Zawartość
- Korzenie teleportacji: fizyka i mechanika kwantowa
- Podstawowa zasada: zasada nieoznaczoności Heisenberga
- Upiorna akcja na odległość i Schrödingers Cat
- Teleportacja kwantowa i science fiction
- Co przyniesie przyszłość teleportacji
Teleportacja to transfer materii lub energii z jednej lokalizacji do drugiej bez przekraczania odległości w tradycyjnym sensie fizycznym. Kiedy kapitan James T. Kirk z serialu telewizyjnego i filmów „Star Trek” po raz pierwszy powiedział inżynierowi Starship Enterprise, Montgomery'emu „Scotty'emu Scottowi”, że „wysłał mnie” w 1967 roku, aktorzy nie wiedzieli, że do 1993 roku naukowiec IBM Charles H. Bennett i współpracownicy zaproponowaliby teorię naukową, która sugerowałaby realną możliwość teleportacji.
W 1998 r. Teleportacja stała się rzeczywistością, gdy fizycy z California Institute of Technology teleportowali cząstkę światła z jednego miejsca do drugiego w laboratorium, nie przekraczając fizycznie odległości między tymi dwoma miejscami. Chociaż istnieją pewne podobieństwa między science fiction a faktem naukowym, teleportacja w prawdziwym świecie znacznie różni się od jej fikcyjnych korzeni.
Korzenie teleportacji: fizyka i mechanika kwantowa
Gałąź nauki, która doprowadziła do pierwszej teleportacji w 1998 roku, wywodzi się z ojca mechaniki kwantowej, niemieckiego fizyka Maxa Plancka. Jego praca w latach 1900 i 1905 w termodynamice doprowadziła go do odkrycia odrębnych pakietów energii, które nazwał „kwantami”. W swojej teorii, znanej obecnie jako stała Plancka, opracował formułę opisującą, w jaki sposób kwanty na poziomie subatomowym działają zarówno jako cząstki, jak i fale.
Wiele zasad i zasad mechaniki kwantowej na poziomie makroskopowym opisuje te dwa rodzaje zdarzeń: podwójne istnienie fal i cząstek. Cząsteczki, będące zlokalizowanymi doświadczeniami, przenoszą zarówno masę, jak i energię w ruchu. Fale reprezentujące zdecentralizowane zdarzenia rozprzestrzeniają się w czasoprzestrzeni, takie jak fale świetlne w widmie elektromagnetycznym i przenoszą energię, ale nie masę podczas ruchu. Na przykład kulki na stole bilardowym - przedmioty, które można dotknąć - zachowują się jak cząsteczki, podczas gdy zmarszczki na stawie zachowują się jak fale, w których nie ma „transportu wody w sieci: stąd transportu masy netto”, pisze Stephen Jenkins, profesor fizyki na University of Exeter w Wielkiej Brytanii
Podstawowa zasada: zasada nieoznaczoności Heisenberga
Jedna podstawowa zasada wszechświata, opracowana przez Wernera Heisenberga w 1927 r., Znana obecnie jako zasada nieoznaczoności Heisenberga, mówi, że istnieje wewnętrzna wątpliwość związana ze znajomością dokładnego położenia i ciągu każdej pojedynczej cząstki. Im więcej możesz zmierzyć jeden z atrybutów cząstek, takich jak ciąg, tym bardziej niejasna staje się informacja o lokalizacji cząstek. Innymi słowy, zasada mówi, że nie możesz znać obu stanów cząsteczki jednocześnie, a tym bardziej poznać wielu stanów wielu cząstek jednocześnie. Sama zasada nieoznaczoności Heisenberga uniemożliwia ideę teleportacji. Ale w tym miejscu mechanika kwantowa staje się dziwna, a to z powodu badań fizyka Erwina Schrödingersa o splątaniu kwantowym.
Upiorna akcja na odległość i Schrödingers Cat
Podsumowując w najprostszy sposób, splątanie kwantowe, które Einstein nazwał „upiornym działaniem na odległość”, zasadniczo mówi, że pomiar jednej zaplątanej cząstki wpływa na pomiar drugiej zaplątanej cząstki, nawet jeśli odległość między dwiema cząstkami jest duża.
Schrödinger opisał to zjawisko w 1935 r. Jako „odejście od klasycznych linii myśli” i opublikował je w dwuczęściowej pracy, w której nazwał teorię „Verschränkung”, czyli splątaniem. W tym artykule, w którym mówił także o swoim paradoksalnym kocie - żywym i martwym w tym samym czasie, aż obserwacje upadły, istnienie stanu kotów w nim jest martwy lub żywy - Schrödinger zasugerował, że kiedy dwa odrębne układy kwantowe zaplątują się lub kwantowo połączonych ze względu na poprzednie spotkanie, wyjaśnienie cech jednego układu lub stanu kwantowego nie jest możliwe, jeśli nie obejmuje cech drugiego układu, bez względu na odległość przestrzenną między dwoma układami.
Splątanie kwantowe stanowi podstawę eksperymentów z teleportacją kwantową, które przeprowadzają dziś naukowcy.
Teleportacja kwantowa i science fiction
Teleportacja przez dzisiejszych naukowców polega na splątaniu kwantowym, dzięki czemu to, co dzieje się z jedną cząsteczką, dzieje się z drugą natychmiast. W przeciwieństwie do science fiction, nie wymaga fizycznego skanowania obiektu lub osoby i przekazania jej w inne miejsce, ponieważ obecnie niemożliwe jest stworzenie dokładnej kopii kwantowej oryginalnego obiektu lub osoby bez zniszczenia oryginału.
Zamiast tego teleportacja kwantowa oznacza przeniesienie stanu kwantowego (np. Informacji) z jednego atomu do innego atomu w znacznej różnicy. Zespoły naukowe z University of Michigan i Joint Quantum Institute na University of Maryland poinformowały w 2009 roku, że pomyślnie zakończyły ten konkretny eksperyment. W eksperymencie informacje z jednego atomu przesunęły się do drugiego o metr od siebie. Podczas eksperymentu naukowcy trzymali każdy atom w osobnych obudowach.
Co przyniesie przyszłość teleportacji
Podczas gdy pomysł przeniesienia osoby lub obiektu z Ziemi w odległe miejsce w kosmosie pozostaje w tej chwili w sferze science fiction, kwantowa teleportacja danych z jednego atomu do drugiego może mieć zastosowanie w wielu obszarach: komputerach, cyberbezpieczeństwie , Internet i nie tylko.
Zasadniczo każdy system, który polega na przesyłaniu danych z jednej lokalizacji do innej, może widzieć transmisje danych przebiegające znacznie szybciej, niż ludzie mogą sobie wyobrazić. Gdy teleportacja kwantowa powoduje przenoszenie danych z jednego miejsca do drugiego bez żadnego upływu czasu z powodu superpozycji - dane istniejące zarówno w podwójnych stanach, jak i 0 i 1 w systemie binarnym komputera, dopóki pomiar nie zwinie stanu do 0 lub 1 - dane przenoszą się szybszy niż prędkość światła. Kiedy tak się stanie, technologia komputerowa przejdzie zupełnie nową rewolucję.