Περιεχόμενο
- Ρίζες τηλεμεταφοράς: Κβαντική Φυσική και Μηχανική
- Θεμελιώδης κανόνας: Αρχή αβεβαιότητας του Heisenberg
- Spooky Action σε απόσταση και Schrödingers Cat
- Κβαντική Τηλεμεταφορά και Επιστημονική Φαντασία
- Τι το μέλλον κρατάει για τηλεμεταφορά
Η τηλεμεταφορά είναι η μεταφορά της ύλης ή της ενέργειας από τη μία θέση στην άλλη, χωρίς κανείς από αυτούς να διασχίζει την απόσταση με την παραδοσιακή φυσική έννοια. Όταν ο καπετάνιος Τζέιμς Τ. Κερκ της τηλεοπτικής σειράς και των ταινιών "Star Trek" είπε για πρώτη φορά στον μηχανικό του Starship Enterprise, Montgomery "Scotty" Scott να "αναβοσβήνει" το 1967, οι ηθοποιοί γνώριζαν ελάχιστα ότι το 1993 ο επιστήμονας της IBM Ο Bennett και οι συνάδελφοί του θα πρότειναν μια επιστημονική θεωρία που πρότεινε την πραγματική δυνατότητα τηλεμεταφοράς.
Μέχρι το 1998, η τηλεμεταφορά έγινε πραγματικότητα όταν οι φυσικοί στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια κβαντοποίησαν ένα σωματίδιο φωτός από τη μια θέση στην άλλη σε ένα εργαστήριο χωρίς να διασχίσει φυσικά την απόσταση μεταξύ των δύο θέσεων. Παρόλο που υπάρχουν ομοιότητες μεταξύ της επιστημονικής φαντασίας και του γεγονότος της επιστήμης, η τηλεμεταφορά στον πραγματικό κόσμο διαφέρει πολύ από τις φανταστικές της ρίζες.
Ρίζες τηλεμεταφοράς: Κβαντική Φυσική και Μηχανική
Ο κλάδος της επιστήμης που οδήγησε στην πρώτη αυτή τηλεμεταφορά το 1998 παίρνει τις ρίζες του από τον πατέρα της κβαντικής μηχανικής, τον γερμανό φυσικό Max Planck. Το έργο του το 1900 και το 1905 στη θερμοδυναμική τον οδήγησε στην ανακάλυψη ξεχωριστών πακέτων ενέργειας που ονόμασε "κουτάνια". Στη θεωρία του, τώρα γνωστή ως Plancks σταθερή, ανέπτυξε μια φόρμουλα που περιγράφει πώς τα ποσοτικά, σε ένα υποατομικό επίπεδο, εκτελούν τόσο σωματίδια όσο και κύματα.
Πολλοί κανόνες και αρχές στην κβαντική μηχανική σε μακροσκοπικό επίπεδο περιγράφουν αυτούς τους δύο τύπους περιστατικών: τη διπλή ύπαρξη κυμάτων και σωματιδίων. Τα σωματίδια, που είναι τοπικές εμπειρίες, μεταφέρουν τόσο τη μάζα όσο και την ενέργεια σε κίνηση. Τα κύματα, που αντιπροσωπεύουν μετατοπισμένα γεγονότα, εξαπλώνονται σε χωροχρόνο, όπως τα φωτεινά κύματα στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, και μεταφέρουν ενέργεια αλλά όχι μάζα καθώς κινούνται. Για παράδειγμα, οι μπάλες σε ένα τραπέζι μπιλιάρδου - αντικείμενα που μπορείτε να αγγίξετε - συμπεριφέρονται σαν σωματίδια, ενώ οι κυματισμοί σε μια λίμνη συμπεριφέρονται σαν κύματα όπου δεν υπάρχει "καθαρή μεταφορά νερού: επομένως δεν υπάρχει καθαρή μεταφορά μάζας", γράφει ο Stephen Jenkins, καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Exeter στο Ηνωμένο Βασίλειο
Θεμελιώδης κανόνας: Αρχή αβεβαιότητας του Heisenberg
Ένας βασικός κανόνας του σύμπαντος, που αναπτύχθηκε από τον Werner Heisenberg το 1927, τώρα γνωστός ως αρχή αβεβαιότητας του Heisenbergs, λέει ότι υπάρχει μια εγγενής αμφιβολία που συνδέεται με τη γνώση της ακριβούς θέσης και ώθησης κάθε μεμονωμένου σωματιδίου. Όσο περισσότερο μπορείτε να μετρήσετε ένα από τα χαρακτηριστικά σωματιδίων, όπως η ώθηση, τόσο πιο ασαφείς είναι οι πληροφορίες σχετικά με την τοποθεσία σωματιδίων. Με άλλα λόγια, η αρχή λέει ότι δεν μπορείτε να γνωρίζετε και τις δύο καταστάσεις του σωματιδίου ταυτόχρονα, πολύ λιγότερο γνωρίζετε τις πολλαπλές καταστάσεις πολλών σωματιδίων ταυτόχρονα. Από μόνη της, η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenbergs καθιστά αδύνατη την ιδέα της τηλεμεταφοράς. Αλλά αυτό είναι όπου η κβαντική μηχανική παίρνει περίεργη, και οφείλεται στη φυσική Erwin Schrödingers μελέτη της κβαντικής εμπλοκής.
Spooky Action σε απόσταση και Schrödingers Cat
Όταν συνοψίζεται με τους απλούστερους όρους, η κβαντική εμπλοκή, την οποία ο Αϊνστάιν ονομάζεται «τρομακτική δράση από απόσταση», ουσιαστικά λέει ότι η μέτρηση ενός εμπλεγμένου σωματιδίου επηρεάζει τη μέτρηση του δεύτερου εμπλεγμένου σωματιδίου ακόμα κι αν υπάρχει μεγάλη απόσταση μεταξύ των δύο σωματιδίων.
Ο Schrödinger περιέγραψε το φαινόμενο αυτό το 1935 ως «αποχώρηση από τις κλασσικές γραμμές σκέψης» και το δημοσίευσε σε ένα έγγραφο δύο μερών στο οποίο ονομάζεται η θεωρία «Verschränkung», ή η εμπλοκή. Στο έγγραφο αυτό, στο οποίο μίλησε επίσης για την παράδοξή του γάτα - ζωντανή και νεκρή ταυτόχρονα μέχρι που η παρατήρηση κατέρρευσε την ύπαρξη της κατάστασης των γατών σε αυτό είτε ήταν νεκρό είτε ζωντανό - ο Schrödinger πρότεινε ότι όταν δύο χωριστά κβαντικά συστήματα εμπλέκονται ή κβαντικά λόγω μιας προηγούμενης συνάντησης, δεν είναι δυνατή η εξήγηση των χαρακτηριστικών ενός κβαντικού συστήματος ή κράτους εάν δεν περιλαμβάνει τα χαρακτηριστικά του άλλου συστήματος, ανεξαρτήτως της χωρικής απόστασης μεταξύ των δύο συστημάτων.
Η κβαντική εμπλοκή αποτελεί τη βάση των πειραμάτων κβαντικής τηλεμεταφοράς που πραγματοποιούν οι επιστήμονες σήμερα.
Κβαντική Τηλεμεταφορά και Επιστημονική Φαντασία
Η τηλεμεταφορά από τους επιστήμονες σήμερα βασίζεται στην κβαντική εμπλοκή, έτσι ώστε αυτό που συμβαίνει σε ένα σωματίδιο να συμβαίνει στο άλλο στιγμιαία. Αντίθετα με την επιστημονική φαντασία, δεν περιλαμβάνει τη φυσική σάρωση ενός αντικειμένου ή ενός ατόμου και τη μετάδοσή του σε άλλη τοποθεσία, επειδή είναι αδύνατο να δημιουργηθεί ένα ακριβές κβαντικό αντίγραφο του αρχικού αντικειμένου ή του ατόμου χωρίς να καταστραφεί το πρωτότυπο.
Αντ 'αυτού, η κβαντική τηλεμεταφορά αντιπροσωπεύει την κίνηση μιας κβαντικής κατάστασης (όπως πληροφορίες) από ένα άτομο σε ένα διαφορετικό άτομο σε μια σημαντική διαφορά. Οι επιστημονικές ομάδες του Πανεπιστημίου του Μίτσιγκαν και του Κοινού Κβαντικού Ινστιτούτου του Πανεπιστημίου του Maryland ανέφεραν το 2009 ότι ολοκλήρωσαν με επιτυχία αυτό το συγκεκριμένο πείραμα. Στο πείραμά τους, οι πληροφορίες από ένα άτομο μεταφέρθηκαν σε ένα άλλο ένα μέτρο. Οι επιστήμονες κρατούσαν κάθε άτομο σε χωριστά περιβλήματα κατά τη διάρκεια του πειράματος.
Τι το μέλλον κρατάει για τηλεμεταφορά
Ενώ η ιδέα της μεταφοράς ενός ατόμου ή ενός αντικειμένου από τη Γη σε μια μακρινή τοποθεσία στο διάστημα παραμένει στο χώρο της επιστημονικής φαντασίας προς το παρόν, η κβαντική τηλεμεταφορά δεδομένων από ένα άτομο σε άλλο έχει δυνατότητες για εφαρμογές σε πολλαπλά αρένες: υπολογιστές, cybersecurity , το Διαδίκτυο και άλλα.
Βασικά, κάθε σύστημα που βασίζεται στη μετάδοση δεδομένων από μια τοποθεσία σε μια άλλη μπορεί να δει ότι οι μεταδόσεις δεδομένων συμβαίνουν πολύ γρηγορότερα από ότι οι άνθρωποι μπορούν να αρχίσουν να φαντάζονται. Όταν η κβαντική τηλεμεταφορά έχει ως αποτέλεσμα τα δεδομένα να μετακινούνται από τη μία θέση στην άλλη χωρίς χρονικό περιορισμό λόγω της υπέρθεσης - τα δεδομένα που υπάρχουν τόσο στις δύο καταστάσεις των 0 και 1 σε ένα δυαδικό σύστημα των υπολογιστών μέχρι να καταρρεύσει η μέτρηση η κατάσταση σε 0 ή 1 - κινήσεις δεδομένων πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός. Όταν συμβαίνει αυτό, η τεχνολογία των υπολογιστών θα υποβληθεί σε μια εντελώς νέα επανάσταση.