2005-ben Asher Peres fizikus nekrológja a Physics Today magazinban elmondta, hogy amikor egy újságíró megkérdezte tőle, hogy a kvantumteleportálás képes-e szállítani az ember lelkét valamint a testük, a tudós így válaszolt: “Nem, nem a test, csak a lélek.” Peres válasza nem csupán egy egyszerű poén, hanem metaforába kódolt tökéletes magyarázatot kínál egy olyan folyamat valóságára, amelyet számtalanszor láthattunk a tudományos fantasztikus irodalomban. Valójában létezik teleportálás, bár a való világban ez egészen más, mint a híres “Sugározz fel, Scotty!” a Star Trek sorozathoz kapcsolódik.

A valós tudományban a teleportáció 1993-ban kezdett kialakulni egy Peres és öt másik kutató által a Physical Review Letters által publikált elméleti tanulmánynak köszönhetően, amely megalapozta a kvantumteleportációt. Nyilvánvalóan Charles Bennett társszerző ötlete volt, hogy a javasolt jelenséget összekapcsolja a teleportálás népszerű gondolatával, de lényeges különbség van a fikció és a valóság között: utóbbiban nem az számít, hogy utazik, hanem inkább az információ, amely tulajdonságokat ad át az eredeti anyag a rendeltetési anyagéhoz.

A kvantteleportálás egy hipotézisen alapszik, amelyet 1935-ben írt le Albert Einstein fizikus, valamint munkatársai, Borisz Podolszkij és Nathan Rosen, az EPR paradoxonjaként. A kvantumfizika törvényeinek következményeként lehetőség nyílt két részecske megszerzésére és szétválasztására az űrben, hogy továbbra is megosszák tulajdonságaikat, mint az egész két felét. Így az egyikükre (az alkalmazott nomenklatúra szerint A-ra vagy Alice-re) irányuló művelet azonnal hatással lenne a másikra (B-re vagy Bobra). Einstein szavai szerint ez a “kísérteties távolsági cselekedet” képesnek tűnik a fénysebesség határának megsértésére.

A kvantum összefonódásnak nevezett jelenség elméletét később John Stewart Bell dolgozta ki 1964-ben, és számos kísérlet is alátámasztotta. Peres, Bennett és munkatársaik munkája azt javasolta, hogy egy harmadik részecske kölcsönhatásba léphessen Alice-kel és elveszíthesse a a kvantumállapot – az egyik fizikai tulajdonságának értéke – átkerül Bob értékéhez, hogy megszerezze ezt az állapotot. Anyagátvitel nélkül a Bob részecske az Alice interaktív részecske másolatává alakul, és soha nem lett volna fizikai kapcsolat

Teleportált qubitek

1998 óta számos kísérlet érte el ezt a kvantumteleportációt, kezdetben egyedi fotonokat, majd atomokat és bonyolultabb rendszereket használva. Eleinte rövid távolságon mutatták be a jelenséget, amely a későbbi vizsgálatok során több száz méterre és kilométerre nőtt. A jelenlegi rekord a fotonok teleportálása 1400 kilométerre a Földtől a Föld pályáján lévő Micius műholdig, ezt az eredményt 2017-ben sikeresen teljesítette a Jian-Wei Pan által vezetett csapat a kínai Hefei Tudományos és Műszaki Egyetemen (USTC). / p>

Ezekben a kísérletekben bitként kódolt információt továbbítanak. Klasszikus értelemben a bit a bináris információ alapegysége, amely 0 vagy 1 értéket vesz fel. A kvantumállapotokra való alkalmazás során a bit információkat tartalmazhat például egy részecske spinjéről (egyfajta forgatásról). ). De a bit, a qubit kvantumverziójában értéke egyaránt lehet 0 és 1, vagy egy másik érték, például 2, mivel a kvantummechanika lehetővé teszi az állapotok átfedését. Ezért tekintik a kvantumszámítást a hagyományos számítástechnikánál erőteljesebb technológiának, mivel az információ tárolására és feldolgozására való képesség sokkal nagyobb.

Mindazonáltal elengedhetetlen hangsúlyozni, hogy a kvantumteleportálás nem szolgál továbbításra az adatok azonnal, vagy a fénysebességnél gyorsabban. Ennek az az oka, hogy Bobnak további információkat kell kapnia Alice méréseiről, amelyeket nem a kusza részecskerendszer közvetít, és ezért egy másik csatornán keresztül kell elküldenie; minden teleportált qubit esetében két klasszikus bitet kell továbbítani, és ezt csak hagyományos módszerekkel lehet megtenni, amelyek legfeljebb csak a fénysebességet érik el.

Egy jövőbeli kvantumhálózat

De e korlátozás ellenére a kvantumteleportálás lehetőségei egyre ígéretesebbnek tűnnek, amikor elérik az új mérföldköveket. Idén két kutatócsoport számolt be először qutritok vagy háromdimenziós információegységek továbbításáról (amelyek három értéket vehetnek fel: 0, 1 és 2). “Mindkét tanulmány kimutatta a qutrit teleportálódását.A fő különbség az általunk alkalmazott módszer. “- magyarázza Bi-Heng Liu, az UCTC fizikusa és az egyik még publikálatlan tanulmány társszerzője az OpenMind-nek.

Jelenleg azonban még mindig vannak viták a két csapat között. Amint azt Chao-Yang Lu fizikus, az UCTC-től és a másik, a Physical Review Letters-ben megjelent tanulmány társszerzőjétől az OpenMind-nek kifejtette munkatársainak munkájával kapcsolatban, “a teleportálás nagyon kvantum jellegét nem bizonyították. . ” Ugyanezen tanulmány társszerzője, Manuel Erhard, a Bécsi Egyetemről szintén úgy véli, hogy Liu kísérletében “a mérések és az eredmények nem elegendőek a valódi háromdimenziós és univerzális kvanttelteleportálás igényléséhez”. Liu a maga részéről védi eredményeit: “Megtettük a numerikus szimulációt és megerősítettük a qutritok teleportálását.”

A vita kiterjed a rendszer nagyobb dimenziókra való skálázásának lehetőségeire is. Liu számára “mindkét séma skálázható”. Erhard a maga részéről azt állítja, hogy saját rendszere könnyen kiterjeszthető bármilyen dimenzióra: “Technológiai fejlődés kérdése a dimenzió további növelése” – mondja. Másrészt nem biztos abban, hogy elmondható-e ugyanez. kollégái rendszeréről.

De mi értelme bővíteni ezeket a kísérleteket nagyobb dimenziókra? “A nagydimenziós kvantumteleportálás lehetséges alkalmazása a kvantumhálózatokban rejlik” – magyarázza Erhard az OpenMind-nek. “Így egy jövőbeni kvantumhálózatot képzelünk el, amely magasabb dimenziós ábécékre épül. Ezeknek előnye a nagyobb információs kapacitás és például a zajokkal szembeni nagyobb ellenállás.”

Ezért a qubitről való elmozdulás a qutritra, és onnan a quartra, és így tovább, most megalapozza a jövőbeli kvantumszámítási hálózatokat. Lu előrejelzése szerint rendszere úgynevezett kvantumfölényt fog elérni, a klasszikus számítástechnikával elérhetetlen problémák megoldásának képességét: ” több foton többdimenziós kvantumszámítási kísérletek végrehajtása, az úgynevezett bozon mintavételezés, és remélhetőleg a közeljövőben reméljük, hogy 30-50 fotont irányíthatunk a kvantumfölény eléréséért. @ yanes68