Vědci aktivně experimentují s kvantovou teleportací

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

Pro hrdiny sci-fi filmů je teleportace běžnou věcí. Jediným stisknutím tlačítka – a rozpustí se ve vzduchu, takže se za pár sekund ocitnou stovky a tisíce kilometrů daleko: v jiné zemi nebo dokonce na jiné planetě.

Je takový pohyb skutečně možný, nebo teleportace navždy zůstane snem spisovatelů a scénáristů? Provádí se v této oblasti nějaký výzkum – a jsme ještě o něco blíže implementaci technologie tak známé hrdinům fantastických akčních filmů?

Krátká odpověď na tuto otázku je ano, experimenty probíhají a velmi aktivně. Vědci navíc pravidelně publikují články ve vědeckých časopisech o úspěšných experimentech kvantové teleportace – do stále větších a větších vzdáleností.

A přestože mnoho slavných fyziků pochybuje, že budeme někdy schopni teleportovat lidi, někteří odborníci jsou mnohem optimističtější a ujišťují, že se teleporty za pár desetiletí stanou realitou.

Tento materiál byl připraven v reakci na jeden zvýzkumné otázky zaslané našimi čtenáři.

„Lži, fámy a příběhy“

Nejprve si ujasněme, o čem přesně mluvíme. Teleportací rozumíme okamžitý pohyb předmětů na libovolnou vzdálenost, ideálně rychlejší, než je rychlost světla.

Samotné slovo bylo vynalezeno v roce 1931 americkým publicistou Charlesem Fortem, který rád zkoumal paranormální jevy. Analogicky s "televizí", odvozeným z řeckého τῆλε ("daleko") a latinského videa ("vidět"), ve své knize "Vulcanoes of Heaven" vynalezl termín pro popis nevysvětlitelných pohybů objektů v prostoru (Latinské porto znamená „nést“)…

V této knize se zaměřuji především na důkazy, že existuje nějaký druh přenosové síly, které říkám teleportace. Budu obviněn z toho, že dávám dohromady přímé lži, fámy, bajky, podvody a pověry. Svým způsobem si to myslím Já sám. A v jistém smyslu ne. Jen poskytuji data,“píše Fort.

O takových pohybech existuje skutečně mnoho mýtů – například rozšířená legenda o filadelfském experimentu z roku 1943, během kterého byl údajně americký torpédoborec Eldridge teleportován na vzdálenost 320 km.

Stejný torpédoborec, který se údajně pohyboval ve vesmíru

V praxi se však všechny podobné příběhy ukážou jako nic jiného než spekulace konspiračních teoretiků, podle kterých úřady před širokou veřejností skrývají jakékoli důkazy o případech teleportace jako vojenské tajemství.

Ve skutečnosti je opak pravdou: jakékoli úspěchy v této oblasti jsou ve vědecké komunitě široce diskutovány. Američtí vědci například jen před týdnem hovořili o novém úspěšném experimentu v kvantové teleportaci.

Přejděme od městských legend a fantastické literatury k rigorózní vědě.

Z bodu A do bodu B…

Příběh skutečné, nikoli fiktivní teleportace začal v roce 1993, kdy americký fyzik Charles Bennett matematicky – pomocí vzorců – dokázal teoretickou možnost okamžitých kvantových posunů.

Samozřejmě to byly čistě teoretické výpočty: abstraktní rovnice, které nemají praktické uplatnění. Stejným způsobem - matematicky - však již byly objeveny například černé díry, gravitační vlny a další jevy, jejichž existence byla experimentálně potvrzena až mnohem později.

Bennettovy výpočty se tak staly skutečnou senzací. Vědci začali aktivně provádět výzkum v tomto směru - a první úspěšný experiment kvantové teleportace byl proveden během několika let.

Zde je třeba zdůraznit, že mluvíme o kvantové teleportaci, a to není úplně totéž, co jsme zvyklí vídat ve sci-fi filmech. Z jednoho místa na druhé se nepřenáší samotný hmotný objekt (například foton nebo atom - vždyť všechno se skládá z atomů), ale informace o jeho kvantovém stavu. Teoreticky to však stačí k „obnovení“původního objektu na novém místě, po obdržení jeho přesné kopie. Navíc se takové experimenty již úspěšně provádějí v laboratořích – ale o tom níže.

Ve světě, na který jsme zvyklí, je tato technologie nejsnáze srovnatelná s kopírkou nebo faxem: neposíláte samotný dokument, ale informace o něm v elektronické podobě – ale ve výsledku má příjemce přesnou kopii. S tím podstatným rozdílem, že v případě teleportace se zaslaný hmotný předmět sám zničí, tedy zmizí – a zůstane jen kopie.

Zkusme přijít na to, jak se to stane.

Hraje Bůh v kostky?

Už jste slyšeli o Schrödingerově kočce – té, která nesedí v krabici ani živá, ani mrtvá? Tuto originální metaforu vymyslel rakouský fyzik Erwin Schrödinger, aby popsal záhadnou vlastnost elementárních částic – superpozici. Faktem je, že kvantové částice mohou být současně v několika stavech najednou, což jsme ve světě zvyklí se navzájem zcela vylučovat. Například elektron neobíhá kolem jádra atomu, jak jsme si dříve mysleli, ale nachází se současně ve všech bodech oběžné dráhy (s různou pravděpodobností).

Dokud jsme neotevřeli kočičí schránku, to znamená, že jsme neměřili vlastnosti částice (v našem příkladu jsme neurčili přesné umístění elektronu), kočka, která tam sedí, není jen živá nebo mrtvá - je obojí živý a mrtvý zároveň. Ale když je krabice otevřená, to znamená, že se provádí měření, částice je v jednom z možných stavů - a už se nemění. Naše kočka je buď živá, nebo mrtvá.

Pokud jste v tuto chvíli úplně přestali něčemu rozumět - nebojte se, nikdo tomu nerozumí. Povaha kvantové mechaniky nebyla vysvětlena nejskvělejšími fyziky na světě po mnoho desetiletí

Pro teleportaci se využívá fenomén kvantového provázání. To je, když dvě elementární částice mají stejný původ a jsou ve vzájemně závislém stavu – jinými slovy, existuje mezi nimi nějaká nevysvětlitelná souvislost. Díky tomu spolu mohou zapletené částice „komunikovat“, a to i ve velké vzdálenosti od sebe. A jakmile znáte stav jedné částice, můžete s naprostou jistotou předpovědět stav další.

Albert Einstein se mnoho let dohadoval o nevysvětlitelném jevu provázaných částic s jedním ze zakladatelů kvantové teorie Nielsem Bohrem (vlevo). Při jednom z takových sporů pronesl Einstein svou slavnou větu "Bůh nehraje v kostky", na kterou dostal od Bohra odpověď: "Alberte, neříkej Bohu, co má dělat!"

Představte si, že máte dvě kostky vždy sečteme sedm … Zatřásl jsi s nimi ve sklenici a jednu kost hodil za záda a druhou před sebe a zakryl si ji dlaní. Zvednutím ruky jsi viděl, že jsi hodil, řekněme, šestku - a teď můžeš s jistotou tvrdit, že ti druhá kost za zády vypadla o jednu. Součet dvou čísel se totiž musí rovnat sedmi.

Zní to neuvěřitelně, že? S kostkami, na které jsme zvyklí, takový počet fungovat nebude, ale zapletené částice se chovají přesně takto – a pouze takto, i když povaha tohoto jevu se také vymyká vysvětlení.

"Toto je ten nejneuvěřitelnější fenomén kvantové mechaniky, je nemožné ho vůbec pochopit," říká profesor MIT Walter Levin, jeden z nejuznávanějších fyziků na světě. Můžeme říci jen to, že náš svět zřejmě takto funguje."

To však vůbec neznamená, že tento záhadný jev nelze v praxi využít – ostatně je opakovaně potvrzen jak vzorci, tak experimenty.

Symbol kvantového zapletení

Praktická teleportace

Praktické experimenty s teleportací začaly asi před 10 lety na Kanárských ostrovech pod vedením rakouského fyzika, profesora vídeňské univerzity Antona Zeilingera.

V laboratoři na ostrově Palma vědci vytvoří pár provázaných fotonů (A a B) a jeden z nich je poté odeslán pomocí laserového paprsku do jiné laboratoře na sousedním ostrově Tenerife, vzdáleném 144 km. Obě částice jsou navíc ve stavu superpozice – to znamená, že jsme ještě „neotevřeli kočičí skříňku“.

Poté je k pouzdru připojen třetí foton (C) – ten, který je třeba teleportovat – a přiměje jej k interakci s jednou ze zapletených částic. Poté fyzici změří parametry této interakce (A + C) a výslednou hodnotu přenesou do laboratoře na Tenerife, kde se nachází druhý entanglovaný foton (B).

Nevysvětlitelné spojení mezi A a B umožní proměnit B v přesnou kopii částice C (A + C-B) - jako by se okamžitě přesunula z jednoho ostrova na druhý, aniž by překročila oceán. To znamená, že se teleportovala.

Anton Zeilinger dohlíží na praktickou teleportaci

„Vytahujeme informace, které originál nese – a vytváříme nový originál jinde,“vysvětluje Zeilinger, který již takto teleportoval tisíce a tisíce elementárních částic.

Znamená to, že vědci budou moci v budoucnu tímto způsobem teleportovat jakékoli předměty a dokonce i lidi – vždyť i z takových částic jsme složeni?

Teoreticky je to velmi možné. Stačí vytvořit dostatečný počet zapletených párů a přenést je na různá místa a umístit je do "teleportačních kabin" - řekněme v Londýně a Moskvě. Vstoupíte do třetí kabiny, která funguje jako skener: počítač analyzuje kvantový stav vašich částic, porovná je s těmi provázanými a pošle tyto informace do jiného města. A tam se odehrává opačný proces – a vaše přesná kopie je znovu vytvořena ze zapletených částic.

"Základní problémy vyřešeny"

V praxi jsou věci trochu složitější. Faktem je, že v našem těle je asi 7 0000 atomů (po sedmi je 27 nul, tedy sedm miliard miliard miliard) – to je více než hvězd v pozorovatelné části Vesmíru.

A koneckonců je třeba analyzovat a popsat nejen každou jednotlivou částici, ale také všechny souvislosti mezi nimi - vždyť na novém místě musí být shromážděny v ideálně správném pořadí.

Sbírat a předávat takové množství informací je téměř nemožné – alespoň na současné úrovni technologického rozvoje. Kdy se objeví počítače schopné zpracovat takové objemy dat, není známo. Nyní se každopádně pracuje na zvýšení vzdálenosti mezi laboratořemi a ne na počtu teleportovatelných částic.

Proto se mnoho vědců domnívá, že sen o lidské teleportaci je jen stěží realizovatelný. I když například profesor na New York City College a známý popularizátor vědy Michio Kaku je přesvědčen, že teleportace se stane realitou do konce 21. století – a možná i o 50 let později. Aniž bychom jmenovali konkrétní data, někteří další odborníci s ním vesměs souhlasí.

"Je to otázka zlepšování technologie, zlepšování kvality. Ale řekl bych, že základní problémy byly vyřešeny - a dále neexistuje žádná hranice dokonalosti," říká Eugene Polzik, profesor Institutu Nielse Bohra na Kodaňské univerzitě.

Cestou však vyvstává spousta dalších otázek. Bude například „moje kopie“získaná v důsledku takové teleportace skutečným já? Bude myslet stejně, mít stejné vzpomínky? Koneckonců, jak již bylo zmíněno dříve, originál odeslané položky je zničen v důsledku kvantové analýzy.

„Pro kvantovou teleportaci je zničení teleportovatelného objektu během procesu naprosto nezbytné a nevyhnutelné,“potvrzuje Edward Farhi, který v letech 2004 až 2016 vedl Centrum pro teoretickou fyziku na MIT a nyní pracuje ve společnosti Google. „Myslím, že byste jen proměnit se v hromadu neutronů, protonů a elektronů. Nevypadali byste nejlépe."

Na druhou stranu, z čistě materialistického hlediska nejsme určováni částicemi, z nichž jsme vyrobeni, ale jejich stavem – a tato informace se podle vědců přenáší extrémně přesně.

Rád bych věřil, že tomu tak je. A že se sen lidstva o teleportaci nepromění ve skutečnost ve slavném hororu, kde si hlavní hrdina nevšiml, jak mu do teleportační kabiny omylem vlétla moucha…