleportaciją. Kaip visa tai suprasti? Pradėjimo vieta yra kvantinis susipynimas.
Kas yra kvantinis susipynimas?
Kartais dvi kvantinės dalelės pasirodo susijusios su veidrodžiu. Kad ir kas nutiktų vienai iš šių dalelių, tas pats nutiks ir kitoms. Net jei juos skiria dideli atstumai. Jie vis dar yra du atskiri objektai, tačiau jie yra identiški viskuo. Kai dvi dalelės dalijasi savo būsenomis tarpusavyje, tada tokios dalelės vadinamos susipynusiais.
"Tarkime, aš sukūriau susipynusių fotonų porą", - paaiškina Polzikas.
Reklaminis vaizdo įrašas:
„Vieną laikau, o kitą lazeriu siunčiu į orbitą skriejantį kosminį palydovą, tikėdamasis, kad fotonas pasieks tikslą. Teleportacija gali būti laikoma sėkminga tik tada, kai dviejų fotonų susipainiojimo būsena yra atskirta tarp siunčiančiosios ir priimančiosios stočių."
Pagrindinis techninis teleportacijos proceso sunkumas yra fotono perkėlimas į tam tikrą atstumą nuo susipynusios partnerio dalelės. Kinijos eksperimento atveju vienas fotonas buvo laboratorijoje Žemėje, o antrasis sėkmingai išsiųstas į orbitą skriejantį palydovą. Pokyčiai, įvykę dėl fotono Žemėje kaip mokslininkų manipuliavimo dalis, taip pat paveikė fotoną kosmose - tai gryniausia kvantinė teleportacija.
Kaip suprasti, ar palydovas gavo norimą fotoną, o ne kokią nors atsitiktinę šviesos dalelę?
Tai palyginti lengva padaryti dėl proceso, vadinamo spektriniu filtravimu. Tai leidžia mokslininkams nustatyti ir sekti atskirus šviesos fotonus, pažymint juos unikaliu identifikavimo numeriu.
„Jūs žinote siunčiamo fotono dažnį, žinote jo kryptingumą. Palydovas nukreiptas į išsiuntimo šaltinį, esantį Žemėje. Jei turite labai gerą optinę įrangą iš abiejų pusių, tai ši optika mato tik šaltinį, ir nieko daugiau “, - tęsia Polzik.
Spektrinis filtravimo metodas yra abejingas „triukšmui“kitų fotonų pavidalu. Pavyzdžiui, per tą patį eksperimentą Kanarų salose perdavimas buvo vykdomas giedru saulėtu dangumi.
Į palydovą buvo perkelta milijonai fotonų, tačiau tikslą pasiekė tik 900. Kodėl?
Kuo toliau bandysite siųsti susipynusį fotoną, tuo šis procesas tampa ne toks efektyvus. Be to, Žemės atmosfera yra pastovaus judėjimo, todėl prarasti fotonus kelyje į kosmosą yra lengva.
„Net jei nebuvo atmosferos, vis tiek reikia sutelkti šviesos pluoštą taip, kad jis būtų nukreiptas į palydovą. Jei šviečiate lazerio rodyklę ant delno, šviesos taškas bus nedidelis, tačiau jei tik nuimsite lazerį, taškas taps didesnis - tai yra difrakcijos dėsnis “, - sako Polzik.
Nuo žemės šviesai yra gana sunku prasiskverbti į kosmosą (į optinį imtuvą, sumontuotą orbitiniame palydove). Tai labai iškreipia, todėl dauguma fotonų tiesiog niekur nedingsta.
„Sėkmingą teleportaciją galima pasiekti tik labai trumpą laiką. Bendrąja prasme tai yra labai nepraktiška, tačiau vis dėlto galima rasti būdų, kaip naudoti šią technologiją “, - tęsia Polzik.
Ar „Quantum Teleportation“yra greitas duomenų perdavimas?
Ne visai. Teleportuojami objektai nedingsta ir vėl atsiranda kažkur kitur. Mokslininkai naudojasi įsipainiojimu, kad perduotų informaciją apie vieno fotono kvantinę būseną kitam. Neturėdamas šios informacijos, fotonas turės fiziškai įveikti visą atstumą tarp siųstuvo ir imtuvo. Vėlgi, informacija neperduodama akimirksniu. Tai įmanoma tik tada, kai siuntėjas išmatuoja savo fotono kvantinę būseną, taip pakeisdamas fotono būseną imtuve. Dėl kvantinio susipynimo iš esmės vienas fotonas „tampa“kitu fotonu.
Tai kam visa tai skirta?
Kvantinė teleportacija gali įrodyti galimybės sukurti itin saugų pasaulio ryšių tinklą koncepciją. Kaip raktas, kuris atveria spyną, kvantiniu tinklu perduodamas pranešimas pasieks tik tą adresatą, kuris turi teisingai įsipainiojusį fotoną, o tai leis šį pranešimą gauti ir perskaityti.
Kadaise Albertas Einšteinas kvantinį susipainiojimą pavadino „baisiu tolimo veiksmu“, tačiau tas tolimas veikimas yra pagrindinis komponentas, dėl kurio viskas veikia. Vieną dieną jis ateityje gali tapti saugaus mūsų bendravimo varikliu.
Nikolajus Khizhnyakas