2005 berättade dödsannonsen av fysiker Asher Peres i tidningen Physics Today att när en journalist frågade honom om kvantteleportering skulle kunna transportera en persons själ liksom deras kropp, svarade forskaren: ”Nej, inte kroppen, bara själen.” Mer än bara ett enkelt skämt erbjuder Peres svar en perfekt förklaring, kodad i en metafor, av verkligheten i en process som vi har sett otaliga gånger i science fiction. Faktum är att teleportering existerar, även om det i den verkliga världen är ganska annorlunda än den berömda ”Beam me up, Scotty!” associerad med Star Trek-serien.

Teleportering inom verklig vetenskap började ta form 1993 tack vare en teoretisk studie publicerad av Peres och fem andra forskare i Physical Review Letters, som lade grunden för kvantteleportering. Tydligen var det medförfattare Charles Bennetts idé att associera det föreslagna fenomenet med den populära idén om teleportering, men det finns en väsentlig skillnad mellan fiktion och verklighet: i det senare är det inte fråga om resor utan snarare information som överför egenskaper från den ursprungliga materien till målen.

Kvantteleportering baseras på en hypotes som beskrevs 1935 av fysikern Albert Einstein och hans kollegor Boris Podolsky och Nathan Rosen, känd som EPR-paradoxen. Som en följd av kvantfysikens lagar var det möjligt att erhålla två partiklar och separera dem i rymden så att de skulle fortsätta att dela sina egenskaper, som två halvor av en helhet. Således skulle en handling på en av dem (på A eller Alice, enligt nomenklaturen som används) omedelbart ha en effekt på den andra (på B eller Bob). Denna ”spöklika handling på avstånd”, enligt Einsteins ord, verkar kunna bryta mot gränsen för ljusets hastighet.

Teorin om detta fenomen, kallad kvantförträngning, utvecklades senare 1964 av John Stewart Bell och har bekräftats av många experiment. Peres, Bennett och deras medarbetares arbete föreslog att en tredje partikel kunde interagera med Alice och förlora en kvanttillståndet – värdet av en av dess fysiska egenskaper – som ska överföras till Bob, så att det skulle förvärva det tillståndet. Utan överföring av materia skulle Bob-partikeln omvandlas till en kopia av Alice interaktiva partikel, och det skulle aldrig ha varit fysisk kontakt mellan dem.

Teleporterade qubits

Sedan 1998 har olika experiment uppnått denna kvantteleportering, initialt med enskilda fotoner, sedan atomer och mer komplexa system. Först demonstrerades fenomenet på ett kort avstånd, vilket ökade i efterföljande studier till hundratals meter och kilometer. Det nuvarande rekordet är teleportering av fotoner 1400 kilometer från jorden till Micius-satelliten i jordens omlopp, en framgång som framgångsrikt genomfördes 2017 av teamet ledt av Jian-Wei Pan vid Kinas University of Science and Technology i Hefei (USTC). / p>

I dessa experiment sänds information kodad i bitar. I klassisk mening är en bit en basenhet av binär information som tar värdet 0 eller 1. I sin tillämpning på kvanttillstånd kan en bit innehålla information om till exempel rotationen av en partikel (en slags rotation ). Men i kvantversionen av biten, qubit, kan dess värde vara både 0 och 1 eller ett annat värde, såsom 2, eftersom kvantmekanik gör att tillstånd överlappar varandra. Det är därför som kvantberäkning ses som en mer kraftfull teknik än traditionell databehandling, eftersom dess förmåga att lagra och bearbeta information är mycket större.

Det är dock viktigt att betona att kvantteleportering inte tjänar till att sända data omedelbart eller snabbare än ljushastigheten. Anledningen är att Bob behöver få ytterligare information om Alice mätningar som inte överförs genom det intrasslade partikelsystemet och därför måste skickas via en annan kanal; för varje teleporterad qubit måste två klassiska bitar överföras, och detta kan bara göras på traditionella sätt som högst bara når ljusets hastighet.

Ett framtida kvantnätverk

Men trots denna begränsning ser möjligheterna för kvantteleportering mer och mer lovande ut när nya milstolpar uppnås. I år har två forskargrupper för första gången rapporterat överföring av qutrits, eller tredimensionella informationsenheter (som kan ta tre värden, 0, 1 och 2). ”Båda studierna har visat teleportering av qutrit.Huvudskillnaden är den metod vi använde ”, förklarar Bi-Heng Liu, fysiker vid UCTC och medförfattare till en av de ännu inte publicerade studierna, till OpenMind.

För närvarande är det emellertid fortfarande en del kontrovers mellan de två lagen. Som förklarats för OpenMind av fysikern Chao-Yang Lu, också från UCTC och medförfattare till den andra studien, publicerad i Physical Review Letters, med avseende på hans kollegers arbete, ”har teleporteringens mycket kvantitet inte visats . ” Medförfattare till samma studie, Manuel Erhard, från universitetet i Wien, anser också att i Lius experiment ”är mätningarna och resultaten inte tillräckliga för att göra anspråk på äkta tredimensionell och universell kvantteleportering.” Liu för sin del försvarar sina resultat: ”Vi har gjort den numeriska simuleringen och bekräftat teleportering av qutrits.”

Kontroversen sträcker sig också till möjligheterna att skala systemet till ett större antal dimensioner. till Liu, ”båda systemen är skalbara.” För sin del hävdar Erhard att hans eget system lätt kan utvidgas till alla dimensioner: ”Det är en fråga om teknisk utveckling att ytterligare öka dimensionaliteten”, säger han. Å andra sidan är han inte säker på om samma kan sägas om sina kollegors system.

Men vad är poängen med att utöka dessa experiment till ett större antal dimensioner? ”En möjlig tillämpning av högdimensionell kvantteleportering ligger i kvantnätverk”, förklarar Erhard till OpenMind. ”Vi ser alltså ett framtida kvantnätverk som är baserat på högre dimensionella alfabet. Dessa har fördelen med högre informationskapacitet och till exempel större motstånd mot buller.”

Därför flyttar vi från qubit till qutrit, och därifrån till kvartal, och så vidare, lägger nu grunden för framtida kvantdatanätverk. Lu förutspår att hans system kommer att uppnå så kallad kvantöverhöghet, förmågan att lösa problem som inte kan uppnås genom klassisk beräkning: ”Vi är implementera multifoton multidimensionella kvantberäkningsexperiment som kallas bosonprovtagning, och förhoppningsvis hoppas vi inom en snar framtid kunna kontrollera 30-50 fotoner för att uppnå kvantöverhöghet. ” @ yanes68