Innehåll
- Teleporteringsrötter: Kvantfysik och mekanik
- Grundläggande regel: Heisenbergs principen om osäkerhet
- Spooky Action on a Distance och Schrödingers Cat
- Quantum Teleportation och Science Fiction
- Vad framtiden håller för teleportering
Teleportering är överföring av materia eller energi från en plats till en annan utan att någon av dem korsar avståndet i traditionell fysisk mening. När kapten James T. Kirk från "Star Trek" TV-serier och filmer först berättade för Starship Enterprise-ingenjören, Montgomery "Scotty" Scott för att "stråla mig upp" 1967, visste lite att skådespelarna visade att 1993 var IBM-forskaren Charles H. Bennett och kollegor skulle föreslå en vetenskaplig teori som antydde den verkliga möjligheten till teleportering.
År 1998 blev teleportering verklighet när fysiker vid California Institute of Technology kvant-teleporterade en ljuspartikel från en plats till en annan i ett labb utan att det fysiskt korsade avståndet mellan de två platserna. Även om det finns vissa likheter mellan science fiction och science fact, skiljer sig teleporteringen i den verkliga världen mycket från dess fiktiva rötter.
Teleporteringsrötter: Kvantfysik och mekanik
Vetenskapsgrenen som ledde till den första teleporteringen 1998 får sina rötter från kvantmekanikens far, den tyska fysikern Max Planck. Hans arbete 1900 och 1905 inom termodynamik ledde honom till upptäckten av distinkta energipaket som han kallade "kvanta". I sin teori, nu känd som Plancks konstant, utvecklade han en formel som beskriver hur kvanta, på en subatomisk nivå, fungerar som både partiklar och vågor.
Många regler och principer inom kvantmekanik på makroskopisk nivå beskriver dessa två typer av händelser: vågens och partiklarnas dubbla existens. Partiklar, som är lokala upplevelser, förmedlar både massa och energi i rörelse. Vågor, som representerar delokaliserade händelser, sprids över rymden, till exempel ljusvågor i det elektromagnetiska spektrumet och bär energi men inte massa när de rör sig. Till exempel, bollarna på ett biljardbord - föremål som du kan röra - uppför sig som partiklar, medan krusningar på ett damm beter sig som vågor där det finns "ingen nättransport av vatten: därmed ingen masstransport," skriver Stephen Jenkins, fysikprofessor vid University of Exeter i Storbritannien
Grundläggande regel: Heisenbergs principen om osäkerhet
En grundregel i universum, utvecklad av Werner Heisenberg 1927, nu känd som Heisenbergs osäkerhetsprincip, säger att det finns ett inre tvivel som är knutet till att känna till den exakta platsen och drivkraften för varje enskild partikel. Ju mer du kan mäta en av partiklarnas attribut, till exempel drivkraft, desto mer oklar information blir partiklarnas placering. Med andra ord, principen säger att du inte kan känna till båda tillstånden i partikeln samtidigt, mycket mindre känner till flera tillstånd av många partiklar samtidigt. Heisenbergs osäkerhetsprincip gör på egen hand idén om teleportering omöjlig. Men det är här kvantmekaniken blir konstig och den beror på fysikern Erwin Schrödingers studie av kvantförvirring.
Spooky Action on a Distance och Schrödingers Cat
När de sammanfattas i de enklaste termerna säger kvanttrassling, som Einstein kallade "spöklik handling på avstånd", väsentligen att mätning av en sammantrasslad partikel påverkar mätningen av den andra sammansvetsade partikeln även om det finns ett brett avstånd mellan de två partiklarna.
Schrödinger beskrev detta fenomen 1935 som ett "avvikelse från klassiska tankelinjer" och publicerade det i ett tvådelat papper där han kallade teorin "Verschränkung," eller förfiltring. I det uppsatsen, där han också talade om sin paradoxala katt - levande och död på samma gång tills observationen kollapsade kattstatens existens till att den var antingen död eller levande - föreslog Schrödinger att när två separata kvantsystem blir trasslade eller kvantitellt kopplade på grund av ett tidigare möte är en förklaring av funktionerna i ett kvantsystem eller tillstånd inte möjlig om det inte inkluderar egenskaperna hos det andra systemet, oavsett det rumsliga avståndet mellan de två systemen.
Kvantförvirring utgör grunden för kvanteteleportationsexperiment som forskare genomför idag.
Quantum Teleportation och Science Fiction
Teleportering av forskare idag bygger på kvantförvirring, så att det som händer med en partikel händer med den andra omedelbart. Till skillnad från science fiction innebär det inte att fysiskt skanna ett objekt eller en person och överföra det till en annan plats, eftersom det för närvarande är omöjligt att skapa en exakt kvantkopia av det ursprungliga objektet eller personen utan att förstöra originalet.
Istället representerar kvanteteleportering att flytta ett kvanttillstånd (som information) från en atom till en annan atom över en betydande skillnad. Vetenskapliga team från University of Michigan och Joint Quantum Institute vid University of Maryland rapporterade 2009 att de framgångsrikt genomförde just detta experiment. I deras experiment flyttades information från en atom till en annan med meter från varandra. Forskare höll varje atom i separata kapslingar under experimentet.
Vad framtiden håller för teleportering
Medan idén att transportera en person eller ett objekt från jorden till en avlägsen plats i rymden förblir i science fiction-området för tillfället, har kvantteleportering av data från en atom till en annan potential för tillämpningar på flera arenor: datorer, cybersäkerhet , Internet och mer.
I princip kan alla system som förlitar sig på att överföra data från en plats till en annan se dataöverföringar inträffa mycket snabbare än människor kan börja föreställa sig. När kvantteleportering resulterar i att data flyttas från en plats till en annan utan någon tidsfördröjning på grund av superposition - de data som finns i både dubbla tillstånd i både 0 och 1 i ett dators binära system tills mätningen kollapsar tillståndet till 0 eller 1 - data flyttas snabbare än ljusets hastighet. När detta händer kommer datorteknologi att genomgå en helt ny revolution.