I 2005 fortalte dødsannoncen til fysiker Asher Peres i magasinet Physics Today os, at når en journalist spurgte ham, om kvante teleportering kunne transportere en persons sjæl såvel som deres krop svarede videnskabsmanden: “Nej, ikke kroppen, kun sjælen.” Mere end bare en simpel vittighed giver Peres ‘svar en perfekt forklaring, kodet i en metafor, af virkeligheden af en proces, som vi har set utallige gange i science fiction. Faktisk findes der teleportering, skønt den i den virkelige verden er ret forskellig fra den berømte “Beam me up, Scotty!” tilknyttet Star Trek-serien.

Teleportering inden for ægte videnskab begyndte at tage form i 1993 takket være en teoretisk undersøgelse offentliggjort af Peres og fem andre forskere i Physical Review Letters, der lagde grundlaget for kvante teleportering. Det var tilsyneladende medforfatter Charles Bennetts idé at forbinde det foreslåede fænomen med den populære idé om teleportering, men der er en væsentlig forskel mellem fiktion og virkelighed: i sidstnævnte er det ikke noget, der rejser, men snarere information, der overfører egenskaber fra den oprindelige substans i forhold til destinationssagen.

Kvante teleportering er baseret på en hypotese, der blev beskrevet i 1935 af fysikeren Albert Einstein og hans kolleger Boris Podolsky og Nathan Rosen, kendt som EPR-paradokset. Som en konsekvens af kvantefysikens love var det muligt at opnå to partikler og adskille dem i rummet, så de fortsatte med at dele deres egenskaber som to halvdele af en helhed. Således vil en handling på en af dem (på A eller Alice ifølge den anvendte nomenklatur) øjeblikkeligt have en effekt på den anden (på B eller Bob). Denne “uhyggelige handling på afstand”, med Einsteins ord, synes at være i stand til at krænke grænsen for lysets hastighed.

Teorien om dette fænomen, kaldet kvanteindvikling, blev senere udviklet i 1964 af John Stewart Bell og er blevet bekræftet af adskillige eksperimenter. Arbejdet fra Peres, Bennett og deres medarbejdere foreslog, at en tredje partikel kunne interagere med Alice og miste kvantetilstand – værdien af en af dens fysiske egenskaber – der skal overføres til Bobs, så den ville erhverve den tilstand Uden en overførsel af stof ville Bob-partiklen blive konverteret til en kopi af Alice interaktive partikel, og der ville aldrig have været fysisk kontakt imellem dem.

Teleporterede qubits

Siden 1998 har forskellige eksperimenter opnået denne kvante teleportering, oprindeligt ved hjælp af individuelle fotoner, derefter atomer og mere komplekse systemer. Først blev fænomenet demonstreret på en kort afstand, som steg i efterfølgende undersøgelser til hundreder af meter og kilometer. Den nuværende rekord er teleportering af fotoner 1.400 kilometer fra Jorden til Micius-satellitten i jorden, en succes, der blev udført med succes i 2017 af holdet ledet af Jian-Wei Pan ved Kinas University of Science and Technology i Hefei (USTC). / p>

I disse eksperimenter sendes information kodet i bits. I klassisk forstand er en bit en grundlæggende enhed af binær information, der tager værdien 0 eller 1. I sin anvendelse på kvantetilstande kan en bit indeholde information om for eksempel en partikels rotation (en slags rotation ). Men i kvanteversionen af bit, qubit, kan dens værdi være både 0 og 1 eller en anden værdi, såsom 2, da kvantemekanik tillader tilstande at overlappe hinanden. Derfor ses kvantecomputering som en mere kraftfuld teknologi end traditionel computing, da dens kapacitet til at lagre og behandle information er meget større.

Det er imidlertid vigtigt at understrege, at kvante teleportering ikke tjener til at transmittere data øjeblikkeligt eller ved hurtigere end lyshastighed. Årsagen er, at Bob har brug for at få yderligere oplysninger om Alice’s målinger, der ikke transmitteres gennem det sammenfiltrede partikelsystem og derfor skal sendes gennem en anden kanal; for hver teleporteret qubit skal der sendes to klassiske bits, og dette kan kun ske på traditionelle måder, der højst kun når lysets hastighed.

Et fremtidigt kvantenetværk

Men på trods af denne begrænsning ser mulighederne for kvante teleportering mere og mere lovende ud, når nye milepæle nås. I år har to forskerhold for første gang rapporteret transmission af qutrits eller tredimensionelle informationsenheder (som kan tage tre værdier, 0, 1 og 2). “Begge undersøgelser har vist teleportering af qutrit.Den største forskel er den metode, vi brugte, ”forklarer Bi-Heng Liu, fysiker ved UCTC og medforfatter til en af de endnu ikke offentliggjorte undersøgelser, til OpenMind.

I øjeblikket er der dog stadig en del kontrovers mellem de to hold. Som forklaret til OpenMind af fysiker Chao-Yang Lu, også fra UCTC og medforfatter til den anden undersøgelse, offentliggjort i Physical Review Letters, med hensyn til hans kollegers arbejde, “er den meget kvante natur af teleportering ikke blevet demonstreret . ” Medforfatter af den samme undersøgelse Manuel Erhard fra universitetet i Wien mener også, at i Lius eksperiment “er målingerne og resultaterne ikke tilstrækkelige til at kræve ægte tredimensionel og universel kvante teleportering.” Liu forsvarer på sin side sine resultater: “Vi har foretaget den numeriske simulering og bekræftet teleportering af qutrits.”

Kontroversen omfatter også mulighederne for at skalere systemet til et større antal dimensioner. til Liu, “begge ordninger er skalerbare.” Erhard hævder på sin side, at hans eget system let kan udvides til enhver dimension: “Det er et spørgsmål om teknologisk udvikling for yderligere at øge dimensionaliteten,” siger han. På den anden side er han ikke sikker på, om det samme kan siges om sine kollegers system.

Men hvad er pointen med at udvide disse eksperimenter til et større antal dimensioner? ”En mulig anvendelse af højdimensionel kvanteteleportering ligger i kvantenetværk,” forklarer Erhard til OpenMind. “Således forestiller vi os et fremtidigt kvantenetværk, der er baseret på højere-dimensionelle alfabeter. Disse kommer med fordelen af højere informationskapacitet og også større modstandsdygtighed over for støj, for eksempel.”

Flytter derfor fra qubit til qutrit, og derfra til kvart, og så videre, lægger nu grundlaget for fremtidige kvantecomputernetværk. Lu forudsiger, at hans system vil opnå såkaldt kvanteoverherredømme, evnen til at løse problemer, der ikke kan opnås ved klassisk computing: “Vi er implementering af multifoton-multidimensionelle kvanteberegningseksperimenter kaldet boson-sampling, og forhåbentlig i den nærmeste fremtid håber vi at kontrollere 30-50 fotoner for at nå kvanteoverherredømme. ”

Javier Yanes

@ yanes68