Lehetséges-e tudományosan a teleportáció? Vajon hamarosan szinte azonnal világokat járhatunk be? Ma megpróbáljuk elmondani, milyen újdonságok vannak ezen a területen.
A teleportálás az emberiség álma a világ kezdete óta. Az ember azonnal szeretne mozogni az űrben, utazni anélkül, hogy időt vesztegetne fárasztó hosszú utakra. Ez a téma régóta jelen van a popkultúra számos művében, de még mindig kutatás tárgya. Bár még 2004-ben még be is jegyezték szabadalom az "egész test teleportációs rendszerén" már megvannak az első sikerek a teleportálás kutatásában, de bebizonyítják, hogy egyáltalán nem lesz az, amit ettől a technológiától várunk.
Miért mozgatja meg annyira az emberiség fantáziáját a teleportáció témája? Ha listát készítenénk a világ legkívánatosabb technológiáiról, a teleportáció állna az élen. Gondoljunk csak bele, mennyi problémát oldanánk meg, ha azonnal mozoghatnánk a különböző helyek között. Sajnos sok jel arra utal, hogy a teleportálás abban a formában, ahogyan azt szeretnénk, legalábbis egyelőre, elérhetetlen. Ez azonban nem jelenti azt, hogy a teleportálás egyáltalán nem lehetséges. Egyszerűen másképp néz ki, mint képzeljük.
Nem beszélhetünk teleportációról a kvantumfizika alapjainak rövid bemutatása nélkül. Ez pedig sok ember kedvét elveheti attól, hogy tovább olvassa a cikket. De higgyétek el, nem fogunk túl mélyre ásni azokban a nyomornegyedekben, hanem megpróbáljuk felületesen, egyszerű szavakkal és világos példákkal elmagyarázni a teleportálás elvét. Próbáljuk meg elmagyarázni, hogyan működik ez most. De miért mondom pontosan, hogy "hogyan működik most"? Ez már megtörténik? Igen, hölgyeim és uraim, az első komoly lépések már megtörténtek. A tudósoknak azonban nem személyt, felszerelést vagy anyagokat sikerült teleportálniuk, hanem információkat. Sikerült felkelteni az érdeklődésed? Olvassa el ugyanezt.
Előrelépések a teleportációs kutatásban
Mindenki tudja, hogy mi a teleportáció, de nem mindenki tudja, hogy már több lépés történt a fejlesztésében. És hosszú idő telt el azóta, hogy Einstein foglalkozott ezzel a kérdéssel. A tudósok már rájöttek, hogy minden a mikroskálán, vagyis a kvantumrészecskék szintjén kezdődik. Amikor elkezdték tanulmányozni ezeket a kvantumrészecskéket, észrevették furcsa viselkedésüket. Interakciójuk folyamata teljesen más volt, mint bármi, amit szabad szemmel makroskálán lehet látni. Kiderült, hogy kvantum a részecskék egyszerre két helyen lehetnek. A tudósok ezt a szuperpozíció elvének nevezik. A szuperpozíció azonban csak akkor következik be, ha a részecskék nem lépnek kölcsönhatásba egymással, vagyis nem történik velük semmi. Amikor nyugalomban vannak, a valószínűségi hullám úgynevezett összeomlásáról beszélünk. Tudom, hogy sokan közületek nehezen értik meg mindezt. Ezt az állapotot legegyszerűbben számítógépes bitek segítségével szemléltethetjük. Tudniillik bináris rendszerben működnek, vagyis lehetnek nullák vagy egyek. A qubitek (kvantumbitek) pedig egyszerre lehetnek „nulla” és „egy” is – egészen addig, amíg a valószínűségi hullám össze nem omlik.
Einsteinnek sikerült felfedeznie az általa "távolságban lévő fantomkölcsönhatásnak" nevezett jelenséget. Kutatásai során kiderült, hogy a közönséges részecskék kvantumszinten is összefonódhatnak. Anélkül, hogy belemennék a részletekbe, azt mondom, hogy az ilyen két részecske párosodhat, bár különböző tulajdonságokkal (például lendülettel) rendelkeznek. És most az a legérdekesebb, hogy a párosítás után az egyiknek a tulajdonságai megváltoznak, ezzel egyidejűleg a másik részecske tulajdonságait is. Függetlenül attól, hogy milyen távolságra vannak! És a teleportálás ma pontosan ezen működik. Persze ha egyszerű szavakkal próbálod leírni, mert minél beljebb az erdő...
Laboratóriumokban a tudósoknak sikerült átvinniük egy részecske állapotát A pontból B pontba, de ezzel a részecske konkrét információi nem kerülnek továbbításra. Miért? A fő probléma az, hogy a kutatás jelenlegi állása alapján mindkét fél nem tudja megállapítani ezt a kiindulási információt, vagyis a tudósok nem tudják meghatározni, mi volt előbb és mi következett. Majdnem olyan, mint a csirke és a tojás. Ebben a szakaszban érdemes kiemelni ezeket a fogalmakat. Kiderült, hogy az információ sokkal bonyolultabb, mint maga a részecske viselkedése.
És ez a fő korlát a teleportációs technológia fejlesztésében, ami egyúttal rávilágít arra is, hogy mit lehet elérni a jövőben, és mi az, amit valószínűleg nem. Foglaljuk össze. Jelenleg kvantum szinten képesek vagyunk "párosítani" egymással a részecskéket. A részecskék állapotát át tudjuk vinni A pontból B pontba, de nem adjuk át a szükséges információkat. Nem rendelkezünk olyan technológiai lehetőségekkel, hogy olyan speciális csatornát fejlesszünk ki, amely ezt az információt fénysebességgel továbbítaná. A Földön rádiócsatornákon vagy száloptikán keresztül továbbítjuk az információkat, de ez egy teljesen más szint.
Olvassa el még: A kvantumszámítógépekről egyszerű szavakkal
Érme trükk
Tehát miért nem teleportáljuk az információkat nagy léptékben, amikor úgy tűnik, hogy elsajátítottuk a technológiát? Nos, nem minden olyan egyszerű, mint amilyennek látszik. Nem tudjuk teljesen ellenőrizni, hogy milyen kvantumállapotba (és így a teleportáció eredményébe) jutunk. Ennek magyarázatára a tudósok egy érme példáját használják fel.
Két érmünk van belegabalyodva a kvantumdimenzióba. Mindegyiknek két állapota lehet - előlap vagy fordított, az egyik a feladóhoz, a másik a címzetthez kerül. Az összefonódás után, ha az első az előlapra mutat, a másodiknak is az előlapra kell mutatnia. Szerencsére vagy sajnos ez többé-kevésbé így működik a kvantumfizikában. Ennek ismeretében a feladó elkezdi pörgetni az első érmét, és ezzel egyidejűleg az érme odapörög ahhoz, akinek küldték. Amíg az érme forog, senki sem tudja az eredményt. Sem a feladó, sem a címzett. Amíg a küldő érme meg nem áll, nem tudja, hogy valójában milyen információt küld a vevőnek. Röviden: küldünk "valamit", de nem igazán tudjuk, hogy mit. Az információ elküldéséig a szuperpozícióban marad.
Ez a korlátozás lehetetlenné teszi konkrét információk küldését a fejlesztés ezen szakaszában, mert a küldő nem tudja eldönteni, hogy megkapjuk-e azt, amit küldeni szándékozott. Tehát nincs olyan átviteli csatorna, amely mindkét oldalon ellenőrzi az információkat. A kvantumszámítógépek segíthetnének itt, de csak most jelennek meg, és egyelőre meglehetősen primitívek. Ma róluk fogunk beszélni.
Olvassa el még: A holnap blokkláncai: A kriptovaluta-ipar jövője egyszerű szavakkal
Egyáltalán lehetséges az emberi teleportálás?
Itt elérkeztünk a sokak számára legfontosabb kérdéshez. Szóval, gondolhatunk-e egyáltalán emberek vagy más élőlények teleportálására a mai valóság alapján? Nos, valószínűleg nincs egyetlen ember a Földön, aki képes lenne erre a kérdésre egyértelműen válaszolni. A fejlődés irányát tekintve azonban személy szerint azt gondolom, hogy ezt egyelőre el kell felejteni. Miért?
Vegye figyelembe, hogy amikor teleportációról beszélünk, mindig a részecskék állapotának átviteléről beszélünk. Ezért ennek a részecskének valamilyen "meghatározott" állapotban kell lennie. Eközben az emberi agy minden mikroszekundumban változik. Szinapszisok, elektronok, impulzusok milliárdjai – ezt a folyamatot szinte lehetetlen megállítani. Úgy tűnhet, hogy az agy egy olyan hely, ahol a környezettől kapott információkat tárolják. Akkor talán el lehet teleportálni egy embert ezzel az információval, de biztosan nem ugyanaz a személy lenne, akinek ugyanolyan agya van, mint amikor a "mozdulat" megtörtént. Hiszen maga az állapot egyfajta rekord, és idegközpontunk esetében még csak kezdeti „állapot” sincs. Hacsak nem pszichikusról beszélünk.
