Is teleportatie wetenschappelijk mogelijk? Zullen we binnenkort bijna ogenblikkelijk door werelden kunnen reizen? Vandaag zullen we proberen te vertellen wat er nieuw is op dit gebied.
Teleportatie is al sinds het begin van de wereld een menselijke droom. Een persoon wil zich onmiddellijk in de ruimte verplaatsen, reizen, zonder tijd te verspillen aan vermoeiende reizen over lange afstanden. Dit onderwerp is al lang aanwezig in veel werken van de popcultuur, maar het is nog steeds het onderwerp van onderzoek. Hoewel het in 2004 zelfs werd geregistreerd patent op het "hele lichaam teleportatiesysteem", zijn er al de eerste successen in teleportatieonderzoek, maar ze bewijzen dat het helemaal niet zal zijn wat we van deze technologie verwachten.
Waarom spreekt het onderwerp teleportatie zo tot de verbeelding van de mensheid? Als we een lijst zouden maken van de meest gewenste technologieën ter wereld, zou teleportatie op de voorgrond staan. Bedenk eens hoeveel problemen we zouden oplossen als we ons onmiddellijk tussen verschillende plaatsen konden verplaatsen. Helaas zijn er veel aanwijzingen dat teleportatie in de vorm die we zouden willen zien, althans voorlopig, buiten ons bereik ligt. Dit betekent echter niet dat teleportatie helemaal niet mogelijk is. Ze ziet er gewoon anders uit dan we ons voorstellen.
Men kan niet over teleportatie praten zonder een korte inleiding tot de basisprincipes van de kwantumfysica. En dit kan op zijn beurt veel mensen ontmoedigen om het artikel verder te lezen. Maar geloof me, we gaan niet te diep in die sloppenwijken duiken, maar proberen oppervlakkig, in eenvoudige bewoordingen en met duidelijke voorbeelden, het werkingsprincipe van teleportatie uit te leggen. Laten we proberen uit te leggen hoe het nu kan werken. Maar waarom zeg ik precies "hoe het nu werkt"? Gebeurt dit al? Ja, dames en heren, de eerste serieuze stappen zijn al gezet. Wetenschappers slaagden er echter in om niet een persoon, uitrusting of materiaal te teleporteren, maar informatie. Hebben we je kunnen boeien? Lees verder voor hetzelfde.
Vooruitgang in teleportatieonderzoek
Iedereen weet wat teleportatie is, maar niet iedereen weet dat er al verschillende stappen zijn gezet in de ontwikkeling ervan. En het is lang geleden dat Einstein deze kwestie behandelde. Wetenschappers hebben al ontdekt dat alles begint op microschaalniveau, dat wil zeggen op het niveau van kwantumdeeltjes. Toen deze kwantumdeeltjes werden bestudeerd, werd hun vreemde gedrag opgemerkt. Het proces van hun interactie was compleet anders dan alles wat op macroschaal met het blote oog kan worden gezien. Het bleek dat quantum deeltjes kunnen op twee plaatsen tegelijk zijn. Wetenschappers noemen dit het principe van superpositie. Superpositie vindt echter alleen plaats wanneer de deeltjes geen interactie met elkaar hebben, dat wil zeggen dat er niets met hen gebeurt. Als ze in rust zijn, hebben we het over de zogenaamde ineenstorting van de waarschijnlijkheidsgolf. Ik realiseer me dat velen van jullie het moeilijk vinden om dit allemaal te begrijpen. De eenvoudigste manier om deze toestand te illustreren is met behulp van computerbits. Zoals je weet, werken ze in het binaire systeem, dat wil zeggen, ze kunnen nul of één zijn. En qubits (kwantumbits) kunnen tegelijkertijd "nul" en "één" zijn - totdat de golf van waarschijnlijkheid instort.
Einstein slaagde erin te ontdekken wat hij de 'spookinteractie op afstand' noemde. In de loop van zijn onderzoek bleek dat gewone deeltjes op kwantumniveau met elkaar verweven kunnen zijn. Zonder in details te treden, zal ik zeggen dat zulke twee deeltjes kunnen paren, hoewel ze verschillende eigenschappen hebben (bijvoorbeeld momentum). En nu is het meest interessante dat na het koppelen de eigenschappen van een van hen veranderen, terwijl tegelijkertijd de eigenschappen van het andere deeltje veranderen. Ongeacht de afstand die ze zijn! En dit is precies waar teleportatie tegenwoordig aan werkt. Als je het in eenvoudige bewoordingen probeert te beschrijven, natuurlijk, want hoe verder het bos in...
In laboratoria slaagden wetenschappers erin om de toestand van een deeltje van punt A naar punt B over te brengen, maar hiermee wordt geen specifieke informatie over dit deeltje doorgegeven. Waarom? Het grootste probleem is dat, op basis van de huidige stand van het onderzoek, beide partijen deze eerste informatie niet kunnen vaststellen, dat wil zeggen dat wetenschappers niet kunnen bepalen wat er eerst was en wat daarna kwam. Bijna zoals de kip en het ei. In dit stadium is het de moeite waard om deze concepten te benadrukken. Het bleek dat informatie iets veel gecompliceerder is dan het gedrag van het deeltje zelf.
En dit is de belangrijkste beperking in de ontwikkeling van teleportatietechnologie, die tegelijkertijd licht werpt op wat in de toekomst kan worden bereikt en wat waarschijnlijk niet kan worden bereikt. Laten we samenvatten. Momenteel zijn we in staat om deeltjes met elkaar te "koppelen" op kwantumniveau. We kunnen de toestand van de deeltjes van punt A naar punt B overbrengen, maar we brengen niet de benodigde informatie over. We hebben niet de technologische mogelijkheden om een speciaal kanaal te ontwikkelen dat deze informatie met de snelheid van het licht zou verzenden. Op aarde verzenden we informatie via radiokanalen of glasvezel, maar dit is een heel ander niveau.
Lees ook: Over kwantumcomputers in eenvoudige woorden
Munt truc
Dus waarom teleporteren we informatie niet op grote schaal als we de technologie onder de knie lijken te hebben? Nou, niet alles is zo eenvoudig als het lijkt. We hebben niet volledig in de hand met welke kwantumtoestand (en dus het resultaat van teleportatie) we eindigen. Om dit te verklaren gebruiken wetenschappers het voorbeeld van een munt.
We hebben twee munten verstrikt in de kwantumdimensie. Elk kan een van twee toestanden hebben - voorzijde of achterzijde, de ene gaat naar de afzender, de andere naar de ontvanger. Als na verstrengeling de eerste naar de voorzijde wijst, moet de tweede ook naar de voorzijde wijzen. Gelukkig of helaas, zo werkt het min of meer in de kwantumfysica. Dit wetende, begint de afzender de eerste munt te draaien en tegelijkertijd draait de munt naar degene naar wie deze is verzonden. Terwijl de munt draait, weet niemand de uitkomst. Noch de afzender, noch de ontvanger. Totdat de munt van de afzender stopt, weet hij niet welke informatie hij daadwerkelijk naar de ontvanger stuurt. Kortom, we sturen "iets", maar we weten niet precies wat. Totdat het wordt verzonden, blijft de informatie in de superpositie.
Deze beperking maakt het in dit stadium van ontwikkeling onmogelijk om specifieke informatie te verzenden, omdat de afzender niet kan bepalen of we zullen ontvangen wat hij wilde verzenden. Er is dus geen transmissiekanaal dat de informatie aan beide kanten controleert. Quantumcomputers zouden ons hierbij kunnen helpen, maar ze verschijnen nu pas, en tot nu toe zijn ze vrij primitief. We zullen er vandaag over praten.
Lees ook: Blockchains van morgen: de toekomst van de cryptocurrency-industrie in eenvoudige bewoordingen
Is menselijke teleportatie zelfs mogelijk?
Hier komen we bij de belangrijkste vraag voor velen. Dus, kunnen we zelfs maar denken aan het teleporteren van mensen of andere organismen op basis van de realiteit van vandaag? Welnu, waarschijnlijk is er geen enkele persoon op aarde die deze vraag ondubbelzinnig zou kunnen beantwoorden. Echter, kijkend naar de richting van de ontwikkeling, denk ik persoonlijk dat het voorlopig vergeten moet worden. Waarom?
Merk op dat als we het hebben over teleportatie, we het altijd hebben over het overbrengen van de toestand van deeltjes. Daarom moet dit deeltje zich in een "gedefinieerde" staat bevinden. Ondertussen verandert het menselijk brein elke microseconde. Miljarden synapsen, elektronen, impulsen - dit proces is bijna niet te stoppen. Het lijkt misschien alsof de hersenen een plaats zijn waar informatie uit de omgeving wordt opgeslagen. Dan zou het misschien mogelijk zijn om een persoon te teleporteren met die informatie, maar het zou zeker niet dezelfde persoon zijn met hetzelfde brein als toen de "zet" werd gedaan. De staat zelf is tenslotte een soort record, en in het geval van ons zenuwcentrum is er niet eens een initiële 'staat'. Tenzij we het hebben over een helderziende.
Natuurlijk zijn dit slechts gissingen en aannames, want op dit moment kan niemand duidelijk voorspellen wat de toekomst zal brengen. De huidige richting van onderzoek en ontwikkeling van teleportatietechnologieën doet ons echter begrijpen dat we een andere richting zullen inslaan.
Is de toekomst van teleportatie gekoppeld aan kwantumcomputers?
Dus is er een toekomst in teleportatie, en wat is het? Een andere doorbraak op dit onderwerp vond plaats in 2019. Zoals we al hebben vermeld, is teleportatie van de kwantumtoestand theoretisch mogelijk tot elke afstand. Alleen theoretisch, aangezien het nog niet volledig is onderzocht, maar het feit dat een deeltje over een afstand van meer dan 500 kilometer wordt verplaatst, kan het bewijzen. We weten ook dat verreweg de meest complexe informatie-eenheid de kleinste qubit is (dwz de bekende "bit" in superpositie).
Desondanks zijn we er tot nu toe in geslaagd om te teleporteren naar toestand 0 of 1, en niets anders, vanwege de ineenstorting van de waarschijnlijkheidsgolf tijdens observatie. Enige tijd geleden slaagden twee onafhankelijke teams van wetenschappers erin om een superpositie van drie staten tegelijk te sturen, die ze een snijder noemden. Het was echter niet helemaal succesvol, maar de poging zelf laat goed zien dat wetenschappers teleportatie niet zijn vergeten. Wat betekent dit voor ons? In een notendop betekent dit dat we heel langzaam, maar nog steeds de kracht vergroten, wat in de toekomst kan leiden tot de eerste volledige overdracht van informatie.
Eind 2019 werd de situatie nog interessanter. Een team van wetenschappers uit Zürich gelukt om te teleporteren hoeveelheid gegevens. In één seconde werden 10000 kwantumbits (qubits) overgedragen tussen onafhankelijk opererende computersystemen. Ze bouwden een computerchip met elektronica van drie micron groot. Twee waren de zenders, terwijl de derde de ontvanger was. Verstrengelde elektronen bij temperaturen dicht bij het absolute nulpunt betekenden dat gegevens die naar de zender werden gestuurd, ook in de ontvanger verschenen, d.w.z. volgens de principes van de kwantumfysica. En waarom hebben we het over teleportatie en niet alleen over gegevensoverdracht? Nou, omdat er geen draad of ander aangewezen pad was tussen de systemen.
Ik geloof dat alle hierboven besproken kwesties een nogal pessimistische versie van de gebeurtenissen creëren, wat op zijn beurt uw enthousiasme voor het onderwerp zal weerspiegelen. Maar het is geen tijd om in paniek te raken en interesse te verliezen in het onderwerp teleportatie. De wetenschap staat niet stil. Met de ontwikkeling van onderzoek naar de teleportatie van de toestand van kwantumdeeltjes, begon eindelijk apparatuur in de vorm van kwantumcomputers te verschijnen. "Wat heeft dit met ons onderwerp te maken?" - je vraagt. Welnu, met hun hulp willen we de creatie van een apart kwantumkanaal bereiken. Hierdoor zal het mogelijk zijn om informatie te teleporteren, in plaats van het te verzenden, zoals het nu is, onder andere met behulp van optische vezels (we hebben het natuurlijk over "traditionele distributie", niet over kwantumdeeltjes) . Ja - dit is een manier van de veronderstelde invloed van de "afzender van de munt" op het resultaat van zijn circulatie op de munt van de ontvanger.
Het werk van dergelijke computers is interessant om te beschrijven, als je begrijpt dat een kwantumcomputer niet te vergelijken is met een gewone desktop-pc. Dit is hetzelfde als zeggen dat een gloeilamp gewoon een "sterkere kaars" is. Dit zijn totaal verschillende technologieën die niet eens op elkaar lijken. En net zoals moderne computers werken met twee toestanden in het binaire systeem (0 en 1), kunnen kwantumcomputers werken met toestanden die zich in superpositie bevinden. Ze kunnen dus bijvoorbeeld 60% nul en 40% één tegelijk zijn. Dat klinkt ingewikkeld, dus laten we naar een ander voorbeeld gaan.
We spelen "voorkant of achterkant" met de computer (ik zei al dat dit een favoriet voorbeeld is van wetenschappers bij het verklaren van kwantumtoestanden). De voorzijde ligt standaard op tafel. In de eerste ronde mag de computer de munt opgooien of ongewijzigd laten, maar we weten de uitkomst van de uiteindelijke beslissing niet. Dan krijgen we dezelfde kans, en de computer weet het resultaat ook niet. Na enkele ronden wordt de staat van de munt gecontroleerd. Als de voorzijde is veranderd, wint de computer, anders winnen wij. Dit geeft ons precies 50% kans om te winnen.
