Onko teleportaatio tieteellisesti mahdollista? Pystymmekö pian matkustamaan maailmoja lähes välittömästi? Tänään yritämme kertoa, mitä uutta tällä alueella on.
Teleportaatio on ollut ihmisen unelma maailman alusta lähtien. Ihminen haluaa liikkua välittömästi avaruudessa, matkustaa tuhlaamatta aikaa väsyttäviin matkoihin pitkillä matkoilla. Tämä aihe on ollut pitkään esillä monissa popkulttuurin teoksissa, mutta se on edelleen tutkimuksen kohteena. Vaikka vuonna 2004 se jopa rekisteröitiin patentti- "koko kehon teleportaatiojärjestelmässä" on jo ensimmäisiä menestyksiä teleportaatiotutkimuksessa, mutta ne osoittavat, että se ei ole ollenkaan sitä, mitä odotamme tältä tekniikalta.
Miksi teleportaation aihe herättää ihmiskunnan mielikuvitusta niin paljon? Jos tekisimme listan maailman halutuimmista teknologioista, teleportaatio olisi eturintamassa. Ajatelkaapa kuinka monta ongelmaa ratkaisisimme, jos voisimme liikkua eri paikkojen välillä välittömästi. Valitettavasti on monia merkkejä siitä, että teleportaatio siinä muodossa, jonka haluaisimme nähdä, ainakin toistaiseksi, on ulottumattomissamme. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, etteikö teleportaatio olisi ollenkaan mahdollista. Hän vain näyttää erilaiselta kuin kuvittelemme.
Teleportaatiosta ei voi puhua ilman lyhyttä johdatusta kvanttifysiikan perusteisiin. Ja tämä puolestaan voi estää monia ihmisiä lukemasta artikkelia pidemmälle. Mutta uskokaa minua, emme kaivaudu liian syvälle noihin slummeihin, vaan yritämme selittää pinnallisesti, yksinkertaisin sanoin ja selkein esimerkein teleportaation periaatetta. Yritetään selittää, miten se voi toimia juuri nyt. Mutta miksi sanon tarkalleen "kuinka se nyt toimii"? Onko tämä jo tapahtumassa? Kyllä, hyvät naiset ja herrat, ensimmäiset vakavat askeleet on jo otettu. Tiedemiehet onnistuivat kuitenkin teleportoimaan ei henkilöä, laitteita tai materiaaleja, vaan tietoa. Onnistuimmeko kiehtomaan sinut? Lue samasta.
Edistystä teleportaatiotutkimuksessa
Kaikki tietävät, mitä teleportaatio on, mutta kaikki eivät tiedä, että sen kehityksessä on jo otettu useita askeleita. Ja siitä on pitkä aika, kun Einstein käsitteli tätä asiaa. Tiedemiehet ovat jo havainneet, että kaikki alkaa mikromittakaavan tasolta, eli kvanttihiukkasten tasolta. Kun näitä kvanttihiukkasia alettiin tutkia, niiden outo käyttäytyminen havaittiin. Heidän vuorovaikutuksensa prosessi oli täysin erilainen kuin mikään, mitä voidaan nähdä paljaalla silmällä makromittakaavassa. Osoittautui että kvantti hiukkaset voivat olla kahdessa paikassa yhtä aikaa. Tutkijat kutsuvat tätä superpositioperiaatteeksi. Superpositio tapahtuu kuitenkin vain silloin, kun hiukkaset eivät ole vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, eli niille ei tapahdu mitään. Kun he ovat levossa, puhumme niin sanotusta todennäköisyysaallon romahtamisesta. Ymmärrän, että monien teistä on vaikea ymmärtää tätä kaikkea. Helpoin tapa havainnollistaa tätä tilaa on tietokonebittien avulla. Kuten tiedätte, ne toimivat binäärijärjestelmässä, eli ne voivat olla nolla tai yksi. Ja kubitit (kvanttibitit) voivat olla sekä "nolla" että "yksi" samaan aikaan - kunnes todennäköisyysaalto romahtaa.
Einstein onnistui löytämään sen, mitä hän kutsui "fantomivuorovaikutukseksi etäisyydeltä". Hänen tutkimuksensa aikana kävi ilmi, että tavalliset hiukkaset voivat kietoutua kvanttitasolla. Menemättä yksityiskohtiin sanon, että tällaiset kaksi hiukkasta voivat pariutua, vaikka niillä on erilaiset ominaisuudet (esimerkiksi liikemäärä). Ja nyt mielenkiintoisin asia on, että pariliitoksen muodostumisen jälkeen yhden niistä ominaisuudet muuttuvat, muuttaen samalla toisen hiukkasen ominaisuuksia. Riippumatta etäisyydestä he ovat! Ja juuri tätä teleportaatio toimii nykyään. Jos yrität kuvata sitä yksinkertaisin sanoin, tietysti, koska mitä pidemmälle metsään...
Laboratorioissa tutkijat onnistuivat siirtämään hiukkasen tilan pisteestä A pisteeseen B, mutta tällä ei välitetä erityistä tietoa tästä hiukkasesta. Miksi? Suurin ongelma on, että tämänhetkisen tutkimuksen perusteella kumpikaan osapuoli ei pysty vahvistamaan tätä alkutietoa, eli tutkijat eivät voi määrittää, mikä oli ensin ja mikä seuraavaksi. Melkein kuin kana ja muna. Tässä vaiheessa näitä käsitteitä kannattaa korostaa. Kävi ilmi, että tieto on jotain paljon monimutkaisempaa kuin itse hiukkasen käyttäytyminen.
Ja tämä on tärkein rajoitus teleportaatioteknologian kehityksessä, mikä samalla valaisee mitä tulevaisuudessa voidaan saavuttaa ja mitä ei todennäköisesti voida saavuttaa. Tehdään yhteenveto. Tällä hetkellä pystymme "liittämään" hiukkasia toistensa kanssa kvanttitasolla. Voimme siirtää hiukkasten tilan pisteestä A pisteeseen B, mutta emme siirrä tarvittavaa tietoa. Meillä ei ole teknisiä valmiuksia kehittää erityistä kanavaa, joka välittäisi tämän tiedon valonnopeudella. Maapallolla lähetämme tietoa radiokanavien tai valokuitujen kautta, mutta tämä on täysin eri taso.
Lue myös: Tietoja kvanttitietokoneista yksinkertaisin sanoin
Kolikkotemppu
Joten miksi emme teleportoi tietoa suuressa mittakaavassa, kun näytämme hallitsevan teknologian? No, kaikki ei ole niin yksinkertaista kuin miltä se saattaa näyttää. Emme täysin hallitse, mihin kvanttitilaan (ja siten teleportaation tulokseen) päädymme. Tämän selittämiseksi tutkijat käyttävät esimerkkiä kolikosta.
Meillä on kaksi kolikkoa sotkeutuneena kvanttiulottuvuuteen. Jokaisella voi olla toinen kahdesta tilasta - etupuoli tai käänteinen, toinen menee lähettäjälle, toinen vastaanottajalle. Jos ensimmäinen osoittaa sotkeutumisen jälkeen etupuolelle, toisen on myös osoitettava etupuolelle. Onneksi tai valitettavasti näin se toimii enemmän tai vähemmän kvanttifysiikassa. Tämän tietäen lähettäjä alkaa pyörittää ensimmäistä kolikkoa ja samalla kolikko pyörii sille, jolle se lähetettiin. Kun kolikko pyörii, kukaan ei tiedä lopputulosta. Ei lähettäjä eikä vastaanottaja. Ennen kuin lähettäjän kolikko pysähtyy, se ei tiedä, mitä tietoa se todella lähettää vastaanottajalle. Lyhyesti sanottuna lähetämme "jotain", mutta emme oikein tiedä mitä. Kunnes se lähetetään, tiedot pysyvät superpositiossa.
Tämä rajoitus tekee mahdottomaksi lähettää tiettyä tietoa tässä kehitysvaiheessa, koska lähettäjä ei voi määrittää, saammeko sen, mitä hän aikoi lähettää. Joten ei ole lähetyskanavaa, joka tarkistaisi tiedot molemmilta puolilta. Kvanttitietokoneet voisivat auttaa meitä tässä, mutta ne ovat vasta nyt ilmestymässä, ja toistaiseksi ne ovat melko alkeellisia. Puhumme niistä tänään.
Lue myös: Huomisen lohkoketjut: kryptovaluuttateollisuuden tulevaisuus yksinkertaisin sanoin
Onko ihmisten teleportaatio edes mahdollista?
Tässä tulemme monille tärkeimmän kysymyksen äärelle. Joten voimmeko edes ajatella ihmisten tai muiden organismien teleportoimista nykypäivän todellisuuteen perustuen? No, luultavasti maan päällä ei ole ainuttakaan ihmistä, joka pystyisi vastaamaan tähän kysymykseen yksiselitteisesti. Kehityksen suuntaa tarkasteltaessa olen kuitenkin henkilökohtaisesti sitä mieltä, että se pitäisi toistaiseksi unohtaa. Miksi?
Huomaa, että kun puhumme teleportaatiosta, puhumme aina hiukkasten tilan siirtämisestä. Siksi tämän hiukkasen täytyy olla jossain "määritetyssä" tilassa. Samaan aikaan ihmisen aivot muuttuvat mikrosekunnissa. Miljardeja synapseja, elektroneja, impulsseja - tätä prosessia on lähes mahdotonta pysäyttää. Saattaa tuntua, että aivot ovat paikka, johon ympäristöstä saatu tieto tallennetaan. Silloin saattaa olla mahdollista teleportoida henkilö tällä tiedolla, mutta se ei todellakaan olisi sama henkilö, jolla on samat aivot kuin silloin, kun "siirto" tehtiin. Loppujen lopuksi tila itsessään on eräänlainen ennätys, ja hermokeskuksemme tapauksessa ei ole edes alkuperäistä "tilaa". Ellei puhuta psyykkistä.
Nämä ovat tietysti vain arvauksia ja olettamuksia, sillä tällä hetkellä kukaan ei voi selvästi ennustaa, mitä tulevaisuus tuo tullessaan. Nykyinen teleportaatioteknologian tutkimuksen ja kehityksen suunta saa meidät kuitenkin ymmärtämään, että mennään eri suuntaan.
Onko teleportaation tulevaisuus sidoksissa kvanttitietokoneisiin?
Joten onko teleportaatiolla tulevaisuutta, ja mitä se on? Toinen läpimurto tässä aiheessa tapahtui vuonna 2019. Kuten olemme jo maininneet, kvanttitilan teleportaatio on teoriassa mahdollista mihin tahansa etäisyyteen. Vain teoreettisesti, koska sitä ei ole vielä täysin tutkittu, mutta se tosiasia, että hiukkanen siirretään yli 500 kilometrin etäisyydelle, voi todistaa sen. Tiedämme myös, että ylivoimaisesti monimutkaisin informaatioyksikkö on pienin kubitti (eli superpositiossa tunnettu "bitti").
Tästä huolimatta, todennäköisyysaallon romahtamisen vuoksi havainnoinnin aikana, olemme toistaiseksi onnistuneet teleportaamaan tilaan 0 tai 1, eikä mihinkään muuhun. Jokin aika sitten kaksi itsenäistä tutkijaryhmää onnistui lähettämään samanaikaisesti kolmen tilan superpositiota, jota he kutsuivat leikkuriksi. Se ei kuitenkaan täysin onnistunut, mutta yritys itsessään osoittaa hyvin, että tutkijat eivät ole unohtaneet teleportaatiota. Mitä tämä tarkoittaa meille? Lyhyesti sanottuna tämä tarkoittaa, että olemme erittäin hitaasti, mutta silti lisäämässä tehoa, mikä voi tulevaisuudessa johtaa ensimmäiseen täydelliseen tiedonvälitykseen.
Vuoden 2019 lopussa tilanne muuttui entistä mielenkiintoisemmaksi. Tiedemiesryhmä Zürichistä onnistui teleportaamaan datan määrä. 10000 XNUMX kvanttibittiä (kubittiä) siirrettiin itsenäisesti toimivien tietokonejärjestelmien välillä yhdessä sekunnissa. He rakensivat kolmen mikronin elektroniikkapiirin. Kaksi oli lähettimiä ja kolmas oli vastaanotin. Absoluuttista nollaa lähellä olevissa lämpötiloissa sotkeutuneet elektronit tarkoittivat sitä, että lähettimelle lähetetty data ilmestyi myös vastaanottimeen eli kvanttifysiikan periaatteiden mukaisesti. Ja miksi puhumme teleportaatiosta emmekä vain tiedonsiirrosta? No, koska järjestelmien välillä ei ollut johtoa tai muuta määrättyä polkua.
Uskon, että kaikki edellä käsitellyt asiat luovat melko pessimistisen version tapahtumista, mikä puolestaan heijastaa innostuneisuuttanne aiheesta. Mutta ei ole aika panikoida ja menettää kiinnostuksensa teleportaation aiheeseen. Tiede ei pysy paikallaan. Kvanttihiukkasten tilan teleportaation tutkimuksen kehittyessä kvanttitietokoneiden muodossa olevia laitteita alkoi lopulta ilmestyä. "Mitä tekemistä tällä on aiheemme kanssa?" - kysyt. No, heidän avullaan haluamme saada aikaan erillisen kvanttikanavan luomisen. Tämän ansiosta on mahdollista teleportoida tietoa sen lähettämisen sijaan, kuten nyt, muun muassa optisten kuitujen avulla (puhumme tietysti "perinteisestä jakelusta", ei kvanttihiukkasista) . Kyllä - tämä on tapa "kolikon lähettäjän" oletetulle vaikutukselle sen levityksen tulokseen vastaanottajan kolikossa.
Tällaisten tietokoneiden työtä on mielenkiintoista kuvata, jos ymmärtää, että kvanttitietokonetta ei voi verrata tavalliseen pöytätietokoneeseen. Tämä on sama kuin sanoisi, että hehkulamppu on vain "voimakkaampi kynttilä". Nämä ovat täysin erilaisia tekniikoita, jotka eivät ole edes samanlaisia. Ja aivan kuten nykyaikaiset tietokoneet toimivat kahden binäärijärjestelmän tilan (0 ja 1) kanssa, kvanttitietokoneet voivat työskennellä superpositiossa olevien tilojen kanssa. Joten esimerkiksi ne voivat olla 60% nolla ja 40% yksi samanaikaisesti. Se kuulostaa monimutkaiselta, joten siirrytään toiseen esimerkkiin.
Pelaamme tietokoneen kanssa "käänteistä tai käänteistä" (mainitsin jo, että tämä on tiedemiesten suosikkiesimerkki kvanttitiloja selitettäessä). Kääntöpuoli on oletuksena pöydällä. Ensimmäisellä kierroksella tietokone saattaa heittää kolikon tai jättää sen ennalleen, mutta emme tiedä lopullisen päätöksen lopputulosta. Sitten saamme saman mahdollisuuden, eikä tietokonekaan tiedä tulosta. Muutaman kierroksen jälkeen kolikon kunto tarkistetaan. Jos etupuoli on muuttunut, tietokone voittaa, muuten me voitamme. Tämä antaa meille tasan 50% mahdollisuuden voittaa.
Jos pelaamme samaa peliä kvanttitietokoneella, tietokoneella on periaatteessa 100 % voittomahdollisuus (tutkimuksessa se voitti 97 % yli 300 eri pelistä, loput 3 % on luultavasti… järjestelmävirheen takia). Mutta miten tämä on mahdollista? Kuvittele, että jokaisella kierroksella tietokone säilyttää superpositionsa, koska sitä ei näe kukaan tarkkailija (ei kukaan ympäristöstä, me mukaan lukien). Samaan aikaan kone päättää 30 % etupuolen puolesta ja 70 % nykyisestä tilasta poistumisen puolesta, seuraavalla kierroksella se valitsee toisen. Mutta tärkeintä on, että kvanttitietokone valitsee aina kaksi eri tilaa (kun valitsemme vain yhden). Aivan pelin lopussa, kun tulos paljastetaan, todennäköisyysaalto katkeaa ja… hän voittaa.
Pettääkö kvanttitietokone meitä? Ei! Tiedän, että sitä on vaikea ymmärtää, mutta kuvittele, että näiden useiden kierrosten aikana tietokone kaataa kaksi erilaista mehua yhteen kulhoon eri suhteissa ja erottaa aivan lopussa molemmat seoksen komponentit, kirjaimellisesti "voittaa" todennäköisyyden ja tekee aina oikea valinta. Vaikea uskoa, mutta käytännössä näin tapahtuu.
Hämärä ilmiö, mutta se on hyvä esimerkki kvanttifysiikan voimasta. Kvanttimolekyylien tasolla tällainen tietokone olisi paljon parempi kehittämään esimerkiksi uusia lääkkeitä. Se olisi varmasti hyödyllinen meille pandemian olosuhteissa ja muiden sairauksien voittamiseksi. Mutta tärkeintä on, että tällainen tietokone on hyödyllinen teleportaatiotietotekniikan kehittämisessä. Ja nämä eivät ole triviaaleja sanoja! Kun maailmassa on monia kvanttitietokoneita, niiden jokaisen kvanttimolekyylit voivat sekoittua (pariutua) keskenään. Sitten, jos muutamme yhden niistä ominaisuutta, muutamme myös parillisen molekyylin tilaa. Lopuksi on mahdollista lähettää tietoa, koska heti sen lähettämisen jälkeen voidaan määrittää alku- ja lopputila. Joka tapauksessa muistellaanpa Googlen kvanttisupertietokoneen saavutuksia. 200 sekunnissa hän teki laskelmia, jotka vaativat... 10 vuotta nopeimman "normaalin" supertietokoneen toimintaa. Joten voit nähdä sen valtavan potentiaalin ja voiman.
Näin syntyisi täysin uusi välityskanava, josta emme edes unelmoineet. Aivan kuten optinen kuitu tai radiokanava nyt. Ja koska, kuten jo mainittiin, kvanttitilan teleportaatioetäisyydellä ei ole teoriassa mitään rajaa, pystymme myös kommunikoimaan muiden planeettojen kanssa hetkessä. Ja erittäin turvallisella tavalla. Teleportaation ansiosta olisi jopa teoriassa mahdotonta "saalita" tietoa. Toisaalta, jos teleportaatio tulisi mahdolliseksi, älykäs ihminen löytäisi tavan tehdä se. Ehkä emme vielä tiedä niin paljon emmekä siksi ole aivan homo sapiens...
Ja nyt olemme saavuttaneet keskustelun teleportaation kehityksen nykyisestä ja tulevasta tilasta. On myönnettävä, että tulevaisuuden suunnitelmat näyttävät paljon mielenkiintoisemmilta, varsinkin kun kaikki eivät ole niin kaukana kuin luulisi. On myös muistettava, että emme voi ennustaa, millaista tulevaisuus todella tulee olemaan. Moderni maailma on osoittanut, että joskus se, mikä 30 vuotta sitten näytti fantasialta, tulee nykyään totta. Kaikki opinnäytetyöt (erityisesti ihmisen teleportaatioon liittyvät) perustuvat saatavilla olevaan tietoon ja tutkimuksen kehittämisen ennusteisiin. Siksi toivomme, että kvanttilaskennan teknologiasta tulee pian entistä helpompaa ja ymmärrettävämpää. Ja tietysti haluamme tämän vallankumouksen tapahtuvan meidän elinaikanamme. Haluan todella nähdä, kuinka ihminen voi siirtyä välittömästi Marsiin tai Alpha Centauriin. Unelmia, unelmia, unelmia...
Lue myös:
