ŠESTO Poglavlje

Iz knjige Mičio Kaku: PARALELNI SVETOVI. Knjigu možete poručiti ovde

prethodni deo
<< Bit iz bita i kvantno računarstvo

Kvantna teleportacija

Naizgled besmislena diskusija među fizičarima o paralelnim kvantnim univerzumima, mogla bi da ima drugu praktičnu primenu u vidu kvantne teleportacije. Transporter korišćen u Zvezdanim stazama i drugim naučnofantastičnim programima za transport ljudi i opreme po svemiru, izvanredno je sredstvo da se lako prelaze ogromne razdaljine. Ali, koliko god uzbudljiva bila, fizičarima je ideja teleportacije neubedljiva jer izgleda da narušava princip neodređenosti. Izvodeći merenje nad atomom, remetite njegovo stanje, tako da se tačna kopija ne može napraviti.

Ali naučnici su 1993. godine otkrili propust u ovom argumentu, pozivajući se na takozvano kvantno preplitanje. Ovaj fenomen vuče korene iz starog misaonog eksperimenta koji su 1935. godine predstavili Ajnštajn i njegove kolege Boris Podolski i Nejtan Rozen (takozvani APR paradoks) da bi pokazali koliko je kvantna teorija zaista šašava. Pretpostavimo da je došlo do eksplozije, i da su dva elektrona poletela u suprotnim smerovima brzinama bliskim svetlosnoj. Pošto elektroni mogu da se obrću poput čigre, pretpostavimo da su im spinovi povezani – odnosno, ako je spin jednog elektrona usmeren nagore, spin drugog elektrona je usmeren nadole (tako da je ukupni spin nula). Međutim, pre nego što obavimo merenje, ne znamo smerove spinova elektrona.

Sačekajmo nekoliko godina. Dotad će dva elektrona razdvajati mnogo svetlosnih godina. Ako sada izmerimo spin jednog elektrona i utvrdimo da je usmeren nagore, odmah znamo da je smer spina drugog elektrona nadole (i obrnuto). Zapravo, činjenica da je utvrđeno da se jedan elektron obrće sa spinom usmerenim nagore primorava drugi elektron da se obrće sa spinom smera nadole. To znači da smo trenutno dobili neku informaciju o elektronu udaljenom mnogo svetlosnih godina. (Izgleda da je informacija putovala brže od svetlosti, što se kosi sa Ajnštajnovom specijalnom teorijom relativnosti.) Istančanom logikom, Ajnštajn je uspeo da pokaže kako bi se sukcesivnim merenjima nad jednim parom elektrona mogao narušiti princip neodređenosti. Još važnije je da je pokazao kako je kvantna mehanika bizarnija nego što je iko pre toga mislio.

Fizičari su dotad verovali da je univerzum lokalan, odnosno da se poremećaji u jednom delu kosmosa prostiru iz izvora samo lokalno. Ajnštajn je pokazao da je kvantna mehanika načelno nelokalna – poremećaji iz jednog izvora mogu trenutno da se odraze na udaljene delove svemira. Ajnštajn je to nazivao sablasnim delovanjem na daljinu koje je smatrao apsurdnim. Dakle, kvantna teorija mora da je pogrešna, zaključivao je Ajnštajn.

(Kritičari kvantne mehanike mogli su da reše paradoks Ajnštajna, Podolskog i Rozena da su pretpostavili kako se, s dovoljno osetljivom aparaturom, zaista mogao odrediti smer obrtanja elektrona. Navodna neodređenost u spinu i poziciji elektrona bila je samo prividna i posledica nepreciznosti naših instrumenata. Uveli su koncept zvani skrivene promenljive – odnosno, ideju da mora biti da postoji skrivena subatomska teorija bez ikakve neodređenosti, koja bi se zasnivala na novim promenljivima zvanim skrivene promenljive.)

Ulozi su vanredno porasli 1964. godine, kada je fizičar Džon Bel stavio APR paradoks i skrivene promenljive na težak test. Prema Belu, ako bi se izveo APR eksperiment morala bi da postoji numerička sprega između spinova dva elektrona, zavisno od korišćene teorije. Ako je teorija skrivenih promenljivih ispravna kako su verovali skeptici, spinovi bi morali da budu povezani na jedan način. Ukoliko je valjana kvantna mehanika, spinovi bi trebalo da su povezani na drugi način. Drugim rečima, kvantna mehanika (osnova čitave moderne atomske fizike) bila bi ili ustoličena kao neprikosnovena ili bi se našla među pepelom pogrešnih teorija samo na osnovu jednog eksperimenta.

Ali, eksperimenti su nedvosmisleno potvrdili da je Ajnštajn pogrešio. Početkom osamdesetih godina, Alen Aspe je s kolegama u Francuskoj izveo APR eksperiment s dva detektora na međusobnoj udaljenosti od 13 metara. Detektori su merili spinove fotona koje su emitovali atomi kalcijuma. Godine 1997, APR eksperiment je izveden s detektorima udaljenim 11 kilometara. Pobednik je svaki put bila kvantna teorija. Izvesne informacije putuju brže od svetlosti. (Iako je Ajnštajn pogrešio sa APR eksperimentom, bio je u pravu u vezi sa važnijim pitanjem komunikacije brže od svetlosti. APR eksperiment dozvoljava da trenutno saznate nešto o dešavanju na drugoj strani galaksije, ali ne i da na taj način pošaljete poruku. Na primer, ne možete preneti poruku Morzeovom azbukom. Zapravo, APR transmiter bi slao samo nasumične signale, jer su i vrednosti spinova pri svakom merenju nasumične. APR eksperiment omogućava da steknete znanje o drugoj strani galaksije, ali ne i da pošaljete korisne, odnosno planirane informacije.)

Bel je ovaj fenomen voleo da opisuje pomažući se primerom s matematičarem Bertelsmanom. Taj matematičar imao je čudnu naviku da svakog dana po nasumičnom izboru obuje na jednu nogu zelenu čarapu, a na drugu plavu. Ako jednog dana primetite da nosi plavu čarapu na levoj nozi, brzinom većom od svetlosne dobijate informaciju da je druga čarapa zelena. Ali takvo saznanje ne omogućava da prenosite informacije na ovaj način. Otkrivanje informacija se razlikuje od slanja informacija. APR eksperiment ne znači da možete slati informacije telepatski, da putujete brže od svetlosti ili kroz vreme. Ali, znači da je nemoguće da se potpuno odvojimo od svemirske celovitosti.

To nas primorava da usvojimo drugačiju sliku svemira. Između svakog atoma iz našeg tela i atoma udaljenih više svetlosnih godina, postoji kosmičko preplitanje. Kako je sva materija potekla iz jedne eksplozije, Velikog praska, atomi našeg tela su, na neki način, povezani sa nekim atomima na drugoj strani svemira u svojevrsnoj kosmičkoj kvantnoj mreži. Prepletene čestice su nalik blizancima povezanim pupčanom vrpcom (njihovom talasnom funkcijom) čija se dužina može meriti svetlosnim godinama. Šta se desi jednom blizancu, automatski se odražava na drugog: znanje o jednoj čestici može da bude izvor trenutne spoznaje o njenom paru. Prepleteni parovi se ponašaju kao jedinstven objekat, premda ih mogu razdvajati ogromne udaljenosti. (Preciznije, kako su talasne funkcije čestica u Velikom prasku jednom bile povezane i koherentne, mogle bi biti delimično povezane i milijardama godina kasnije, tako da poremećaji u jednom delu talasne funkcije mogu da utiču na njene udaljene delove.)

Godine 1993, naučnici su se dosetili da bi koncept APR preplitanja mogao da posluži kao mehanizam za kvantnu teleportaciju. Tokom 1997. i 1998, naučnici sa Kalifornijskog tehnološkog instituta, Univerziteta u Arhausu u Danskoj i Velškog univerziteta izveli su prve eksperimentalne opite kvantne teleportacije u kojima je jedan foton teleportovan preko stola. Samjuel Braunstajn s Velškog univerziteta, jedan od članova tog tima, uporedio je prepletene parove s ljubavnicima „koji se međusobno poznaju tako dobro da mogu dati odgovore namesto svog ljubavnika čak i ako se ovaj nalazi daleko“.

(U eksperimentima s kvantnom teleportacijom figurišu tri objekta: A, B i C. Recimo da su B i C dva prepletena blizanca. Iako bi se B i C mogli nalaziti na velikoj udaljenosti, i dalje su međusobno prepleteni. Neka B dospe u kontakt sa objektom A koji treba da se teleportuje. B „skenira“ A, tako da se informacije koje nosi objekat A prenose objektu B. Te informacije se potom automatski prenose blizancu C. Dakle, C postaje istovetna replika objekta A.)

Napredak na polju kvantne teleportacije je munjevit. Godine 2003, naučnici na Ženevskom univerzitetu u Švajcarskoj uspeli su da kroz optički kabl teleportuju fotone na udaljenost od 1,9 kilometara. Svetlosni fotoni (talasne dužine 1,3 mm) iz jedne laboratorije teleportovani su u svetlosne fotone druge talasne dužine (1,55 mm) u drugoj laboratoriji povezanoj tim dugim kablom. Nikolas Gizin, fizičar koji je učestvovao u ovom projektu, rekao je: „Moguće je da će se za mog života teleportovati veći objekti poput molekula, ali istinski veliki objekti nisu podložni teleportaciji pomoću tehnologija kakvim ćemo raspolagati u dogledno vreme.“

Drugi važan pomak načinjen je 2004, kada su naučnici iz Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju (National Institute of Standards and Technology – NIST) teleportovali ne samo jedan kvant svetlosti, već čitav atom. Obavili su uspešno preplitanje tri atoma berilijuma i pošlo im je za rukom da prenesu karakteristike jednog atoma u drugi, što je veliko dostignuće.

Praktične primene kvantne teleportacije mogle bi biti izvanredne. Međutim, valja ukazati na nekoliko praktičnih problema koji prate kvantnu teleportaciju. Pre svega, prvobitni objekat se u ovakvom postupku uništava, tako da ne možete napraviti identične kopije objekta koji se teleportuje. Može da postoji samo jedna kopija. Drugo, ne možete da teleportujete objekat brzinom većom od svetlosne. Relativnost važi i za kvantnu teleportaciju. (Da biste teleportovali objekat A u objekat C, potreban je posrednički objekat B koji ih spaja i kreće se sporije od svetlosti.) Treće, možda i najveće ograničenje kvantnoj teleportaciji je isto ono s kojim se suočava kvantno računarstvo: objekti moraju biti koherentni.

I najmanji uticaj iz okruženja onemogućiće proces kvantne teleportacije. Ali sasvim je moguće da će se u dvadeset prvom veku teleportovati prvi virus. Teleportacija ljudskog bića mogla bi da nametne druge probleme. Braunstajn primećuje: „Za sada je presudna količina informacija. Trajanje prenosa svega toga bi, čak i najboljim kanalima komunikacije koje bismo u ovom trenutku mogli da zamislimo, bilo ravno starosti svemira.“

Prethodno deo: 
<< Bit iz bita i kvantno računarstvo