Ist Teleportation wissenschaftlich möglich? Werden wir bald fast augenblicklich Welten bereisen können? Heute werden wir versuchen zu erzählen, was es Neues auf diesem Gebiet gibt.
Teleportation ist seit Anbeginn der Welt ein menschlicher Traum. Eine Person möchte sich sofort im Weltraum bewegen, reisen, ohne Zeit mit ermüdenden Reisen über lange Strecken zu verschwenden. Dieses Thema ist in vielen Werken der Popkultur längst präsent, aber immer noch Gegenstand der Forschung. Obwohl es im Jahr 2004 sogar registriert wurde Patent zum „Ganzkörper-Teleportationssystem“ gibt es bereits erste Erfolge in der Teleportationsforschung, aber sie beweisen, dass es bei weitem nicht das sein wird, was wir uns von dieser Technologie versprechen.
Warum bewegt das Thema Teleportation die Fantasie der Menschheit so sehr? Wenn wir eine Liste der begehrtesten Technologien der Welt erstellen müssten, stünde die Teleportation an vorderster Front. Überlegen Sie nur, wie viele Probleme wir lösen würden, wenn wir uns sofort zwischen verschiedenen Orten bewegen könnten. Leider gibt es viele Anzeichen dafür, dass die Teleportation in der Form, die wir uns wünschen, zumindest vorerst, außerhalb unserer Reichweite liegt. Dies bedeutet jedoch nicht, dass Teleportation überhaupt nicht möglich ist. Sie sieht nur anders aus, als wir uns das vorstellen.
Ohne eine kurze Einführung in die Grundlagen der Quantenphysik kann man nicht über Teleportation sprechen. Und das wiederum kann viele Menschen davon abhalten, den Artikel weiter zu lesen. Aber glauben Sie mir, wir werden nicht zu tief in diese Slums eintauchen, sondern versuchen, oberflächlich, in einfachen Worten und mit anschaulichen Beispielen, das Prinzip der Teleportation zu erklären. Lassen Sie uns versuchen zu erklären, wie es jetzt funktionieren kann. Aber warum sage ich genau "wie es jetzt funktioniert"? Geschieht dies bereits? Ja, meine Damen und Herren, die ersten ernsthaften Schritte wurden bereits unternommen. Wissenschaftlern gelang es jedoch, nicht eine Person, Ausrüstung oder Materialien zu teleportieren, sondern Informationen. Haben wir es geschafft, Sie zu faszinieren? Lesen Sie dazu weiter.
Fortschritte in der Teleportationsforschung
Jeder weiß, was Teleportation ist, aber nicht jeder weiß, dass in seiner Entwicklung bereits mehrere Schritte unternommen wurden. Und es ist lange her, dass sich Einstein mit diesem Thema beschäftigt hat. Wissenschaftler haben bereits herausgefunden, dass alles auf der Mikroebene beginnt, also auf der Ebene der Quantenteilchen. Als man begann, diese Quantenteilchen zu untersuchen, fiel ihr seltsames Verhalten auf. Der eigentliche Prozess ihrer Interaktion war völlig anders als alles, was mit bloßem Auge auf einer Makroskala gesehen werden kann. Es stellte sich heraus, dass Quantum Teilchen können gleichzeitig an zwei Orten sein. Wissenschaftler nennen dies das Superpositionsprinzip. Eine Überlagerung findet jedoch nur dann statt, wenn die Teilchen nicht miteinander wechselwirken, also nichts mit ihnen passiert. Wenn sie in Ruhe sind, sprechen wir vom sogenannten Kollaps der Wahrscheinlichkeitswelle. Mir ist klar, dass es vielen von Ihnen schwer fällt, all dies zu verstehen. Am einfachsten lässt sich dieser Zustand mit Hilfe von Computerbits veranschaulichen. Wie Sie wissen, arbeiten sie im Binärsystem, das heißt, sie können Null oder Eins sein. Und Qubits (Quantenbits) können gleichzeitig „Null“ und „Eins“ sein – bis die Wahrscheinlichkeitswelle zusammenbricht.
Einstein gelang die Entdeckung dessen, was er die „Phantom-Wechselwirkung auf Distanz“ nannte. Im Laufe seiner Forschung stellte sich heraus, dass gewöhnliche Teilchen auf Quantenebene miteinander verflochten werden können. Ohne auf Details einzugehen, werde ich sagen, dass solche zwei Teilchen sich paaren können, obwohl sie unterschiedliche Eigenschaften haben (z. B. Impuls). Und jetzt ist das Interessanteste, dass sich nach der Paarung die Eigenschaften eines von ihnen ändern und gleichzeitig die Eigenschaften des anderen Partikels ändern. Unabhängig von der Entfernung! Und genau damit funktioniert Teleportation heute. Wenn Sie versuchen, es mit einfachen Worten zu beschreiben, natürlich, denn je weiter in den Wald hinein...
In Labors ist es Wissenschaftlern gelungen, den Zustand eines Teilchens von Punkt A nach Punkt B zu übertragen, dabei werden aber keine spezifischen Informationen über dieses Teilchen übermittelt. Wieso den? Das Hauptproblem besteht darin, dass nach derzeitigem Stand der Forschung beide Seiten diese Ausgangsinformationen nicht ermitteln können, also Wissenschaftler nicht feststellen können, was zuerst und was danach kam. Fast wie das Huhn und das Ei. An dieser Stelle lohnt es sich, diese Konzepte hervorzuheben. Es stellte sich heraus, dass Information etwas viel Komplizierteres ist als das Verhalten des Teilchens selbst.
Und dies ist die Hauptbeschränkung bei der Entwicklung der Teleportationstechnologie, die gleichzeitig Aufschluss darüber gibt, was in Zukunft erreicht werden kann und was wahrscheinlich nicht erreicht werden kann. Fassen wir zusammen. Derzeit sind wir in der Lage, Teilchen auf Quantenebene miteinander zu „paaren“. Wir können den Zustand der Teilchen von Punkt A nach Punkt B übertragen, aber wir übertragen nicht die notwendige Information. Wir haben nicht die technologischen Möglichkeiten, einen speziellen Kanal zu entwickeln, der diese Informationen mit Lichtgeschwindigkeit überträgt. Auf der Erde übertragen wir Informationen über Funkkanäle oder Glasfaser, aber das ist eine ganz andere Ebene.
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Münztrick
Warum teleportieren wir also nicht in großem Umfang Informationen, wenn wir die Technologie zu beherrschen scheinen? Nun, nicht alles ist so einfach, wie es scheint. Wir haben keine vollständige Kontrolle darüber, welchen Quantenzustand (und damit das Ergebnis der Teleportation) wir erreichen. Um dies zu erklären, verwenden Wissenschaftler das Beispiel einer Münze.
Wir haben zwei Münzen, die in der Quantendimension verstrickt sind. Jeder kann einen von zwei Zuständen haben - Vorder- oder Rückseite, einer geht an den Absender, der andere an den Empfänger. Wenn nach der Verschränkung der erste auf die Vorderseite zeigt, muss der zweite auch auf die Vorderseite zeigen. Glücklicherweise oder leider funktioniert das in der Quantenphysik mehr oder weniger so. In diesem Wissen beginnt der Sender, die erste Münze zu drehen, und gleichzeitig dreht sich die Münze zu demjenigen, an den sie gesendet wurde. Während sich die Münze dreht, kennt niemand das Ergebnis. Weder der Absender noch der Empfänger. Bis die Münze des Senders stoppt, weiß er nicht, welche Informationen er tatsächlich an den Empfänger sendet. Kurz gesagt, wir senden „etwas“, aber wir wissen nicht wirklich was. Bis zum Absenden bleiben die Informationen in der Überlagerung.
Diese Einschränkung macht es unmöglich, in diesem Entwicklungsstadium spezifische Informationen zu senden, da der Absender nicht feststellen kann, ob wir das erhalten, was er senden wollte. Es gibt also keinen Übertragungskanal, der die Informationen auf beiden Seiten prüft. Quantencomputer könnten uns hier helfen, aber sie tauchen gerade erst auf und sind bisher recht primitiv. Wir werden heute über sie sprechen.
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Ist menschliche Teleportation überhaupt möglich?
Hier kommen wir zur für viele wichtigsten Frage. Können wir also auf der Grundlage der heutigen Realität überhaupt daran denken, Menschen oder andere Organismen zu teleportieren? Nun, wahrscheinlich gibt es keinen einzigen Menschen auf der Erde, der diese Frage eindeutig beantworten könnte. Wenn ich mir jedoch die Entwicklungsrichtung anschaue, denke ich persönlich, dass es vorerst vergessen werden sollte. Wieso den?
Beachten Sie, dass wir, wenn wir von Teleportation sprechen, immer davon sprechen, den Zustand von Teilchen zu übertragen. Daher muss sich dieses Teilchen in einem "definierten" Zustand befinden. Unterdessen verändert sich das menschliche Gehirn jede Mikrosekunde. Milliarden Synapsen, Elektronen, Impulse – dieser Prozess lässt sich kaum aufhalten. Es mag den Anschein haben, dass das Gehirn ein Ort ist, an dem Informationen aus der Umgebung gespeichert werden. Dann wäre es vielleicht möglich, eine Person mit diesen Informationen zu teleportieren, aber es wäre sicherlich nicht dieselbe Person mit demselben Gehirn wie beim „Umzug“. Schließlich ist der Zustand selbst eine Art Aufzeichnung, und im Falle unseres Nervenzentrums gibt es nicht einmal einen anfänglichen "Zustand". Es sei denn, wir sprechen von einem Hellseher.
Natürlich sind dies nur Vermutungen und Vermutungen, denn derzeit kann niemand eindeutig vorhersagen, was die Zukunft bringen wird. Die aktuelle Richtung der Forschung und Entwicklung von Teleportationstechnologien lässt uns jedoch verstehen, dass wir in eine andere Richtung gehen werden.
Ist die Zukunft der Teleportation mit Quantencomputern verbunden?
Gibt es also eine Zukunft in der Teleportation, und was ist sie? Ein weiterer Durchbruch zu diesem Thema gelang 2019. Wie wir bereits erwähnt haben, ist die Teleportation des Quantenzustands theoretisch auf beliebige Entfernungen möglich. Nur theoretisch, da es noch nicht vollständig untersucht wurde, aber die Tatsache, dass sich ein Teilchen über eine Entfernung von mehr als 500 Kilometern bewegt, kann es beweisen. Wir wissen auch, dass die bei weitem komplexeste Informationseinheit das kleinste Qubit ist (dh das bekannte „Bit“ in Überlagerung).
Trotzdem haben wir es aufgrund des Zusammenbruchs der Wahrscheinlichkeitswelle während der Beobachtung bisher geschafft, uns in den Zustand 0 oder 1 zu teleportieren, und sonst nichts. Vor einiger Zeit gelang es zwei unabhängigen Wissenschaftlerteams, eine Überlagerung von drei Zuständen gleichzeitig zu senden, die sie einen Cutter nannten. Es war jedoch nicht vollständig erfolgreich, aber der Versuch selbst zeigt gut, dass Wissenschaftler die Teleportation nicht vergessen haben. Was bedeutet das für uns? Kurz gesagt bedeutet dies, dass wir sehr langsam, aber immer noch die Leistung erhöhen, was in Zukunft möglicherweise zur ersten vollständigen Übertragung von Informationen führen wird.
Ende 2019 wurde die Situation noch interessanter. Ein Team von Wissenschaftlern aus Zürich konnte sich teleportieren Quantität an Daten. 10000 Quantenbits (Qubits) wurden in einer Sekunde zwischen unabhängig voneinander arbeitenden Computersystemen übertragen. Sie bauten einen Computerchip mit drei Mikrometer großer Elektronik. Zwei waren die Sender, während der dritte der Empfänger war. Verschränkte Elektronen bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt führten dazu, dass an den Sender gesendete Daten auch im Empfänger erschienen, also nach den Prinzipien der Quantenphysik. Und warum sprechen wir von Teleportation und nicht nur von Datenübertragung? Nun, weil es kein Kabel oder einen anderen festgelegten Weg zwischen den Systemen gab.
Ich glaube, dass alle oben diskutierten Themen eine eher pessimistische Version der Ereignisse erzeugen, die wiederum Ihre Begeisterung für das Thema widerspiegeln wird. Aber es ist nicht an der Zeit, in Panik zu verfallen und das Interesse am Thema Teleportation zu verlieren. Die Wissenschaft steht nicht still. Mit der Entwicklung der Forschung zur Teleportation des Zustands von Quantenteilchen tauchten schließlich Geräte in Form von Quantencomputern auf. "Was hat das mit unserem Thema zu tun?" - du fragst. Nun, mit ihrer Hilfe wollen wir die Schaffung eines separaten Quantenkanals erreichen. Dank dessen wird es möglich sein, Informationen zu teleportieren, anstatt sie wie bisher zu versenden, unter anderem mit Hilfe von Glasfasern (wir sprechen natürlich von "traditioneller Verteilung", nicht von Quantenteilchen). . Ja - das ist ein Weg der vermeintlichen Beeinflussung des "Absenders der Münze" auf das Ergebnis ihres Umlaufs auf der Münze des Empfängers.
Die Arbeit solcher Computer ist interessant zu beschreiben, wenn man versteht, dass ein Quantencomputer nicht mit einem gewöhnlichen Desktop-PC verglichen werden kann. Das ist alles so, als würde man sagen, dass eine Glühlampe nur eine "stärkere Kerze" ist. Das sind völlig unterschiedliche Technologien, die einander nicht einmal ähnlich sind. Und so wie moderne Computer mit zwei Zuständen im Binärsystem (0 und 1) arbeiten, können Quantencomputer mit Zuständen arbeiten, die sich überlagern. Sie können also zum Beispiel gleichzeitig 60 % Null und 40 % Eins sein. Das klingt kompliziert, also gehen wir zu einem anderen Beispiel über.
Wir spielen „obverse or reverse“ mit dem Computer (ich erwähnte bereits, dass dies ein Lieblingsbeispiel von Wissenschaftlern bei der Erklärung von Quantenzuständen ist). Die Vorderseite liegt standardmäßig auf dem Tisch. In der ersten Runde kann der Computer die Münze werfen oder unverändert lassen, aber wir kennen das Ergebnis der endgültigen Entscheidung nicht. Dann bekommen wir die gleiche Gelegenheit, und der Computer kennt das Ergebnis auch nicht. Nach einigen Runden wird der Zustand der Münze überprüft. Wenn sich die Vorderseite verändert hat, gewinnt der Computer, sonst gewinnen wir. Damit haben wir genau 50% Gewinnchance.
Wenn wir das gleiche Spiel mit einem Quantencomputer spielen, bekommt der Computer grundsätzlich eine 100%ige Gewinnchance (in einer Studie hat er 97% in über 300 verschiedenen Spielen gewonnen, die restlichen 3% sind wahrscheinlich … auf Systemfehler zurückzuführen). Aber wie ist das möglich? Stellen Sie sich vor, dass der Computer bei jeder Runde seine Überlagerung behält, weil er von keinem Beobachter gesehen wird (niemand aus der Umgebung, einschließlich uns). Gleichzeitig entscheidet sich die Maschine zu 30 % für die Vorderseite und zu 70 % dafür, den aktuellen Zustand zu verlassen, in der nächsten Runde wählt sie einen anderen. Aber das Wichtigste ist, dass ein Quantencomputer immer zwei verschiedene Zustände wählt (wenn wir nur einen wählen). Ganz am Ende des Spiels, wenn das Ergebnis bekannt ist, bricht die Wahrscheinlichkeitswelle und … er gewinnt.
Täuscht uns der Quantencomputer? Nein! Ich weiß, es ist schwer zu verstehen, aber stellen Sie sich vor, dass der Computer während dieser mehreren Runden zwei verschiedene Säfte in unterschiedlichen Anteilen in eine Schüssel gießt und ganz am Ende beide Komponenten der Mischung trennt, die Wahrscheinlichkeit buchstäblich "überwindet" und immer das macht richtige Wahl. Kaum zu glauben, aber in der Praxis passiert genau das.
Ein obskures Phänomen, aber es ist ein gutes Beispiel für die Leistungsfähigkeit der Quantenphysik. Auf der Ebene der Quantenmoleküle wäre ein solcher Computer zum Beispiel viel besser geeignet, neue Medikamente zu entwickeln. Es würde uns sicherlich unter den Bedingungen einer Pandemie und zur Überwindung anderer Krankheiten nützlich sein. Aber das Wichtigste ist, dass ein solcher Computer bei der Entwicklung von Teleportations-Informationstechnologien nützlich sein wird. Und das sind keine trivialen Worte! Wenn es viele Quantencomputer auf der Welt geben wird, werden sich die Quantenmoleküle von jedem von ihnen miteinander vermischen (paaren) können. Wenn wir dann die Eigenschaft eines von ihnen ändern, ändern wir auch den Zustand des gepaarten Moleküls. Endlich wird es möglich sein, Informationen zu versenden, denn unmittelbar nach dem Versand kann der Anfangs- und Endzustand ermittelt werden. Erinnern wir uns jedenfalls an die Errungenschaften von Googles Quanten-Supercomputer. In 200 Sekunden führte er Berechnungen durch, die ... 10 Jahre Betrieb des schnellsten "normalen" Supercomputers erfordern würden. Sie können also das enorme Potenzial und die Kraft sehen, die es in sich trägt.
Somit würde ein völlig neuer Übertragungskanal geschaffen, von dem wir nicht einmal träumten. So wie jetzt eine Glasfaser oder ein Funkkanal. Und da, wie bereits erwähnt, die Teleportationsdistanz des Quantenzustands theoretisch unbegrenzt ist, werden wir auch mit anderen Planeten im Handumdrehen kommunizieren können. Und das auf äußerst sichere Weise. Dank Teleportation wäre es sogar theoretisch unmöglich, Informationen zu "fangen". Wenn andererseits Teleportation möglich würde, würde eine intelligente Person einen Weg finden, dies zu tun. Vielleicht wissen wir noch nicht so viel und sind deshalb noch nicht ganz homo sapiens...
Und jetzt sind wir am Ende des Gesprächs über den aktuellen und zukünftigen Stand der Teleportationsentwicklung angelangt. Es muss zugegeben werden, dass Zukunftspläne viel interessanter aussehen, zumal nicht alle so weit weg sind, wie Sie vielleicht denken. Es sollte auch daran erinnert werden, dass wir nicht vorhersagen können, wie die Zukunft tatsächlich aussehen wird. Die moderne Welt hat bewiesen, dass manchmal, was vor 30 Jahren wie eine Fantasie schien, heute Wirklichkeit wird. Alle Thesen (insbesondere die zur Teleportation von Menschen) basieren auf verfügbaren Informationen und Prognosen der Forschungsentwicklung. Daher hoffen wir, dass die Technologie des Quantencomputings bald zugänglicher und verständlicher wird. Und natürlich wollen wir, dass diese Revolution zu unseren Lebzeiten stattfindet. Ich möchte wirklich sehen, wie eine Person sofort zum Mars oder Alpha Centauri wechseln kann. Träume, Träume, Träume...
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