Természetesen ezek csak találgatások és feltételezések, mert jelenleg senki sem tudja egyértelműen megjósolni, mit hoz a jövő. A teleportációs technológiák kutatásának és fejlesztésének jelenlegi iránya azonban megérteti velünk, hogy más irányba fogunk menni.
A teleportáció jövője a kvantumszámítógépekhez kapcsolódik?
Van tehát jövője a teleportációnak, és mi az? Ebben a témában 2019-ben újabb áttörés történt. Mint már említettük, a kvantumállapot teleportálása elméletileg bármilyen távolságra lehetséges. Csak elméletileg, mivel még nem vizsgálták meg teljesen, de maga az a tény, hogy egy részecske több mint 500 kilométeres távolságra mozog, bizonyíthatja. Azt is tudjuk, hogy az információ messze legösszetettebb egysége a legkisebb qubit (azaz a szuperpozícióban jól ismert "bit").
Ennek ellenére a valószínűségi hullám megfigyelés közbeni összeomlása miatt eddig sikerült 0 vagy 1 állapotba teleportálni, semmi másra. Néhány évvel ezelőtt két független tudóscsoportnak sikerült egyszerre három állapotból álló szuperpozíciót küldenie, amit vágónak neveztek. Teljesen azonban nem sikerült, de maga a próbálkozás is jól mutatja, hogy a tudósok nem feledkeztek meg a teleportálásról. Mit jelent ez számunkra? Dióhéjban ez azt jelenti, hogy nagyon lassan, de mégis növeljük az erőt, ami a jövőben az első teljes információátadáshoz vezethet.
2019 végén a helyzet még érdekesebbé vált. Egy zürichi tudóscsoport sikerült teleportálni adatok kvantumát. Egy másodperc alatt 10000 XNUMX kvantumbitet (qubit) vittek át egymástól függetlenül működő számítógépes rendszerek között. Három mikron méretű számítógépes chipet építettek elektronikával. Kettő volt az adó, a harmadik pedig a vevő. Az abszolút nullához közeli hőmérsékleten összegabalyodott elektronok azt jelentették, hogy az adónak küldött adatok a vevőben is megjelentek, vagyis a kvantumfizika elvei szerint. És miért beszélünk teleportálásról és nem csak adatátvitelről? Hát azért, mert nem volt vezeték vagy más kijelölt út a rendszerek között.
Úgy gondolom, hogy a fent tárgyalt kérdések mindegyike az események meglehetősen pesszimista változatát hozza létre, ami viszont tükrözi a téma iránti lelkesedését. De még nem ideje pánikba esni és elveszíteni az érdeklődést a teleportáció témája iránt. A tudomány nem áll meg. A kvantumrészecskék állapotának teleportálásával kapcsolatos kutatások fejlődésével végre megjelentek a kvantumszámítógépek formájában megjelenő berendezések. – Mi köze ennek a témánkhoz? - kérdezed. Nos, segítségükkel egy külön kvantumcsatorna létrehozását szeretnénk elérni. Ennek köszönhetően lehetőség nyílik az információ teleportálására, ahelyett, hogy elküldené, mint most, többek között optikai szálak segítségével (persze "hagyományos eloszlásról" beszélünk, nem kvantumrészecskékről) . Igen – ez az „érme feladója” feltételezett befolyásának módja a címzett érmére gyakorolt cirkuláció eredményére.
Az ilyen számítógépek munkáját érdekes leírni, ha megértjük, hogy a kvantumszámítógép nem hasonlítható össze egy közönséges asztali PC-vel. Ez ugyanaz, mint azt mondani, hogy az izzólámpa csak "erősebb gyertya". Ezek teljesen különböző technológiák, amelyek nem is hasonlítanak egymáshoz. És ahogy a modern számítógépek a bináris rendszer két állapotával (0 és 1), úgy a kvantumszámítógépek is képesek szuperpozícióban lévő állapotokkal dolgozni. Így például lehet egyszerre 60% nulla és 40% egy. Ez bonyolultan hangzik, ezért térjünk át egy másik példára.
A számítógéppel "előlapon vagy fordítottan" játszunk (már említettem, hogy ez a tudósok kedvenc példája a kvantumállapotok magyarázatakor). Az előlap alapértelmezés szerint az asztalon van. Előfordulhat, hogy első körben a számítógép feldobja az érmét, vagy változatlanul hagyja, de a végső döntés kimenetelét nem tudjuk. Ekkor ugyanazt a lehetőséget kapjuk, és a számítógép sem tudja az eredményt. Néhány kör után ellenőrzik az érme állapotát. Ha az előlap megváltozott, a számítógép nyer, ellenkező esetben mi nyerünk. Ezzel pontosan 50% esélyünk van a nyerésre.
Ha ugyanazt a játékot játsszuk kvantumszámítógéppel, akkor a számítógép alapvetően 100%-os nyerési esélyt kap (egy tanulmány szerint több mint 97 különböző játékban 300%-ot nyert, a maradék 3% valószínűleg… rendszerhiba miatt). De hogyan lehetséges ez? Képzeljük el, hogy a számítógép minden körben megtartja szuperpozícióját, mert azt egyetlen szemlélő sem látja (a környezetből, köztük mi sem). Ugyanakkor a gép 30%-ban az előlap, 70%-ban pedig a jelenlegi állapot elhagyása mellett dönt, a következő körben másikat választ. De a legfontosabb az, hogy egy kvantumszámítógép mindig két különböző állapotot választ (amikor csak egyet választunk). A játék legvégén, amikor kiderül az eredmény, megtörik a valószínűségi hullám, és… ő nyer.
A kvantumszámítógép becsap minket? Nem! Tudom, nehéz megérteni, de képzeld el, hogy ezalatt a több kör alatt a számítógép két különböző levet önt egy tálba különböző arányban, és a legvégén szétválasztja a keverék mindkét összetevőjét, szó szerint "leküzdve" a valószínűséget, és mindig jó választás. Nehéz elhinni, de a gyakorlatban pontosan ez történik.
Egy homályos jelenség, de jól szemlélteti a kvantumfizika erejét. A kvantummolekulák szintjén egy ilyen számítógép sokkal jobban alkalmas lenne például új gyógyszerek fejlesztésére. Minden bizonnyal jól jönne nekünk egy világjárvány idején és más betegségek leküzdésére. De a legfontosabb dolog az, hogy egy ilyen számítógép hasznos lesz a teleportációs információs technológiák fejlesztésében. És ezek nem triviális szavak! Amikor sok kvantumszámítógép lesz a világon, akkor mindegyik kvantummolekulái képesek lesznek keveredni (párosodni) egymással. Majd ha megváltoztatjuk valamelyik tulajdonságát, akkor a páros molekula állapotát is megváltoztatjuk. Végül lehetőség lesz információ küldésére is, mert az elküldés után azonnal meghatározható a kezdeti és a végső állapot. Mindenesetre emlékezzünk vissza a Google kvantum-szuperszámítógépének vívmányaira. 200 másodperc alatt olyan számításokat végzett, amelyekhez... 10 évnyi működésre lenne szükség a leggyorsabb "normál" szuperszámítógépnek. Így láthatja a benne rejlő hatalmas potenciált és erőt.
Így egy teljesen új átviteli csatorna jönne létre, amiről nem is álmodtunk. Akárcsak most egy optikai szál vagy egy rádiócsatorna. És mivel, mint már említettük, a kvantumállapot teleportációs távolságának elméletileg nincs határa, egy pillanat alatt más bolygókkal is kommunikálni tudunk majd. És rendkívül biztonságos módon. A teleportációnak köszönhetően még elméletileg is lehetetlen lenne információkat "elkapni". Másrészt, ha a teleportáció lehetővé válik, egy intelligens ember megtalálná a módját. Talán még nem tudunk olyan sokat, és ezért nem vagyunk egészen homo sapiensek...
És most a végére értünk a teleportáció fejlesztésének jelenlegi és jövőbeli helyzetéről szóló beszélgetésnek. El kell ismerni, hogy a jövőbeli tervek sokkal érdekesebbnek tűnnek, különösen azért, mert nem mindegyik van olyan távol, mint gondolná. Azt sem szabad elfelejteni, hogy nem tudjuk megjósolni, milyen lesz a jövő valójában. A modern világ bebizonyította, hogy néha az, ami 30 évvel ezelőtt még képzeletnek tűnt, ma valósággá válik. Valamennyi tézis (különösen az emberi teleportációval kapcsolatos) a rendelkezésre álló információkon és a kutatásfejlesztés előrejelzésén alapul. Ezért reméljük, hogy a kvantumszámítástechnika hamarosan elérhetőbbé és érthetőbbé válik. És természetesen azt akarjuk, hogy ez a forradalom a mi életünkben megtörténjen. Nagyon szeretném látni, hogyan tud egy ember azonnal a Marsra vagy az Alpha Centaurira költözni. Álmok, álmok, álmok...
Olvassa el még: