Teleportacja to od dekad temat rozgrzewający wyobraźnię autorów science fiction. Ideę teleportacji materii szczególnie mocno spopularyzowały seriale i filmy z uniwersum Star Trek.
Teleport w popkulturze – taniej, łatwiej, szybciej
Teleport w Star Trek został pierwotnie zaprojektowany jako urządzenie umożliwiające przeniesienie bohaterów ze statku kosmicznego na powierzchnię planety bez konieczności kosztownego i czasochłonnego przedstawiania scen lądowania. Twórca serii, Gene Roddenberry, pierwotnie planował lądowania całym statkiem, jednak ograniczenia budżetowe lat 60. skłoniły producentów serialu do znalezienia tańszego rozwiązania. Tak narodziła się koncepcja teleportera, realizowana na ekranie prostym efektem zanikania i pojawiania się postaci.
Awarie teleporterów często wykorzystywano jako motyw fabularny, wprowadzając takie wątki jak podróże do równoległych wszechświatów, cofnięcie w czasie, czy rozszczepienie lub połączenie postaci.
Czy po teleportacji nadal będziemy tą samą osobą?
Co ciekawe, koncepcja teleportacji dała także początek rozważaniom filozoficznym dotyczących natury świadomości i tożsamości. Paradoks teletransportacji, sformułowany przez Dereka Parfita w 1984 roku, kwestionuje, czy osoba stworzona w wyniku teleportacji to wciąż ta sama istota świadoma, czy jedynie jej dokładna replika.
Podobne rozterki opisywał już w latach 50. Stanisław Lem w Dziennikach gwiazdowych — lekkiej i prześmiesznej wariacji na temat literatury science fiction. Absurdalne przygody Ijona Tichego szczególnie mogą przypaść do gustu fanom serialu Doctor Who — polecam z całego serca. Podczas „Podróży czternastej”, zwiedzając planetę Entropię, Tichy ginie trafiony meteorytem, by natychmiast obudzić się w swoim własnym, choć całkowicie nowym ciele. Mieszkańcy tej planety, regularnie nękanej przez deszcze meteorytów, opracowali technologię wiernego odtwarzania wszystkich, którzy zginęli — zarówno miejscowych, jak i turystów — dzięki obowiązkowej procedurze skanowania ich podczas odprawy celnej. Dla Tichego to ogromny wstrząs: nie potrafi rozstrzygnąć, czy nadal jest sobą, czy tylko doskonałą kopią pierwotnego, martwego już oryginału.
Wątpliwości te mają fundamentalne znaczenie: czy kopiując strukturę mózgu i ciała z zachowaniem wszystkich wspomnień i cech, naprawdę zachowujemy siebie? Czy raczej powstaje nowa istota — identyczna, lecz oddzielna? Te filozoficzne pytania, choć niezwykle fascynujące, pozostają na razie w sferze spekulacji. Dzisiejsze badania nad teleportacją dotyczą czegoś znacznie bardziej podstawowego: przekazywania informacji o stanie cząstek kwantowych.
Teleportacja materii a nauka
W sierpniu 2008 roku fizyk Michio Kaku prognozował w Discovery Channel Magazine, że teleportery podobne do tych z Star Trek mogą powstać w ciągu 100 lat. Jednak obliczenia studentów fizyki z Uniwersytetu w Leicester wykazały, że przesłanie samej tylko informacji genetycznej pojedyńczej komórki wraz z „stanem mózgu” zajęłoby 4850 bilionów lat przy użyciu pasma mikrofalowego 30 GHz.
Według analizy przeprowadzonej przez Erica Davisa dla Laboratorium Badawczego Sił Powietrznych USA, próba fizycznego odtworzenia procesu teleportacji w stylu „star-trekowym” wiązałaby się z absurdalnymi wymaganiami. Aby całkowicie zdematerializować ciało człowieka, należałoby je podgrzać do temperatury… milion razy wyższej niż w jądrze Słońca. Tylko wtedy cząstki elementarne, takie jak kwarki, mogłyby stracić swoją masę i zostać „wystrzelone” z prędkością światła.
Nie tylko olbrzymia ilość energii — równowartość 330 megaton, czyli tysiące razy więcej niż moc bomby jądrowej — stanowiłaby problem, ale również niewystarczający poziom współczesnej technologii. Aby zapisać i przesłać całą informację o człowieku — jego strukturze atomowej, wspomnieniach i stanie mózgu komputery musiałyby przyspieszać rozwój od 10 do 100 razy w każdej dekadzie przez co najmniej 200–300 lat.
Dlatego zamiast rozważać, czy teleportacja ludzi jest możliwa, naukowcy koncentrują się na zrozumieniu i praktycznym wykorzystaniu teleportacji kwantowej — procesu, który już teraz odmienia obszary komunikacji, obliczeń i bezpieczeństwa danych.
Czym jest splątanie kwantowe?
Podstawą teleportacji kwantowej jest zjawisko splątania kwantowego. Dwie cząstki stają się splątane, gdy ich stany są ze sobą tak powiązane, że zmiana jednej natychmiast wpływa na drugą, nawet jeśli dzieli je ogromna odległość.
W 2022 roku zespół prof. Jian-Wei Pana z Uniwersytetu Nauki i Technologii Chin przeprowadził przełomowy eksperyment, teleportując informacje o stanie kwantowym na odległość 1200 km przy pomocy satelity Micius. Ten sukces pokazuje, że splątanie może być zachowane nawet w przestrzeni kosmicznej.
– Udowodniliśmy, że splątanie może przetrwać na niewyobrażalne odległości — podkreślił dr Pan.
Jak działa teleportacja kwantowa?
Teleportacja kwantowa nie przenosi samej cząstki, lecz jej stan kwantowy — zestaw cech definiujących jej tożsamość. Działa to dzięki splątanym parom cząstek oraz wykorzystaniu klasycznej komunikacji do uzgodnienia wyniku.
W Delft University of Technology w Holandii zespół dr Ronalda Hansona osiągnął w teleportacji 90% dokładności, wykorzystując centra azotowo-wakancyjne w diamentach. To kolejny krok w stronę budowy Internetu kwantowego.
– Tak wysoka jakość teleportacji pokazuje, że praktyczne sieci kwantowe są w zasięgu ręki” — zaznaczył dr Hanson.
Stan kwantowy opisuje właściwości cząstki. W komputerach kwantowych informację przenosi qubit, który może być jednocześnie w stanie „0” i „1” (dzięki superpozycji).
Pokonywanie szumu kwantowego
Jednym z głównych problemów teleportacji jest tzw. szum — zakłócenia środowiskowe, które deformują stan cząstek. Naukowcy z Uniwersytetu w Turku i Uniwersytetu Nauki i Technologii Chin dowiedli jednak w 2024 roku, że pewne rodzaje szumu mogą nawet poprawiać jakość teleportacji, wykorzystując hybrydowe splątanie (wielowymiarowe splątanie różnych cech cząstek, np. ich polaryzacji i częstotliwości).
Zespół kierowany przez profesora Guangcana Guo osiągnął prawie 90% wierności teleportacji mimo obecności szumu. Hybrydowe splątanie łączy różne cechy cząstek, dzięki czemu układy stały się odporniejsze na zakłócenia.
Nowe techniki: nieliniowa optyka w teleportacji
Zespół z University of Illinois Urbana-Champaign, pod kierownictwem prof. Kejie Fanga, wykorzystał nowatorską nieliniową platformę nanofotoniczną, by znacznie zwiększyć efektywność przesyłu informacji kwantowej.
Ich system, bazujący na złączeniu cząstek światła (fotonów) o różnych częstotliwościach, osiągnął 94% wierności przesyłu informacji.
– Dzięki nieliniowej optyce udało się ograniczyć zakłócenia i zwiększyć efektywność teleportacji — podkreśliła prof. Elizabeth Goldschmidt, współautorka badania.
W nieliniowej optyce fotony mogą się łączyć, tworząc nowe cząstki światła. Umożliwiło to stworzenie bardziej odpornych na szum systemów teleportacji kwantowej.
Tempo splątania: rekordu pomiaru
Dotąd uznawano splątanie za natychmiastowe. Jednak badanie prowadzone przez prof. Joachima Burgdörfera i prof. Ivę Březinovą pokazało, że proces splątywania trwa ok. 232 attosekund – 1 attosekunda to miliardowa część jednej miliardowej sekundy.
Używając nowoczesnych technik pomiarowych, takich jak „attosecond streaking” i RABBIT, techniki wykorzystywanej do pomiaru ultraszybkich procesów kwantowych, naukowcy byli w stanie pierwszy raz w historii zmierzyć tak krótkie zjawiska.
Realne zastosowania teleportacji kwantowej
Teleportacja kwantowa może zrewolucjonizować:
- komunikację — dzięki możliwości wykrywania podsłuchu poprzez zakłócenie splątanych stanów,
- obliczenia kwantowe — łącząc procesory kwantowe bez potrzeby fizycznych przewodów,
- fizykę teoretyczną — eksperymenty pomagają w badaniu natury czasoprzestrzeni i czarnych dziur.
Dr David Schuster z Uniwersytetu w Chicago podkreśla, że teleportacja może stać się kluczem do budowy skalowalnych komputerów kwantowych.
– Teleportacja stanów kwantowych pomiędzy procesorami to milowy krok ku stworzeniu potężnych maszyn kwantowych – wskazuje dr Schuster.
Przyszłość teleportacji kwantowej
Mimo spektakularnych sukcesów, przed teleportacją kwantową wciąż stoją poważne wyzwania: dekoherencja, czyli proces opisujący oddziaływanie obiektu kwantowego z otoczeniem, ogromne koszty badań i koineczność budowy nowej infrastruktury wykorzystującej łączność satelitarną oraz światłowodową. Jednak inwestycje rządowe i badania nad optymalizacją procesów przybliżają nas do momentu, gdy sieci kwantowe staną się codziennością.
Każdy kolejny eksperyment to krok bliżej do rzeczywistości, w której informacje będziemy przesyłać szybciej, bezpieczniej i bardziej efektywnie niż kiedykolwiek.
Teleportacja człowieka? Jeszcze nie teraz. Ale teleportacja informacji — już zmienia świat wokół nas.
źródła: livescience.com, thebrighterside.news, scitechdaily.com, sustainability-times.com, phys.org
Dodaj komentarz