În 2005, necrologul fizicianului Asher Peres din revista Physics Today ne-a spus că atunci când un jurnalist l-a întrebat dacă teleportarea cuantică ar putea transporta sufletul unei persoane La fel ca și corpul lor, omul de știință a răspuns: „Nu, nu trupul, ci doar sufletul”. Mai mult decât o simplă glumă, răspunsul lui Peres oferă o explicație perfectă, codificată într-o metaforă, a realității unui proces pe care l-am văzut de nenumărate ori în science fiction. De fapt, teleportarea există, deși în lumea reală este destul de diferit de faimosul „Beam me up, Scotty!” asociat cu seria Star Trek.

Teleportarea în știința reală a început să prindă contur în 1993 datorită unui studiu teoretic publicat de Peres și alți cinci cercetători în Physical Review Letters, care a pus bazele teleportării cuantice. Aparent, ideea co-autorului Charles Bennett a asociat fenomenul propus cu ideea populară a teleportării, dar există o diferență esențială între ficțiune și realitate: în aceasta din urmă nu contează călătoriile, ci mai degrabă informațiile, care transferă proprietăți din materia originală la cea a materiei de destinație.

Teleportarea cuantică se bazează pe o ipoteză descrisă în 1935 de fizicianul Albert Einstein și colegii săi Boris Podolsky și Nathan Rosen, cunoscut sub numele de paradoxul EPR. Ca o consecință a legilor fizicii cuantice, a fost posibil să se obțină două particule și să se separe în spațiu, astfel încât acestea să continue să-și împărtășească proprietățile, ca două jumătăți ale unui întreg. Astfel, o acțiune asupra uneia dintre ele (asupra lui A sau Alice, în funcție de nomenclatura folosită) ar avea instantaneu un efect asupra celeilalte (asupra lui B sau Bob). Această „acțiune înfricoșătoare la distanță”, în cuvintele lui Einstein, ar părea capabilă să încalce limita vitezei luminii.

Teoria acestui fenomen, numită încurcare cuantică, a fost dezvoltată ulterior în 1964 de John Stewart Bell și a fost coroborată de numeroase experimente. Lucrarea lui Peres, Bennett și colaboratorii lor au propus că o a treia particulă ar putea interacționa cu Alice și ar putea pierde o starea cuantică – valoarea uneia dintre proprietățile sale fizice – să fie transferată la cea a lui Bob, astfel încât să dobândească acea stare. Fără un transfer de materie, particula Bob ar fi convertită într-o copie a particulei interactive Alice și nu ar fi existat niciodată contact fizic între ei.

Qubituri teleportate

Din 1998, diferite experimente au realizat această teleportare cuantică, folosind inițial fotoni individuali, apoi atomi și sisteme mai complexe. La început, fenomenul a fost demonstrat la mică distanță, care a crescut în studiile ulterioare la sute de metri și kilometri. Recordul actual este teleportarea fotonilor la 1.400 de kilometri de la Pământ la satelitul Micius pe orbita Pământului, realizare realizată cu succes în 2017 de echipa condusă de Jian-Wei Pan de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China din Hefei (USTC).

În aceste experimente, ceea ce este transmis este informația codificată în biți. În sens clasic, un bit este o unitate de bază a informației binare care ia valoarea 0 sau 1. În aplicarea sa la stări cuantice, un bit poate conține informații despre, de exemplu, rotirea unei particule (un fel de rotație ). Dar în versiunea cuantică a bitului, qubitul, valoarea acestuia poate fi atât 0, cât și 1 sau o altă valoare, cum ar fi 2, deoarece mecanica cuantică permite stărilor să se suprapună. Acesta este motivul pentru care calculul cuantic este văzut ca o tehnologie mai puternică decât calculul tradițional, deoarece capacitatea sa de a stoca și prelucra informații este mult mai mare.

Cu toate acestea, este esențial să subliniem că teleportarea cuantică nu servește pentru a transmite date instantaneu sau cu o viteză mai mare decât viteza luminii. Motivul este că Bob trebuie să obțină informații suplimentare despre măsurătorile lui Alice care nu sunt transmise prin sistemul de particule încurcate și, prin urmare, trebuie trimise printr-un alt canal; pentru fiecare qubit teleportat trebuie să se transmită doi biți clasici, iar acest lucru se poate face numai prin modalități tradiționale care, cel mult, ating doar viteza luminii.

O viitoare rețea cuantică

Dar, în ciuda acestei limitări, posibilitățile de teleportare cuantică arată din ce în ce mai promițătoare pe măsură ce se ating noi etape. Anul acesta, două echipe de cercetători au raportat pentru prima dată transmiterea de qutrit-uri sau unități tridimensionale de informații (care pot lua trei valori, 0, 1 și 2). „Ambele studii au demonstrat teleportarea qutritului.Principala diferență este metoda pe care am folosit-o ”, explică Bi-Heng Liu, fizician la UCTC și coautor al unuia dintre studiile încă nepublicate, către OpenMind.

Cu toate acestea, în acest moment există încă o controversă între cele două echipe. După cum a explicat OpenMind fizicianul Chao-Yang Lu, tot de la UCTC și coautor al celuilalt studiu, publicat în Physical Review Letters, cu privire la munca colegilor săi, „natura cuantică a teleportării nu a fost demonstrată . ” Co-autorul aceluiași studiu, Manuel Erhard, de la Universitatea din Viena, crede, de asemenea, că în experimentul lui Liu, „măsurătorile și rezultatele nu sunt suficiente pentru a pretinde un autentic teleportare cuantică tridimensională și universală”. La rândul său, Liu își apără rezultatele: „Am făcut simularea numerică și am confirmat teleportarea qutritelor.”

Controversa se extinde și la posibilitățile de scalare a sistemului la un număr mai mare de dimensiuni. Conform pentru Liu, „ambele scheme sunt scalabile”. La rândul său, Erhard susține că propriul său sistem poate fi extins cu ușurință la orice dimensiune: „Este o problemă de dezvoltare tehnologică pentru a crește în continuare dimensionalitatea”, spune el. Pe de altă parte, nu este sigur dacă același lucru se poate spune despre sistemul colegilor săi.

Dar ce rost are extinderea acestor experimente într-un număr mai mare de dimensiuni? „O posibilă aplicare a teleportării cuantice de înaltă dimensiune se află în rețelele cuantice”, explică Erhard pentru OpenMind. „Astfel, ne imaginăm o rețea cuantică viitoare care se bazează pe alfabete cu dimensiuni superioare. Acestea vin cu avantajul unor capacități de informații mai mari și, de asemenea, cu o rezistență mai mare la zgomot, de exemplu.” la qutrit, și de acolo la ququart și așa mai departe, pune acum bazele viitoarelor rețele de calcul cuantic. Lu prezice că sistemul său va atinge așa-numita supremație cuantică, abilitatea de a rezolva probleme de neatins prin calculul clasic: „Suntem implementând experimente de calcul cuantic cu mai multe fotoni multi-dimensionale numite eșantionare cu bosoni și, sperăm, în viitorul apropiat sperăm să controlăm 30-50 de fotoni pentru a ajunge la supremația cuantică. ”

Javier Yanes

@ yanes68