Als we hetzelfde spel spelen met een kwantumcomputer, krijgt de computer in principe 100% kans om te winnen (in een onderzoek won het 97% in meer dan 300 verschillende spellen, de resterende 3% is waarschijnlijk ... te wijten aan een systeemfout). Maar hoe is dit mogelijk? Stel je voor dat de computer elke ronde zijn superpositie behoudt, omdat hij door geen enkele waarnemer wordt gezien (niemand uit de omgeving, ook wij niet). Tegelijkertijd beslist de machine 30% in het voordeel van de voorzijde en 70% in het voordeel van het verlaten van de huidige staat, in de volgende ronde kiest het een andere. Maar het belangrijkste is dat een kwantumcomputer altijd twee verschillende toestanden kiest (wanneer we er maar één kiezen). Helemaal aan het einde van het spel, wanneer de uitkomst wordt onthuld, breekt de golf van waarschijnlijkheid en ... hij wint.
Bedriegt de kwantumcomputer ons? Nee! Ik weet dat het moeilijk te begrijpen is, maar stel je voor dat de computer tijdens deze verschillende rondes twee verschillende sappen in een kom in verschillende verhoudingen giet, en helemaal aan het einde beide componenten van het mengsel scheidt, letterlijk de waarschijnlijkheid "overwint" en altijd de goede keuze. Het is moeilijk te geloven, maar in de praktijk is dit precies wat er gebeurt.
Een obscuur fenomeen, maar het is een goede illustratie van de kracht van de kwantumfysica. Op het niveau van kwantummoleculen zou zo'n computer veel beter zijn in het ontwikkelen van bijvoorbeeld nieuwe medicijnen. Het zou ons zeker van pas komen in de omstandigheden van een pandemie en om andere ziekten te overwinnen. Maar het belangrijkste is dat zo'n computer nuttig zal zijn bij de ontwikkeling van teleportatie-informatietechnologieën. En dit zijn geen triviale woorden! Wanneer er veel kwantumcomputers in de wereld zullen zijn, zullen de kwantummoleculen van elk van hen in staat zijn om met elkaar te mengen (paren). Als we dan de eigenschap van een van hen veranderen, veranderen we ook de toestand van het gepaarde molecuul. Ten slotte is het mogelijk om informatie te verzenden, omdat direct na verzending de begin- en eindstatus kunnen worden bepaald. Laten we in ieder geval de prestaties van de kwantumsupercomputer van Google in herinnering brengen. In 200 seconden maakte hij berekeningen die... 10 jaar werking van de snelste "normale" supercomputer zouden vergen. Dus je kunt het enorme potentieel en de kracht zien die het met zich meebrengt.
Zo zou een volledig nieuw transmissiekanaal worden gecreëerd, waar we niet eens van hadden gedroomd. Net als een glasvezel of een radiokanaal nu. En aangezien, zoals eerder vermeld, er theoretisch geen limiet is aan de teleportatieafstand van de kwantumtoestand, zullen we ook in een oogwenk met andere planeten kunnen communiceren. En dat op een uiterst veilige manier. Dankzij teleportatie zou het zelfs theoretisch onmogelijk zijn om informatie te "vangen". Aan de andere kant, als teleportatie mogelijk zou worden, zou een intelligent persoon een manier vinden om het te doen. Misschien weten we nog niet zoveel en zijn we dus niet helemaal homo sapiens...
En nu zijn we aan het einde gekomen van het gesprek over de huidige en toekomstige staat van teleportatieontwikkeling. Toegegeven, toekomstplannen zien er veel interessanter uit, vooral omdat ze niet allemaal zo ver weg zijn als je zou denken. We mogen ook niet vergeten dat we niet kunnen voorspellen hoe de toekomst er werkelijk uit zal zien. De moderne wereld heeft bewezen dat wat 30 jaar geleden een fantasie leek, vandaag de dag werkelijkheid wordt. Alle stellingen (vooral die met betrekking tot menselijke teleportatie) zijn gebaseerd op beschikbare informatie en prognoses van onderzoeksontwikkeling. Daarom hopen we dat de technologie van quantum computing binnenkort toegankelijker en begrijpelijker wordt. En natuurlijk willen we dat deze revolutie tijdens ons leven plaatsvindt. Ik wil echt zien hoe een persoon onmiddellijk naar Mars of Alpha Centauri kan verhuizen. Dromen, dromen, dromen...
Lees ook: