Je teleportacija znanstveno mogoča? Ali bomo kmalu lahko skoraj v trenutku prepotovali svetove? Danes bomo poskušali povedati, kaj je novega na tem področju.
Teleportacija je bila človekova želja že od začetka sveta. Človek se želi takoj premakniti v vesolje, potovati, ne da bi zapravljal čas na utrujajočih potovanjih na dolge razdalje. Ta tema je že dolgo prisotna v številnih delih pop kulture, vendar je še vedno predmet raziskav. Čeprav je bil leta 2004 celo registriran patent o "sistemu teleportacije celega telesa" so že prvi uspehi v raziskavah teleportacije, ki pa dokazujejo, da sploh ne bo to, kar od te tehnologije pričakujemo.
Zakaj tema teleportacije tako buri domišljijo človeštva? Če bi sestavljali lestvico najbolj zaželenih tehnologij na svetu, bi bila v ospredju teleportacija. Samo pomislite, koliko težav bi rešili, če bi se lahko takoj premikali med različnimi kraji. Na žalost obstaja veliko indicev, da nam teleportacija v takšni obliki, kot bi si jo želeli, vsaj za zdaj ni dosegljiva. Vendar to ne pomeni, da teleportacija sploh ni mogoča. Samo izgleda drugače, kot si predstavljamo.
O teleportaciji ne moremo govoriti brez kratkega uvoda v osnove kvantne fizike. In to lahko posledično marsikoga odvrne od nadaljnjega branja članka. A verjemite mi, da se ne bomo preveč poglabljali v ta barakarska naselja, ampak bomo poskušali površno, s preprostimi besedami in nazornimi primeri razložiti princip teleportacije. Poskusimo razložiti, kako lahko zdaj deluje. Toda zakaj pravim točno "kako zdaj deluje"? Se to že dogaja? Ja, gospe in gospodje, prvi resni koraki so že narejeni. Vendar znanstvenikom ni uspelo teleportirati osebe, opreme ali materialov, temveč informacije. Nam je uspelo zaintrigirati vas? Berite naprej za isto.
Napredek v raziskavah teleportacije
Vsi vedo, kaj je teleportacija, vendar vsi ne vedo, da je bilo v njenem razvoju že narejenih več korakov. In že dolgo je minilo, odkar se je Einstein ukvarjal s tem vprašanjem. Znanstveniki so že ugotovili, da se vse začne na mikroravni, torej na ravni kvantnih delcev. Ko so te kvantne delce začeli proučevati, so opazili njihovo čudno vedenje. Sam proces njune interakcije je bil popolnoma drugačen od vsega, kar je mogoče videti s prostim očesom v makro merilu. Izkazalo se je, da kvantni delci so lahko na dveh mestih hkrati. Znanstveniki temu pravijo princip superpozicije. Do superpozicije pa pride le takrat, ko delci med seboj ne interagirajo, torej se jim nič ne zgodi. Ko mirujejo, govorimo o tako imenovanem kolapsu verjetnostnega vala. Zavedam se, da mnogi izmed vas vse to težko razumete. To stanje najlažje ponazorimo s pomočjo računalniških bitov. Kot veste, delujejo v binarnem sistemu, to je, da so lahko nič ali ena. In kubiti (kvantni biti) so lahko hkrati "nič" in "ena" – dokler se val verjetnosti ne zruši.
Einsteinu je uspelo odkriti, kar je imenoval "fantomska interakcija na daljavo". Med njegovim raziskovanjem se je izkazalo, da se običajni delci lahko prepletajo na kvantni ravni. Ne da bi se spuščal v podrobnosti, bom rekel, da se takšna dva delca lahko parita, čeprav imata različne lastnosti (na primer zagon). In zdaj je najbolj zanimivo, da se po parjenju lastnosti enega od njih spremenijo, hkrati pa se spremenijo lastnosti drugega delca. Ne glede na oddaljenost so! In prav to je tisto, na čemer teleportacija danes deluje. Če poskušate to opisati s preprostimi besedami, seveda, kajti dlje v gozd...
V laboratorijih je znanstvenikom uspelo prenesti stanje delca iz točke A v točko B, vendar se s tem ne prenaša nobena posebna informacija o tem delcu. Zakaj? Glavna težava je v tem, da na podlagi trenutnega stanja raziskav obe strani ne moreta ugotoviti te začetne informacije, torej znanstveniki ne morejo ugotoviti, kaj je bilo prej in kaj potem. Skoraj kot kokoš in jajce. Na tej stopnji je vredno izpostaviti te koncepte. Izkazalo se je, da je informacija nekaj veliko bolj zapletenega kot obnašanje samega delca.
In to je glavna omejitev v razvoju tehnologije teleportacije, ki hkrati osvetljuje, kaj bo v prihodnosti mogoče doseči in kaj verjetno ne bo. Naj povzamemo. Trenutno lahko na kvantnem nivoju delce »sparimo« med seboj. Lahko prenesemo stanje delcev iz točke A v točko B, ne prenesemo pa potrebne informacije. Nimamo tehnoloških zmožnosti, da bi razvili poseben kanal, ki bi te informacije prenašal s svetlobno hitrostjo. Na Zemlji prenašamo informacije po radijskih kanalih ali optičnih vlaknih, a to je povsem druga raven.
Preberite tudi: O kvantnih računalnikih z enostavnimi besedami
Trik s kovancem
Zakaj torej ne teleportiramo informacij v velikem obsegu, ko se zdi, da že obvladamo tehnologijo? No, ni vse tako preprosto, kot se morda zdi. Ne moremo popolnoma nadzorovati, v kakšnem kvantnem stanju (in s tem rezultatu teleportacije) končamo. Za razlago tega znanstveniki uporabljajo primer kovanca.
Imamo dva kovanca, zapletena v kvantno dimenzijo. Vsak ima lahko eno od dveh stanj - avers ali revers, eno gre pošiljatelju, drugo prejemniku. Po zapletu, če prvi kaže na sprednjo stran, mora tudi drugi kazati na sprednjo stran. Na srečo ali na žalost, bolj ali manj tako deluje v kvantni fiziki. Ko to ve, pošiljatelj začne vrteti prvi kovanec in hkrati se kovanec zavrti tistemu, ki mu je bil poslan. Medtem ko se kovanec vrti, nihče ne ve izida. Niti pošiljatelj niti prejemnik. Dokler se kovanec pošiljatelja ne ustavi, ne ve, katere informacije dejansko pošilja prejemniku. Skratka, pošiljamo »nekaj«, a pravzaprav ne vemo, kaj. Dokler ni poslana, informacija ostane v superpoziciji.
Ta omejitev onemogoča pošiljanje določenih informacij na tej stopnji razvoja, ker pošiljatelj ne more ugotoviti, ali bomo prejeli tisto, kar je nameraval poslati. Torej ni prenosnega kanala, ki bi preverjal informacije na obeh straneh. Tu bi nam lahko pomagali kvantni računalniki, ki pa se šele pojavljajo in so zaenkrat precej primitivni. Danes bomo govorili o njih.
Preberite tudi: Blockchains of tomorrow: Prihodnost industrije kriptovalut z enostavnimi besedami
Je teleportacija človeka sploh možna?
Tu smo prišli do za mnoge najpomembnejšega vprašanja. Ali lahko torej glede na današnjo realnost sploh razmišljamo o teleportiranju ljudi ali drugih organizmov? No, verjetno ni ene osebe na Zemlji, ki bi znala nedvoumno odgovoriti na to vprašanje. Osebno pa glede na smer razvoja menim, da je treba na to zaenkrat pozabiti. Zakaj?
Upoštevajte, da ko govorimo o teleportaciji, vedno govorimo o prenosu stanja delcev. Zato mora biti ta delec v nekem "definiranem" stanju. Medtem se človeški možgani spremenijo vsako mikrosekundo. Milijarde sinaps, elektronov, impulzov – ta proces je skoraj nemogoče ustaviti. Morda se zdi, da so možgani prostor, kjer se shranjujejo informacije, prejete iz okolja. Potem bi bilo morda možno teleportirati osebo s to informacijo, vendar to zagotovo ne bi bila ista oseba z enakimi možgani kot ob "potezi". Navsezadnje je samo stanje nekakšen zapis in v primeru našega živčnega središča sploh ni začetnega "stanja". Razen če govorimo o jasnovidcu.
Seveda so to le ugibanja in domneve, saj trenutno nihče ne more jasno napovedati, kaj bo prinesla prihodnost. Vendar pa nam trenutna smer raziskav in razvoja teleportacijskih tehnologij daje vedeti, da bomo šli v drugo smer.
Ali je prihodnost teleportacije povezana s kvantnimi računalniki?
Ali torej obstaja prihodnost teleportacije in kakšna je? Leta 2019 se je na to temo zgodil še en preboj. Kot smo že omenili, je teleportacija kvantnega stanja teoretično mogoča na poljubno razdaljo. Le teoretično, saj še ni povsem raziskano, a to dokazuje že samo dejstvo gibanja delca na razdalji več kot 500 kilometrov. Vemo tudi, da je daleč najbolj zapletena enota informacije najmanjši kubit (tj. dobro znani "bit" v superpoziciji).
Kljub temu se nam je zaradi sesutja vala verjetnosti med opazovanjem do sedaj uspelo teleportirati v stanje 0 ali 1 in nič drugega. Dvema neodvisnima ekipama znanstvenikov je pred časom uspelo poslati superpozicijo treh stanj hkrati, ki so jo poimenovali cutter. Sicer ni povsem uspel, sam poskus pa dobro dokazuje, da znanstveniki na teleportacijo niso pozabili. Kaj to pomeni za nas? Na kratko to pomeni, da zelo počasi, a vendarle povečujemo moč, kar bo v prihodnosti morda vodilo do prvega polnega prenosa informacij.
Konec leta 2019 je situacija postala še bolj zanimiva. Skupina znanstvenikov iz Züricha uspelo teleportirati količino podatkov. Med neodvisno delujočimi računalniškimi sistemi je bilo v eni sekundi prenesenih 10000 kvantnih bitov (qubits). Izdelali so računalniški čip z elektroniko v velikosti treh mikronov. Dva sta bila oddajnika, tretji pa sprejemnik. Zapleteni elektroni pri temperaturah blizu absolutne ničle so pomenili, da so se podatki, poslani na oddajnik, pojavili tudi v sprejemniku, torej po načelih kvantne fizike. In zakaj govorimo o teleportaciji in ne samo o prenosu podatkov? No, ker med sistemi ni bilo žice ali druge določene poti.
Menim, da vsa zgoraj obravnavana vprašanja ustvarijo precej pesimistično različico dogodkov, ki bo posledično odražala vaše navdušenje nad temo. Vendar še ni čas za paniko in izgubo zanimanja za temo teleportacije. Znanost ne miruje. Z razvojem raziskav o teleportaciji stanja kvantnih delcev se je končno začela pojavljati oprema v obliki kvantnih računalnikov. "Kaj ima to opraviti z našo temo?" - vprašate. No, z njihovo pomočjo želimo doseči ustvarjanje ločenega kvantnega kanala. Zahvaljujoč temu bo med drugim s pomočjo optičnih vlaken (seveda govorimo o "tradicionalni distribuciji", ne o kvantnih delcih) mogoče teleportirati informacije, namesto da bi jih pošiljali, kot je to zdaj. . Da - to je način domnevnega vpliva "pošiljatelja kovanca" na rezultat njegovega obtoka na kovancu prejemnika.
Delo takšnih računalnikov je zanimivo opisati, če razumete, da se kvantni računalnik ne more primerjati z navadnim namiznim računalnikom. To je povsem enako, kot če bi rekli, da je žarnica le "močnejša sveča". Gre za popolnoma različni tehnologiji, ki si nista niti podobni. In tako kot sodobni računalniki delujejo z dvema stanjema v binarnem sistemu (0 in 1), lahko kvantni računalniki delajo s stanji, ki so v superpoziciji. Tako sta na primer lahko 60 % nič in 40 % ena hkrati. To se sliši zapleteno, zato pojdimo k drugemu primeru.
Z računalnikom se igramo "avers or reverse" (omenil sem že, da je to najljubši primer znanstvenikov pri razlagi kvantnih stanj). Sprednja stran je privzeto na mizi. V prvem krogu lahko računalnik vrže kovanec ali ga pusti nespremenjenega, vendar ne poznamo izida končne odločitve. Potem dobimo enako priložnost, pa tudi računalnik ne pozna rezultata. Po nekaj krogih se preveri stanje kovanca. Če se je sprednja stran spremenila, zmaga računalnik, sicer zmagamo mi. To nam daje točno 50 % možnosti za zmago.
Če igramo isto igro s kvantnim računalnikom, bo računalnik v bistvu dobil 100% možnosti za zmago (v študiji je zmagal 97% v več kot 300 različnih igrah, preostalih 3% je verjetno ... zaradi sistemske napake). Toda kako je to mogoče? Predstavljajte si, da računalnik vsak krog obdrži svojo superpozicijo, saj je ne vidi noben opazovalec (nihče iz okolja, vključno z nami). Hkrati se stroj odloči 30% za avers in 70% za izhod iz trenutnega stanja, v naslednjem krogu izbere drugo. Najpomembneje pa je, da kvantni računalnik vedno izbere dve različni stanji (ko izberemo le eno). Čisto na koncu igre, ko je izid razkrit, se val verjetnosti prekine in ... on zmaga.
Nas kvantni računalnik vara? ne! Vem, da je težko razumeti, a predstavljajte si, da med temi več krogi računalnik v eno posodo zlije dva različna soka v različnih razmerjih in čisto na koncu loči obe komponenti mešanice, pri čemer dobesedno »premaga« verjetnost in vedno naredi prava izbira. Težko je verjeti, a v praksi se dogaja točno to.
Nejasen pojav, vendar je dobra ilustracija moči kvantne fizike. Na ravni kvantnih molekul bi bil tak računalnik veliko boljši pri razvoju na primer novih zdravil. Zagotovo bi nam prišla prav v razmerah pandemije in pri premagovanju drugih bolezni. Najpomembneje pa je, da bo tak računalnik uporaben pri razvoju teleportacijskih informacijskih tehnologij. In to niso trivialne besede! Ko bo na svetu veliko kvantnih računalnikov, se bodo kvantne molekule vsakega izmed njih lahko mešale (parile) med seboj. Potem, če spremenimo lastnost enega od njih, bomo spremenili tudi stanje seznanjene molekule. Končno bo možno pošiljanje informacij, saj bo takoj po pošiljanju mogoče ugotoviti začetno in končno stanje. Vsekakor pa spomnimo na dosežke Googlovega kvantnega superračunalnika. V 200 sekundah je naredil izračune, ki bi zahtevali... 10 let delovanja najhitrejšega »normalnega« superračunalnika. Tako lahko vidite ogromen potencial in moč, ki jo nosi.
Tako bi nastal popolnoma nov kanal prenosa, o katerem nismo niti sanjali. Tako kot zdaj optično vlakno ali radijski kanal. In ker, kot že rečeno, teoretično ni omejitve teleportacijske razdalje kvantnega stanja, bomo lahko v trenutku komunicirali tudi z drugimi planeti. In to na izjemno varen način. Zahvaljujoč teleportaciji bi bilo celo teoretično nemogoče "ujeti" informacije. Po drugi strani, če bi teleportacija postala mogoča, bi inteligentna oseba našla način za to. Morda še ne vemo toliko in zato nismo čisto homo sapiensi...
In zdaj smo prišli do konca pogovora o trenutnem in prihodnjem stanju razvoja teleportacije. Treba je priznati, da so načrti za prihodnost videti veliko bolj zanimivi, še posebej, ker niso vsi tako daleč, kot bi si mislili. Ne smemo pozabiti tudi, da ne moremo napovedati, kakšna bo dejansko prihodnost. Sodobni svet je dokazal, da včasih tisto, kar se je pred 30 leti zdelo fantazija, danes postane resničnost. Vse teze (zlasti tiste, ki se nanašajo na teleportacijo človeka) temeljijo na dostopnih informacijah in napovedih razvoja raziskav. Zato upamo, da bo tehnologija kvantnega računalništva kmalu postala bolj dostopna in razumljiva. In seveda želimo, da se ta revolucija zgodi v času našega življenja. Resnično želim videti, kako se lahko človek takoj preseli na Mars ali Alfa Kentavra. Sanje, sanje, sanje...
Preberite tudi: