Το πρόβλημα με την τηλεμεταφορά

Μια από τις αγαπημένες μου σκηνές στην ταινία Galaxy Quest —ένα σατιρικό γράμμα αγάπης προς το Star Trek και οι λυσσασμένοι θαυμαστές του—είναι όταν ο Τζέισον, ένας ηθοποιός σε μια φανταστική τηλεοπτική σειρά της ταινίας, καταλήγει εγκλωβισμένος σε έναν πραγματικό εξωγήινο πλανήτη αντιμέτωπος με μια τερατώδη «χοιροσαύρα». Το πλήρωμά του, πίσω στο πλοίο, μπορεί να τον σώσει μόνο χρησιμοποιώντας τον «ψηφιακό μεταφορέα» — αν και δεν έχει δοκιμαστεί ακόμη (με επιτυχία, δηλαδή). Πριν επιχειρήσουν να ρίξουν τον Jason στο σκάφος, αποφασίζουν να δοκιμάσουν πρώτα τον μεταφορέα σε κάτι άλλο, κάτι που δεν πάει τόσο καλά για τη σαύρα χοίρου:

Τι πήγε στραβά? Εξετάστε τις περιπλοκές της κβαντικής φυσικής.

Όποτε το geekerati συγκεντρώσει, ένα δημοφιλές θέμα συζήτησης που επικεντρώνεται στην επιλογή υπερδύναμης που προτιμούν οι άνθρωποι. Θα θέλατε να περπατήσετε μέσα από τοίχους; Έχετε όραση με ακτίνες Χ ή σούπερ δύναμη; Λαχταράτε για λίγη τηλεπάθεια; Για μένα, δεν υπήρξε ποτέ καμία ερώτηση:θα επέλεγα την τηλεμεταφορά. Η προοπτική να απαλλαγούμε από την κυκλοφοριακή συμφόρηση, τις γραμμές ασφαλείας του αεροδρομίου και την ταραχή του πλήθους υπέρ της άμεσης μεταφοράς στον προορισμό της επιλογής είναι συναρπαστική.

Η τηλεμεταφορά περιλαμβάνει συνήθως την αποϋλοποίηση ενός αντικειμένου σε ένα σημείο και την αποστολή των λεπτομερειών της ακριβούς ατομικής του διαμόρφωσης σε άλλη τοποθεσία, όπου αυτές οι πληροφορίες μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή ενός ακριβούς αντιγράφου. Κατά μία έννοια, τηλεμεταφέρουμε πληροφορίες σε μακροκλίμακα χρησιμοποιώντας συνεχώς την κλασική μηχανική—σκεφτείτε τη μέση συσκευή φαξ σας. Αλίμονο, τα πράγματα γίνονται λίγο πιο περίπλοκα μόλις φτάσουμε στο κβαντικό επίπεδο.

Για πολύ καιρό, οι φυσικοί υπέθεταν ότι η κβαντική τηλεμεταφορά δεν ήταν δυνατή. Για να τηλεμεταφέρουμε ένα αντικείμενο, όπως η σαύρα χοίρου μας, πρέπει να το σαρώσουμε για να λάβουμε ακριβείς πληροφορίες για την ατομική του δομή. Ωστόσο, όσο ακριβέστερα σαρώνεται ένα αντικείμενο, τόσο περισσότερο ενοχλείται από τη διαδικασία της σάρωσης. Δεν μπορούμε να μετρήσουμε ένα σωματίδιο χωρίς να το αλλάξουμε με κάποιο τρόπο, μην πειράζουμε κάθε μεμονωμένο υποατομικό σωματίδιο που αποτελεί μια σαύρα χοίρου πλήρους μεγέθους. Πώς θα μπορούσαμε λοιπόν να εξαγάγουμε όλες τις πληροφορίες που θα χρειαζόμασταν για να δημιουργήσουμε ένα ακριβές αντίγραφο σε άλλη τοποθεσία μέσω τηλεμεταφοράς;

Το 1993, ένας φυσικός της IBM ονόματι Τσαρλς Μπένετ και οι συνεργάτες του βρήκαν έναν τρόπο να αντιμετωπίσουν αυτόν τον θεμελιώδη περιορισμό χρησιμοποιώντας την κβαντική εμπλοκή, μια περίεργη σύνδεση μεταξύ σωματιδίων που ακόμη και ο Αϊνστάιν ονόμασε «απόκοσμη». Η μέθοδός τους περιλαμβάνει τρία σωματίδια:το σωματίδιο που πρόκειται να τηλεμεταφερθεί (Α) και ένα μπερδεμένο ζεύγος άλλων σωματιδίων (Β και Γ). Πρώτον, το B και το C μπλέκονται και αποστέλλονται σε ξεχωριστές τοποθεσίες. Στη συνέχεια, το Β αλληλεπιδρά με το Α και οι πληροφορίες του Α μεταφέρονται στο Β. Δεδομένου ότι το Β εξακολουθεί να είναι μπλεγμένο με το C, οποιαδήποτε πληροφορία μεταφέρεται στο Β μεταφέρεται επίσης αυτόματα στο C χωρίς καμία ανάγκη να μεταδοθεί αυτή η πληροφορία σε φυσικό χωροχρόνο. Το C μετατρέπεται ουσιαστικά σε A, στη νέα θέση.

Α, αλλά υπάρχει μια σύλληψη:Το αρχικό αντικείμενο πρέπει να καταστραφεί στη διαδικασία. Όταν ο Β σαρώνει το Α, αυτή η αλληλεπίδραση αλλάζει τις ιδιότητες του τελευταίου. Το A δεν υπάρχει πλέον στην ίδια ακριβώς κατάσταση όπως ήταν. Το C είναι τώρα το μόνο σωματίδιο σε αυτήν την αρχική κατάσταση. Θα αφήσω τον Sheldon Cooper του The Big Bang Theory εξηγήστε:

Το 1997, Αυστριακοί φυσικοί «τηλεμεταβίβασαν» ένα μόνο φωτόνιο (τεχνικά, πληροφορίες σχετικά με αυτό το φωτόνιο) σε μια επιφάνεια εργασίας, αναδημιουργώντας ένα ακριβές αντίγραφο στην άλλη πλευρά. Μέχρι το 2003, η τεχνική είχε αναπτυχθεί αρκετά ώστε οι επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Γενεύης στην Ελβετία κατάφεραν να τηλεμεταφέρουν φωτόνια 1,2 μίλια μέσω του καλωδίου οπτικών ινών. (Το τρέχον ρεκόρ απόστασης, που σημειώθηκε πέρυσι, είναι 89 μίλια.) Τον περασμένο μήνα Δανοί φυσικοί τηλεμετέφεραν επιτυχώς πληροφορίες μεταξύ δύο νεφών ατόμων αερίου μέσω φωτός λέιζερ.

Αυτό είναι εξαιρετικό για πράγματα όπως η κβαντική κρυπτογραφία, η χρήση μπερδεμένων φωτονίων ως ασφαλής μέθοδος επικοινωνίας μεταξύ δύο απομακρυσμένων μερών. Όχι μόνο δεν υπάρχει στερεό αντίγραφο των «μηνυμάτων» που μεταδίδονται, και επομένως δεν υπάρχει πιθανότητα υποκλοπής τους, αλλά αν κάποιος προσπαθήσει να κρυφακούσει τη ροή δεδομένων, αλλάζει τις κβαντικές καταστάσεις των φωτονίων, ειδοποιώντας τα δύο μέρη ότι η επικοινωνία τους το κανάλι έχει παραβιαστεί

Το 2001, ερευνητές στη Δανία κατάφεραν να μπλέξουν ένα ζευγάρι νέφη αερίου που περιείχαν περίπου ένα τρισεκατομμύριο άτομα το καθένα, χωρισμένα μεταξύ τους με λίγα χιλιοστά. Αυτό είναι δύσκολο γιατί κάθε εμπλοκή διαρκεί μόνο όσο τίποτα άλλο δεν αλληλεπιδρά με το σύστημα. Εάν υπάρχει έστω και η παραμικρή αλληλεπίδραση - μια σύγκρουση με ένα μόνο μόριο αζώτου στον αέρα, για παράδειγμα - το σύστημα «αποσύνεται» και η εμπλοκή χάνεται. Γι' αυτό τα συστήματα κβαντικής τηλεμεταφοράς πρέπει να καταβάλουν μεγάλη προσπάθεια για να απομονώσουν τα μπερδεμένα ζεύγη τους.

Εδώ είναι ο έλεγχος της πραγματικότητας:το μέσο ανθρώπινο σώμα περιέχει περίπου 10 άτομα, ή περισσότερα από ένα τρισεκατομμύριο τρισεκατομμύρια. Χρειάζεται μεγάλη προσπάθεια για να κρατηθούν δύο σωματίδια μπερδεμένα. Είναι εξαιρετικά δύσκολο να δονηθούν περισσότερα από λίγα άτομα μαζί, τέλεια συγχρονισμένα, λόγω παρεμβολών. Στον πραγματικό κόσμο, τα αντικείμενα αλληλεπιδρούν συνεχώς με το περιβάλλον και η αποσυνοχή εμφανίζεται ακαριαία. Αν προσπαθούσα να τηλεμεταφέρω πληροφορίες για κάθε άτομο στο σώμα μου μέσω κβαντικής εμπλοκής, η αποσυνοχή θα ανακάτευε τα πράγματα σε μια στιγμή. Θα ήμουν τυχερός να τα καταφέρω όπως και η χοιρινή σαύρα.

Και γι' αυτό το όνειρό μου να τηλεμεταφέρομαι στο Παρίσι για φρέσκα κρουασάν κάθε πρωί πιθανότατα δεν θα γίνει ποτέ πραγματικότητα.

Η Jennifer Ouellette είναι επιστημονική συγγραφέας και συγγραφέας του  Τα Ημερολόγια Λογισμού και τα επόμενα  Εγώ, ο εαυτός μου και γιατί:Αναζητώντας την Επιστήμη του Εαυτού. Ακολουθήστε την στο Twitter @JenLucPiquant.