Naukowcy są coraz bliżej teleportacji

W 1935 roku Albert Einstein wraz z Borysem Podolskim i Nathanem Rosenem opublikował w „Physical Review” artykuł, w którym przeanalizował hipotetyczne założenie o jednym z najbardziej niesamowitych zjawisk. Zjawisku niewyobrażalnym dla fizyki klasycznej i trudnym do przyjęcia dla zdroworozsądkowo myślącego człowieka – o kwantowym splątaniu. Stan splątania kwantowego wydawał się tak nieprawdopodobny, że dla samego Einsteina stanowił on „upiorne działanie na odległość”.

Najprościej mówiąc, zjawisko kwantowego splątania polega na tym, że stan całego układu jest lepiej opisany niż stan jego części.  W praktyce, jeżeli mamy dwa splątane fotony i zmienimy spin jednego z nich, wówczas równocześnie zmienimy spin drugiego (w tej samej chwili, niezależnie od jego odległości). Co to oznacza? Jeden foton może być na Ziemi, a drugi np. na Marsie a niepojęta więź, która łączy oba fotony zadziała natychmiastowo, bez opóźnień i bez pośredników w postaci fal, cząstek albo pól.

Przełom w rozważaniach na temat tego, czy mechanika kwantowa ma sens miał miejsce w 1964 roku, kiedy to John Bell udowodnił, że wszystkie teorie, które zakładają jednocześnie autentyzm i lokalność muszą spełniać pewne nierówności, nazywane współcześnie nierównościami Bella. Jego praca pozwalała zaprojektować konkretne doświadczenia, które mogłyby ustalić słuszność mechaniki kwantowej lub ustalić, czy jest ona niekompletną teorią, czy zwyczajnie źle opisuje świat.

Dopiero w latach 80. XX wieku francuski fizyk, Alain Aspect dokonał eksperymentów, które dowiodły, że więź fotonów istnieje naprawdę. Dziś takie ustalenia nie są już tylko teorią, ciekawostką, zagadką, lecz faktem, dla którego znaleziono wiele zastosowań, np. w kwantowych komputerach, komunikacji kwantowej i w teleportacji.

Pierwszą teleportację fotonu przeprowadził w 1997 roku zespół fizyków z Uniwersytetu w Wiedniu, pod kierownictwem prof. Antona Zeilingera. Najpierw profesorowi udało się w swoim laboratorium przenieść stan kwantowy cząstki światła fotonu.  Potem w Wiedniu przeprowadzili teleportację fotonów z jednego brzegu Dunaju na drugi (na odległość 600 m), a w 2012 roku teleportowali fotony pomiędzy dwoma wyspami kanaryjskimi: La Palmą i Teneryfą na odległość 143 km!

W 2016 roku grupa naukowców z Uniwersytetu w Calgary w Kanadzie teleportowała za pomocą sieci światłowodowej foton na odległość 6 km. W ten sposób przekazali stany kwantowe między dwoma fotonami, z których jeden znajdował się w budynku ratusza miejskiego, a drugi w gmachu uniwersyteckim. Tym samym po raz pierwszy dokonano teleportacji za pomocą istniejącej miejskiej infrastruktury złożonej z tzw. czarnych światłowodów, czyli takich, które nie posiadają żadnych urządzeń elektronicznych albo optycznych. Sieci takich światłowodów są przygotowywane pod przyszłe technologie sieciowe. Dzięki takiej możliwości przekazywania stanów kwantowych można liczyć na całkowite bezpieczeństwo i poufność przekazywanych danych.

Trzeba jednak pamiętać, że teleportacja kwantowa nie jest tym samym, co klonowanie cząsteczek. Nie można dzięki niej stworzyć idealnej kopii, jak to robi ksero. Stan kwantowy można tylko przenieść z jednej cząstki na inną, nie niszcząc przy tym oryginału, bowiem zawsze istnieje tylko jeden egzemplarz stanu kwantowego. Dlatego też prawdopodobnie teleportacja zrobi karierę najszybciej w kryptografii. Stany splątane pomagają tak zaszyfrować dane na dysku twardym, by w żaden sposób nie można było ich odczytać. Jeśli jednak komuś się to uda, to osoba, której usiłowano skraść dane, od razu się o tym dowie. Być może w ciągu najbliższych 20 lat klasyczna komunikacja zostanie zastąpiona jej kwantowym odpowiednikiem. A to sprawiłoby, że internet stałby się nareszcie bezpieczny i jeszcze szybszy.

Grupa neurobiologów z Uniwersytetu w Kalifornii postanowiła zbadać, jak ludzki mózg zareagowałby na teleportację. Jak się okazało, najprawdopodobniej mózg nie miałby problemów z zaakceptowaniem takich procesów. Dlatego też naukowcy pracują nad tym, aby prędzej czy później umożliwić teleportację ludziom.

Na początku 2016 roku zespół fizyków kwantowych z Uniwersytetu w Purde w stanie Indiana i z Uniwersytetu w Pekinie rozpoczął prace nad projektem testowym kwantowej zasady superpozycji. Chcą sprawdzić, czy dany obiekt może istnieć w dwóch miejscach równocześnie, ale tym razem eksperyment ma dotyczyć istoty żywej, a dokładniej bakterii. Fizycy mają nadzieję, że w ciągu 3 lat uda im się dokonać tego, że mikrob znajdzie się w tym samym czasie, w dwóch różnych miejscach.

W tym samym okresie, gdy fizycy kwantowi rozpoczęli pracę nad teleportacją żywej istoty, niemieccy fizycy z Uniwersytetu Friedricha Schillera w Jenie przeprowadzili teleportację materii na niewielką odległość. Podczas eksperymentu wykorzystano moc wiązek laserowych, które w szczególny sposób powiązano ze sobą. Informacja, którą starano się przekazać stanowiła polaryzację wiązki lasera. W czasie, gdy wiązka ta przechodziła przez specjalne urządzenie, jej promienie wymieniły się właściwościami. Naukowcy wysnuli więc wniosek, że teleportacja jest możliwa nie tylko na poziomie kwantowej fizyki, ale również na uniwersalnym poziomie całego wszechświata.