V roce 2005 nám nekrolog fyzika Ashera Perese v časopise Physics Today řekl, že když se ho novinář zeptal, zda by kvantová teleportace mohla přepravit duši člověka stejně jako jejich tělo, vědec odpověděl: „Ne, ne tělo, jen duše.“ Peresova odpověď není jen obyčejný vtip, ale nabízí dokonalé vysvětlení, zakódované v metaforě, o realitě procesu, který jsme ve sci-fi viděli nespočetněkrát. Teleportace ve skutečnosti existuje, i když v reálném světě je zcela odlišný od slavného „Přeneste mě, Scotty!“ spojené se sérií Star Trek.

Teleportace ve skutečné vědě se začala formovat v roce 1993 díky teoretické studii publikované Peresem a pěti dalšími výzkumníky v časopisu Physical Review Letters, která položila základ kvantové teleportace. Zjevně to byla myšlenka spoluautora Charlese Bennetta spojit navrhovaný fenomén s populární myšlenkou teleportace, ale existuje zásadní rozdíl mezi fikcí a realitou: v tom druhém nezáleží na tom, co cestuje, ale spíše na informaci, která přenáší vlastnosti z Kvantová teleportace je založena na hypotéze popsané v roce 1935 fyzikem Albertem Einsteinem a jeho kolegy Borisem Podolským a Nathanem Rosenem, známým jako paradox EPR. V důsledku zákonů kvantové fyziky bylo možné získat dvě částice a oddělit je v prostoru tak, aby i nadále sdílely své vlastnosti jako dvě poloviny celku. Akce na jednu z nich (na A nebo Alici podle použité nomenklatury) by tedy okamžitě měla účinek na druhou (na B nebo Boba). Tato „strašidelná akce na dálku“, podle Einsteinových slov, se zdá být schopná porušit hranici rychlosti světla.

Teorie tohoto jevu, zvaná kvantové zapletení, byla vyvinuta v roce 1964 Johnem Stewartem Bellem a byla potvrzena řadou experimentů. Práce Perese, Bennetta a jejich spolupracovníků navrhla, že třetí částice by mohla interagovat s Alicí a ztratit kvantový stav – hodnota jedné z jeho fyzikálních vlastností – která se má přenést do Bobova stavu, aby tento stav získala. Bez přenosu hmoty by se Bobova částice přeměnila na kopii interaktivní částice Alice a nikdy by nedošlo k fyzickému kontaktu je.

Teleportované qubity

Od roku 1998 dosáhly této kvantové teleportace různé experimenty, nejprve pomocí jednotlivých fotonů, poté atomů a složitějších systémů. Nejprve byl tento jev prokázán na malou vzdálenost, která se v následujících studiích zvýšila na stovky metrů a kilometrů. Současným rekordem je teleportace fotonů 1400 kilometrů ze Země na družici Micius na oběžné dráze Země, což je úspěch, který v roce 2017 úspěšně dosáhl tým vedený Jian-Wei Panem na čínské univerzitě vědy a technologie v Hefei (USTC).

V těchto experimentech se přenáší informace kódovaná v bitech. V klasickém smyslu je bit základní jednotka binární informace, která má hodnotu 0 nebo 1. Ve své aplikaci na kvantové stavy může bit obsahovat informace například o rotaci částice (druh rotace) ). Ale v kvantové verzi bitu, qubitu, může být jeho hodnota 0 i 1 nebo jiná hodnota, například 2, protože kvantová mechanika umožňuje překrývání stavů. To je důvod, proč je kvantová práce považována za výkonnější technologii než tradiční práce na počítači, protože její kapacita pro ukládání a zpracování informací je mnohem větší.

Je však nutné zdůraznit, že kvantová teleportace neslouží k přenosu data okamžitě nebo vyšší než rychlostí světla. Důvodem je to, že Bob potřebuje získat další informace o Aliciných měřeních, které se nepřenášejí přes zapletený částicový systém, a proto musí být odeslány jiným kanálem; pro každý teleportovaný qubit musí být přeneseny dva klasické bity, a to lze provést pouze tradičními způsoby, které maximálně dosahují pouze rychlosti světla.

Budoucí kvantová síť

Ale i přes toto omezení, možnosti kvantové teleportace vypadají stále více slibně, když jsou dosaženy nové milníky. Letos dva týmy vědců poprvé ohlásily přenos qutritů nebo trojrozměrných jednotek informací (které mohou nabývat tří hodnot, 0, 1 a 2). „Obě studie prokázaly teleportaci qutritu.Hlavní rozdíl spočívá v metodě, kterou jsme použili, “vysvětluje Bi-Heng Liu, fyzik UCTC a spoluautor jedné z dosud nepublikovaných studií, OpenMind.

V současné době však mezi těmito dvěma týmy stále panuje kontroverze. Jak vysvětlil OpenMind fyzik Chao-Yang Lu, také z UCTC a spoluautor jiné studie, publikované v Physical Review Letters, s ohledem na práci jeho kolegů, „samotná kvantová podstata teleportace nebyla prokázána . “ Spoluautor stejné studie Manuel Erhard z vídeňské univerzity se rovněž domnívá, že v Liuově experimentu „měření a výsledky nestačí k získání skutečné trojrozměrné a univerzální kvantové teleportace.“ Liu hájí své výsledky: „Provedli jsme numerickou simulaci a potvrdili jsme teleportaci qutritů.“

Kontroverze se rovněž rozšiřuje o možnosti škálování systému na větší počet dimenzí. Liu, „oba systémy jsou škálovatelné.“ Erhard tvrdí, že jeho vlastní systém lze snadno rozšířit na jakoukoli dimenzi: „Jde o otázku technologického rozvoje, aby se dimenze dále zvýšila,“ říká. Na druhou stranu si není jistý, zda lze říci totéž. o systému jeho kolegů.

Ale jaký má smysl rozšiřovat tyto experimenty do většího počtu dimenzí? “Možná aplikace vysokorozměrné kvantové teleportace spočívá v kvantových sítích,” vysvětluje Erhard pro OpenMind. „Představujeme si tedy budoucí kvantovou síť založenou na vícerozměrných abecedách. Ty přicházejí s výhodou například vyšších informačních kapacit a také větší odolnosti proti šumu.“

Proto se pohybujeme od qubitu na qutrit a odtud na ququart atd. nyní položí základy budoucím kvantovým výpočetním sítím. Lu předpovídá, že jeho systém dosáhne takzvané kvantové nadvlády, schopnosti řešit problémy nedosažitelné klasickým výpočtem: „Jsme implementace multifotonových vícerozměrných kvantových výpočetních experimentů zvaných bosonové vzorkování a doufejme, že v blízké budoucnosti budeme ovládat 30–50 fotonů, abychom dosáhli kvantové nadvlády. “

Javier Yanes

@ yanes68