I 2005 fortalte dødsannonsen til fysikeren Asher Peres i tidsskriftet Physics Today oss at da en journalist spurte ham om kvante teleportering kunne transportere en persons sjel i tillegg til kroppen deres, svarte forskeren: «Nei, ikke kroppen, bare sjelen.» Mer enn bare en enkel vits, gir Peres svar en perfekt forklaring, kodet i en metafor, av virkeligheten i en prosess som vi har sett utallige ganger i science fiction. Faktisk eksisterer det teleportering, selv om det i den virkelige verden er ganske forskjellig fra den berømte «Beam me up, Scotty!» knyttet til Star Trek-serien.

Teleportering i realvitenskap begynte å ta form i 1993 takket være en teoretisk studie publisert av Peres og fem andre forskere i Physical Review Letters, som la grunnlaget for kvante teleportering. Tilsynelatende var det medforfatter Charles Bennetts idé å knytte det foreslåtte fenomenet til den populære ideen om teleportering, men det er en vesentlig forskjell mellom fiksjon og virkelighet: i sistnevnte er det ikke noe som reiser, men snarere informasjon som overfører eiendommer fra den originale saken til destinasjonssaken.

Kvanteteleportering er basert på en hypotese beskrevet i 1935 av fysikeren Albert Einstein og hans kolleger Boris Podolsky og Nathan Rosen, kjent som EPR-paradokset. Som en konsekvens av kvantefysikkens lover var det mulig å skaffe to partikler og skille dem i rommet slik at de ville fortsette å dele sine egenskaper, som to halvdeler av en helhet. Dermed vil en handling på en av dem (på A eller Alice, i henhold til nomenklaturen som brukes) øyeblikkelig ha en effekt på den andre (på B eller Bob). Denne «uhyggelige handlingen på avstand», med Einsteins ord, ser ut til å være i stand til å bryte grensen for lysets hastighet.

Teorien om dette fenomenet, kalt kvanteforvikling, ble senere utviklet i 1964 av John Stewart Bell, og har blitt bekreftet av mange eksperimenter. Arbeidet til Peres, Bennett og deres samarbeidspartnere foreslo at en tredje partikkel kunne samhandle med Alice og miste en kvantetilstand – verdien av en av dens fysiske egenskaper – som skal overføres til den til Bob, slik at den ville tilegne seg den tilstanden. Uten overføring av materie, ville Bob-partikkelen bli konvertert til en kopi av Alice interaktive partikkel, og det hadde aldri vært fysisk kontakt mellom dem.

Teleporterte qubits

Siden 1998 har forskjellige eksperimenter oppnådd denne kvante teleporteringen, først ved bruk av individuelle fotoner, deretter atomer og mer komplekse systemer. Først ble fenomenet demonstrert på kort avstand, som økte i påfølgende studier til hundrevis av meter og kilometer. Den nåværende rekorden er teleportering av fotoner 1400 kilometer fra jorden til Micius-satellitten i jordbane, en prestasjon som ble utført i 2017 av teamet ledet av Jian-Wei Pan ved Kinas universitet for vitenskap og teknologi i Hefei (USTC). / p>

I disse eksperimentene er det som sendes informasjon kodet i biter. I klassisk forstand er litt en grunnleggende enhet av binær informasjon som tar verdien 0 eller 1. I sin anvendelse på kvantetilstander kan en bit inneholde informasjon om for eksempel rotasjonen av en partikkel (en slags rotasjon ). Men i kvanteversjonen av biten, qubit, kan dens verdi være både 0 og 1 eller en annen verdi, for eksempel 2, siden kvantemekanikken tillater tilstander å overlappe hverandre. Dette er grunnen til at kvanteberegning blir sett på som en kraftigere teknologi enn tradisjonell databehandling, siden kapasiteten til å lagre og behandle informasjon er mye større.

Det er imidlertid viktig å understreke at kvante teleportering ikke tjener til å overføre data øyeblikkelig, eller med raskere enn lyshastighet. Årsaken er at Bob trenger å få tilleggsinformasjon om Alice sine målinger som ikke overføres gjennom det sammenfiltrede partikkelsystemet, og derfor må sendes gjennom en annen kanal; for hver teleportert qubit må to klassiske biter overføres, og dette kan bare gjøres på tradisjonelle måter som maksimalt bare når lysets hastighet.

Et fremtidig kvantenettverk

Men til tross for denne begrensningen, ser mulighetene for kvante teleportering mer og mer lovende ut når nye milepæler nås. I år har to forskerteam rapportert for første gang overføring av qutrits, eller tredimensjonale informasjonsenheter (som kan ta tre verdier, 0, 1 og 2). «Begge studiene har vist teleportering av qutrit.Hovedforskjellen er metoden vi brukte, ”forklarer Bi-Heng Liu, fysiker ved UCTC og medforfatter av en av de ennå ikke publiserte studiene, til OpenMind.

For øyeblikket er det fortsatt en del kontroverser mellom de to lagene. Som forklart til OpenMind av fysikeren Chao-Yang Lu, også fra UCTC og medforfatter av den andre studien, publisert i Physical Review Letters, med hensyn til arbeidet til kollegene, «er ikke den veldig kvante naturen til teleportering blitt demonstrert . ” Medforfatter av den samme studien Manuel Erhard, fra Universitetet i Wien, mener også at i Lius eksperiment er «målingene og resultatene ikke tilstrekkelige til å kreve ekte tredimensjonal og universell kvante-teleportering.» Liu forsvarer på sin side sine resultater: «Vi har gjort den numeriske simuleringen og bekreftet teleportering av qutrits.»

Kontroversen strekker seg også til mulighetene for å skalere systemet til et større antall dimensjoner. til Liu, «begge ordningene er skalerbare.» For sin del hevder Erhard at hans eget system lett kan utvides til alle dimensjoner: «Det er et spørsmål om teknologisk utvikling for å øke dimensjonaliteten ytterligere,» sier han. På den annen side er han ikke sikker på om det samme kan sies om sine kollegers system.

Men hva er vitsen med å utvide disse eksperimentene til et større antall dimensjoner? «En mulig anvendelse av høydimensjonal kvanteteleportering ligger i kvantenettverk,» forklarer Erhard til OpenMind. «Dermed ser vi for oss et fremtidig kvantenettverk som er basert på høyere dimensjonale alfabeter. Disse kommer med fordelen av høyere informasjonskapasitet og også større motstand mot støy, for eksempel.»

Flytter derfor fra qubit til qutrit, og derfra til kvartal, og så videre, legger nå grunnlaget for fremtidige kvantedatanettverk. Lu spår at systemet hans vil oppnå såkalt kvanteoverlegenhet, evnen til å løse problemer som ikke kan oppnås ved klassisk databehandling: «Vi er implementering av multifoton multidimensjonale kvanteberegningseksperimenter kalt bosonprøvetaking, og forhåpentligvis håper vi i nær fremtid å kontrollere 30-50 fotoner for å nå kvanteoverlegenhet. ”

Javier Yanes

@ yanes68