Czy kiedyś uda się nam teleportować? - Sajan Saini

Zobacz całą lekcję: https://ed.ted.com/lessons/will-we-ever-be-able-to-teleport-sajan-saini

Czy teleportacja jest możliwa? Czy piłka mogłaby zmienić się w coś na kształt fali radiowej, przenikać przez budynki, odbijać się od rogów i z powrotem przekształcić się w piłkę? Choć brzmi to nieprawdopodobnie, dzięki mechanikom kwantowym odpowiedź może być twierdząca... w pewnym sensie! Wyjaśnia Sajan Saini.

Lekcja: Sajan Saini, animacje: Karrot Animation

Czy teleportacja jest możliwa?

Czy piłka baseballowa mógłby
przekształcić się w falę radiową,

przenikać budynki,

omijać przeszkody,

a potem ponownie zmienić się w piłkę?

Wbrew pozorom,
dzięki mechanice kwantowej

odpowiedź może być twierdząca.

Tak jakby.

Jest pewien haczyk.

Piłki jako takiej
nie da się wysłać przez radio,

ale informacje o niej już tak.

W fizyce kwantowej atomy i elektrony

są interpretowane jako zbiór
odrębnych właściwości,

na przykład miejsca,

pędu

i wewnętrznego spinu.

Wartości tych właściwości
konfigurują cząstkę,

nadając jej tożsamość stanu kwantowego.

Jeśli dwa elektrony mają
ten sam stan kwantowy,

to są identyczne.

Nasza piłka jest dosłownie definiowana
przez zbiorczy stan kwantowy

otrzymany z jej wielu atomów.

Jeśli informację o stanie kwantowym
można odczytać w Bostonie

i rozesłać po świecie,

na atomach tych samych
pierwiastków chemicznych

można "odcisnąć" tę informację

w Bengaluru

i zainicjować staranną rekonstrukcję,

otrzymując dokładnie taką samą piłkę.

I tu mamy problem.

Stanów kwantowych
nie da się tak łatwo zmierzyć.

Zasada nieoznaczoności w fizyce kwantowej

mówi, że pozycji i pędu cząstki

nie można zmierzyć równocześnie.

Najprostszy sposób zmierzenia
dokładnego położenia elektronu

wymaga rozproszenia
jego cząstki światła, fotonu,

i zebranie tego światła pod mikroskopem.

Jednak takie rozproszenie zmienia pęd
elektronu w nieprzewidywalny sposób.

Tracimy wówczas wszystkie
wcześniejsze dane o pędzie.

W pewnym sensie informacja
kwantowa jest bardzo delikatna.

Pomiar ją zmienia.

Jak transmitować coś,

czego nie da się w pełni odczytać
bez jednoczesnego zniszczenia?

Odpowiedź można znaleźć w osobliwym
zjawisku zwanym stanem splątanym.

Splątanie było już tajemnicą
za wczesnych dni fizyki kwantowej

i nadal nie jest w pełni zrozumiałe.

Splot spinów dwóch elektronów
powoduje oddziaływanie,

które wykracza poza dystans.

Pomiar spinu pierwszego elektronu

określa, ile będzie mierzył drugi,

niezależnie od tego, czy te cząstki
dzieli mila czy rok świetlny.

W jakiś sposób informacja o stanie
kwantowym pierwszego elektronu,

zwana kubitem danych,

samoistnie wpływa na oddalonego partnera.

Einstein i jego koledzy
nazwali tę dziwną komunikację

upiornym działaniem na odległość.

Chociaż mogłoby się zdawać,
że splot dwóch cząstek

pomaga w natychmiastowym
przeniesieniu kubitu w przestrzeni,

jest pewien haczyk.

To oddziaływanie musi zacząć się lokalnie.

Te dwa elektrony muszą być
splecione w bliskim sąsiedztwie

zanim jeden z nich zostanie przeniesiony.

Splot kwantowy sam w sobie
nie jest teleportacją.

Aby jej w pełni dokonać,

potrzeba cyfrowej wiadomości,
która pomoże odczytać otrzymany kubit.

Są nią dwa bity danych wytworzone
wskutek pomiaru pierwszej cząstki.

Te cyfrowe bity trzeba
transmitować klasyczną drogą,

ograniczoną przez prędkość fal świetlnych,
radiowych, mikrofal czy może światłowodów.

Pomiar cyfrowej informacji cząstki

niszczy jej kwantową informację,

czyli że piłka musi zniknąć z Bostonu,

by teleportować się do Bengaluru.

Dzięki zasadzie nieoznaczoności

teleportacja przesyła informację o piłce

między dwoma miastami bez duplikacji.

W teorii można by teleportować
przedmioty, a nawet ludzi,

jednak obecnie raczej nie uda nam się
zmierzyć stanów kwantowych

tryliona trylionów lub więcej
atomów tworzących duże obiekty

i następnie odtworzyć ich gdzie indziej.

Złożoność tego zadania i ilość
potrzebnej energii jest astronomiczna.

Na razie można bez przeszkód
teleportować pojedyncze atomy i elektrony,

co może zaowocować
super-bezpiecznym szyfrowaniem danych

dla komputerów kwantowych w przyszłości.

Filozoficzne konsekwencje
teleportacji kwantowej są subtelne.

Teleportowany obiekt nie do końca
przemieszcza się w przestrzeni,

jak materia,

ani nie jest przesyłany przez przestrzeń,
jak niematerialna informacja.

Wykazuje chyba obie te własności.

Fizyka kwantowa daje nam
osobliwą, nową wizję

wszelkiej materii we wszechświecie
jako zbioru wrażliwej informacji.

Kwantowa teleportacja odsłania nowe
sposoby wpływania na tę wrażliwość.

Czyli "nigdy nie mów nigdy".

W nieco ponad sto lat

ludzkość przeszła od zalążków rozumienia

zachowań elektronów w skali atomowej

do ich teleportacji na mały dystans.

Jak dalece uda się opanować ten fenomen

za 1000, czy 10 000 lat?

To się jeszcze okaże.