Je teleportácia vedecky možná? Budeme čoskoro schopní cestovať po svetoch takmer okamžite? Dnes sa pokúsime povedať, čo je v tejto oblasti nové.
Teleportácia bola od počiatku sveta ľudským snom. Človek sa chce okamžite pohybovať vo vesmíre, cestovať, bez toho, aby strácal čas únavnými výletmi na veľké vzdialenosti. Táto téma je už dlho prítomná v mnohých dielach popkultúry, no stále je predmetom skúmania. Hoci ešte v roku 2004 bol dokonca zaregistrovaný patent na „systéme teleportácie celého tela“ sú už prvé úspechy vo výskume teleportácie, ktoré však dokazujú, že to vôbec nebude to, čo od tejto technológie očakávame.
Prečo téma teleportácie tak rozprúdi predstavivosť ľudstva? Ak by sme mali urobiť zoznam najžiadanejších technológií na svete, teleportácia by bola v popredí. Len si pomyslite, koľko problémov by sme vyriešili, keby sme sa mohli okamžite pohybovať medzi rôznymi miestami. Bohužiaľ, veľa nasvedčuje tomu, že teleportácia v podobe, v akej by sme ju aspoň zatiaľ chceli vidieť, je mimo náš dosah. To však neznamená, že teleportácia nie je vôbec možná. Vyzerá inak, ako si predstavujeme.
Bez stručného úvodu do základov kvantovej fyziky nemožno hovoriť o teleportácii. A to zase môže mnohých odradiť od ďalšieho čítania článku. Ale verte, že sa do tých slumov nebudeme ponoriť príliš hlboko, ale pokúsime sa povrchne, jednoduchými slovami a jasnými príkladmi vysvetliť princíp teleportácie. Pokúsme sa vysvetliť, ako to môže fungovať práve teraz. Ale prečo hovorím presne „ako to teraz funguje“? Už sa to deje? Áno, dámy a páni, prvé vážne kroky už boli podniknuté. Vedcom sa však podarilo teleportovať nie osobu, vybavenie či materiály, ale informácie. Podarilo sa nám vás zaujať? Prečítajte si to isté.
Pokroky vo výskume teleportácie
Každý vie, čo je teleportácia, no nie každý vie, že v jej vývoji sa už urobilo niekoľko krokov. A je to už dávno, čo sa Einstein zaoberal touto problematikou. Vedci už zistili, že všetko začína na mikroúrovni, teda na úrovni kvantových častíc. Keď sa tieto kvantové častice začali študovať, všimli si ich zvláštne správanie. Samotný proces ich interakcie bol úplne odlišný od všetkého, čo je možné vidieť voľným okom na makroúrovni. Ukázalo sa, že kvantový častice môžu byť na dvoch miestach naraz. Vedci tomu hovoria princíp superpozície. K superpozícii však dochádza len vtedy, keď častice medzi sebou neinteragujú, to znamená, že sa im nič nestane. Keď sú v pokoji, hovoríme o takzvanom kolapse pravdepodobnostnej vlny. Uvedomujem si, že pre mnohých z vás je ťažké tomu všetkému porozumieť. Najjednoduchší spôsob, ako ilustrovať tento stav, je pomocou počítačových bitov. Ako viete, pracujú v binárnom systéme, to znamená, že môžu byť nula alebo jedna. A qubity (kvantové bity) môžu byť súčasne „nula“ aj „jednotka“ – až kým sa vlna pravdepodobnosti nezrúti.
Einsteinovi sa podarilo objaviť to, čo nazval „fantómovou interakciou na diaľku“. V priebehu jeho výskumu sa ukázalo, že bežné častice môžu byť prepletené na kvantovej úrovni. Bez toho, aby som zachádzal do detailov, poviem, že takéto dve častice sa môžu spájať, hoci majú odlišné vlastnosti (napríklad hybnosť). A teraz najzaujímavejšie je, že po spárovaní sa vlastnosti jednej z nich zmenia a súčasne sa zmenia vlastnosti druhej častice. Bez ohľadu na ich vzdialenosť! A presne na tomto dnes funguje teleportácia. Ak sa to pokúsite opísať jednoduchými slovami, samozrejme, pretože čím ďalej do lesa...
V laboratóriách sa vedcom podarilo preniesť stav častice z bodu A do bodu B, ale s tým sa neprenášajú žiadne konkrétne informácie o tejto častici. prečo? Hlavným problémom je, že na základe súčasného stavu výskumu obe strany nedokážu tieto prvotné informácie zistiť, to znamená, že vedci nevedia určiť, čo bolo skôr a čo potom. Skoro ako kura a vajce. V tejto fáze stojí za to zdôrazniť tieto pojmy. Ukázalo sa, že informácia je niečo oveľa komplikovanejšie ako správanie samotnej častice.
A to je hlavné obmedzenie vo vývoji technológie teleportácie, ktorá zároveň osvetľuje, čo možno v budúcnosti dosiahnuť a čo sa pravdepodobne dosiahnuť nedá. Poďme si to zhrnúť. V súčasnosti sme schopní „párovať“ častice medzi sebou na kvantovej úrovni. Môžeme preniesť stav častíc z bodu A do bodu B, ale neprenesieme potrebné informácie. Nemáme technologické možnosti na vývoj špeciálneho kanála, ktorý by tieto informácie prenášal rýchlosťou svetla. Na Zemi prenášame informácie prostredníctvom rádiových kanálov alebo optických vlákien, ale toto je úplne iná úroveň.
Prečítajte si tiež: O kvantových počítačoch jednoduchými slovami
Trik s mincami
Prečo teda neteleportujeme informácie vo veľkom meradle, keď sa zdá, že túto technológiu ovládame? No nie všetko je také jednoduché, ako by sa mohlo zdať. Nemáme plne pod kontrolou, v akom kvantovom stave (a teda aj výsledku teleportácie) skončíme. Na vysvetlenie vedci používajú príklad mince.
Máme dve mince zapletené do kvantovej dimenzie. Každý môže mať jeden z dvoch stavov – averzný alebo reverzný, jeden ide k odosielateľovi, druhý k príjemcovi. Ak po zapletení prvý ukazuje na averz, musí aj druhý smerovať na averz. Našťastie alebo nanešťastie to tak v kvantovej fyzike viac-menej funguje. S vedomím toho odosielateľ začne točiť prvú mincu a zároveň sa minca točí tomu, komu bola odoslaná. Kým sa minca točí, nikto nevie výsledok. Ani odosielateľ, ani príjemca. Kým sa minca odosielateľa nezastaví, nevie, aké informácie v skutočnosti odosiela príjemcovi. Skrátka „niečo“ posielame, ale vlastne nevieme čo. Do odoslania zostávajú informácie v superpozícii.
Toto obmedzenie znemožňuje odosielanie konkrétnych informácií v tomto štádiu vývoja, pretože odosielateľ nemôže určiť, či dostaneme to, čo zamýšľal odoslať. Neexistuje teda žiadny prenosový kanál, ktorý kontroluje informácie na oboch stranách. Kvantové počítače by nám tu mohli pomôcť, no tie sa objavujú až teraz a zatiaľ sú dosť primitívne. Dnes si o nich povieme.
Prečítajte si tiež: Blockchains zajtrajška: Budúcnosť odvetvia kryptomien jednoduchými slovami
Je vôbec možná teleportácia ľudí?
Tu sa dostávame k najdôležitejšej otázke pre mnohých. Môžeme teda vôbec uvažovať o teleportovaní ľudí alebo iných organizmov na základe reality dneška? No asi na Zemi neexistuje jediný človek, ktorý by na túto otázku vedel jednoznačne odpovedať. Pri pohľade na smer vývoja si však osobne myslím, že na to treba zatiaľ zabudnúť. prečo?
Všimnite si, že keď hovoríme o teleportácii, vždy hovoríme o prenose stavu častíc. Preto musí byť táto častica v nejakom „definovanom“ stave. Medzitým sa ľudský mozog mení každú mikrosekundu. Miliardy synapsií, elektrónov, impulzov – tento proces je takmer nemožné zastaviť. Môže sa zdať, že mozog je miesto, kde sa ukladajú informácie prijaté z okolia. Potom by možno bolo možné teleportovať osobu s týmito informáciami, ale určite by to nebola tá istá osoba s rovnakým mozgom, ako keď bol vykonaný „ťah“. Koniec koncov, samotný stav je akýmsi záznamom a v prípade nášho nervového centra neexistuje ani počiatočný „stav“. Pokiaľ nehovoríme o psychike.
Samozrejme, sú to len dohady a domnienky, pretože v súčasnosti nikto nedokáže jednoznačne predpovedať, čo prinesie budúcnosť. Súčasný smer výskumu a vývoja teleportačných technológií nám však dáva pochopiť, že pôjdeme iným smerom.
Je budúcnosť teleportácie spojená s kvantovými počítačmi?
Existuje teda budúcnosť v teleportácii a čo to je? Ďalší prelom v tejto téme nastal v roku 2019. Ako sme už spomenuli, teleportácia kvantového stavu je teoreticky možná na akúkoľvek vzdialenosť. Iba teoreticky, keďže to ešte nebolo úplne preskúmané, ale môže to dokázať už samotný fakt pohybu častice na vzdialenosť viac ako 500 kilometrov. Vieme tiež, že zďaleka najzložitejšou jednotkou informácie je najmenší qubit (teda známy „bit“ v superpozícii).
Napriek tomu sa nám vďaka kolapsu pravdepodobnostnej vlny počas pozorovania zatiaľ podarilo teleportovať do stavu 0 alebo 1 a nič iné. Pred časom sa dvom nezávislým tímom vedcov podarilo vyslať súčasne superpozíciu troch štátov, ktorú nazvali rezačka. Nepodarilo sa to však úplne, no samotný pokus dobre ukazuje, že vedci na teleportáciu nezabudli. Čo to pre nás znamená? V skratke to znamená, že veľmi pomaly, ale stále zvyšujeme výkon, čo môže v budúcnosti viesť k prvému úplnému prenosu informácií.
Koncom roka 2019 bola situácia ešte zaujímavejšia. Tím vedcov z Zürichu sa podarilo teleportovať kvantum dát. 10000 XNUMX kvantových bitov (qubitov) bolo prenesených medzi nezávisle fungujúcimi počítačovými systémami za jednu sekundu. Zostrojili počítačový čip s elektronikou o veľkosti troch mikrónov. Dva boli vysielače, zatiaľ čo tretí bol prijímač. Zapletené elektróny pri teplotách blízkych absolútnej nule znamenali, že dáta odoslané do vysielača sa objavili aj v prijímači, teda podľa princípov kvantovej fyziky. A prečo hovoríme o teleportácii a nielen o prenose dát? No, pretože medzi systémami nebol žiadny drôt alebo iná určená cesta.
Domnievam sa, že všetky vyššie diskutované problémy vytvárajú skôr pesimistickú verziu udalostí, ktorá bude odrážať vaše nadšenie pre túto tému. Ale nie je čas na paniku a stratu záujmu o tému teleportácie. Veda nestojí na mieste. S rozvojom výskumu teleportácie stavu kvantových častíc sa konečne začali objavovať zariadenia v podobe kvantových počítačov. "Čo to má spoločné s našou témou?" - pýtaš sa. No, s ich pomocou chceme dosiahnuť vytvorenie samostatného kvantového kanála. Vďaka tomu bude možné informácie teleportovať, namiesto ich odosielania, ako je to teraz, okrem iného pomocou optických vlákien (samozrejme, hovoríme o „tradičnom rozdelení“, nie o kvantových časticiach) . Áno – ide o spôsob predpokladaného vplyvu „odosielateľa mince“ na výsledok jej obehu na minci príjemcu.
Práca takýchto počítačov je zaujímavá na popísanie, ak pochopíte, že kvantový počítač nemožno porovnávať s obyčajným stolným PC. Je to rovnaké, ako keby ste povedali, že žiarovka je len „silnejšia sviečka“. Ide o úplne odlišné technológie, ktoré si nie sú ani podobné. A tak ako moderné počítače pracujú s dvoma stavmi v dvojkovej sústave (0 a 1), kvantové počítače dokážu pracovať so stavmi, ktoré sú v superpozícii. Môžu teda byť napríklad 60 % nula a 40 % jedna súčasne. Znie to komplikovane, takže prejdime k ďalšiemu príkladu.
S počítačom sa hráme „obverzne alebo obrátene“ (už som spomínal, že ide o obľúbený príklad vedcov pri vysvetľovaní kvantových stavov). Averz je štandardne na stole. V prvom kole môže počítač hodiť mincou alebo ju nechať nezmenenú, ale výsledok konečného rozhodnutia nepoznáme. Potom dostaneme rovnakú príležitosť a ani počítač nepozná výsledok. Po niekoľkých kolách sa skontroluje stav mince. Ak sa averz zmenil, vyhráva počítač, inak vyhrávame my. To nám dáva presne 50% šancu na výhru.
Ak hráme rovnakú hru s kvantovým počítačom, počítač získa v podstate 100% šancu na výhru (v štúdii vyhral 97% vo viac ako 300 rôznych hrách, zvyšné 3% sú pravdepodobne... kvôli systémovej chybe). Ale ako je to možné? Predstavte si, že každé kolo si počítač zachováva svoju superpozíciu, pretože ho nevidí žiadny pozorovateľ (nikto z okolia vrátane nás). Automat zároveň rozhodne 30 % v prospech averzu a 70 % v prospech opustenia súčasného stavu, v ďalšom kole si vyberie iný. Najdôležitejšie však je, že kvantový počítač si vždy vyberie dva rôzne stavy (keď si vyberieme len jeden). Na samom konci hry, keď je odhalený výsledok, sa vlna pravdepodobnosti zlomí a... vyhráva.
Klame nás kvantový počítač? Nie! Viem, že je to ťažké pochopiť, ale predstavte si, že počas týchto niekoľkých kôl počítač naleje do jednej misky dve rôzne šťavy v rôznych pomeroch a na samom konci obe zložky zmesi oddelí, doslova „prekoná“ pravdepodobnosť a vždy urobí správna voľba. Je ťažké uveriť, ale v praxi sa to presne deje.
Nejasný jav, ale je dobrou ilustráciou sily kvantovej fyziky. Na úrovni kvantových molekúl by bol takýto počítač oveľa lepší pri vývoji napríklad nových liekov. Určite by nám to prišlo vhod v podmienkach pandémie a na prekonanie iných chorôb. Najdôležitejšie však je, že takýto počítač bude užitočný pri vývoji teleportačných informačných technológií. A to nie sú triviálne slová! Keď bude na svete veľa kvantových počítačov, kvantové molekuly každého z nich sa budú môcť navzájom miešať (spárovať). Ak potom zmeníme vlastnosť jedného z nich, zmeníme aj stav spárovanej molekuly. Konečne bude možné posielať informácie, pretože hneď po ich odoslaní je možné určiť počiatočný a konečný stav. V každom prípade si pripomeňme úspechy kvantového superpočítača od Googlu. Za 200 sekúnd urobil výpočty, ktoré by si vyžadovali... 10 rokov prevádzky najrýchlejšieho „normálneho“ superpočítača. Takže môžete vidieť obrovský potenciál a silu, ktorú nesie.
Vznikol by tak úplne nový kanál prenosu, o akom sa nám ani nesnívalo. Rovnako ako teraz optické vlákno alebo rádiový kanál. A keďže, ako už bolo spomenuté, teleportačná vzdialenosť kvantového stavu teoreticky nie je nijako obmedzená, v okamihu budeme môcť komunikovať aj s inými planétami. A to mimoriadne bezpečným spôsobom. Vďaka teleportácii by bolo aj teoreticky nemožné „chytiť“ informácie. Na druhej strane, ak by bola teleportácia možná, inteligentný človek by našiel spôsob, ako to urobiť. Možno toho ešte toľko nevieme, a preto nie sme celkom homo sapiens...
A teraz sme sa dostali na koniec rozhovoru o súčasnom a budúcom stave vývoja teleportácie. Treba priznať, že plány do budúcnosti vyzerajú oveľa zaujímavejšie, najmä preto, že nie všetky sú tak ďaleko, ako by ste si mysleli. Malo by sa tiež pamätať na to, že nemôžeme predpovedať, aká bude v skutočnosti budúcnosť. Moderný svet dokázal, že to, čo sa pred 30 rokmi zdalo ako fantázia, sa dnes stáva realitou. Všetky tézy (najmä tie, ktoré sa týkajú teleportácie človeka) vychádzajú z dostupných informácií a prognóz vývoja výskumu. Preto dúfame, že technológia kvantových výpočtov sa čoskoro stane dostupnejšou a zrozumiteľnejšou. A, samozrejme, chceme, aby táto revolúcia prebehla počas nášho života. Naozaj chcem vidieť, ako sa človek môže okamžite presunúť na Mars alebo Alfu Centauri. Sny, sny, sny...
Prečítajte si tiež: