Oamenii de știință de la Google Quantum AI și de la Universitatea Stanford au lansat un experiment cu adevărat ieșit din comun menit să elucideze mecanismele „teleportării cuantice”, un fenomen cu iz SF care are șanse să devină realitate.
Potrivit cercetătorilor, mecanica cuantică este plină de fenomene ciudate, dar poate că niciunul nu este la fel de ciudat ca rolul pe care îl joacă măsurătorile în această teorie. Deoarece o măsurare tinde să distrugă „cuanticitatea” unui sistem, aceasta pare să fie legătura misterioasă dintre lumea cuantică și cea clasică.
Mai mult, atunci când este vorba de un sistem vast de unități de date cuantice numite „qubiți”, impactul măsurătorilor poate duce la rezultate profund diferite, determinând chiar apariția unor faze complet noi ale informației cuantice.
Acest lucru se întâmplă atunci când două efecte concurente se confruntă: interacțiunile și măsurătorile. Într-un sistem cuantic, atunci când qubiții interacționează unii cu alții, informațiile lor devin partajate nelocalizat într-o „stare încurcată”.
Cercetări revoluționare în domeniul fazelor cuantice
Într-un studiu publicat recent în revista Nature, cercetătorii de la Google Quantum AI și de la Universitatea Stanford au observat trecerea dintre aceste două regimuri – cunoscută sub numele de „tranziție de fază indusă de măsurători” – într-un sistem de până la 70 de qubiți.
Acesta este de departe cel mai mare sistem în care au fost explorate efectele induse de măsurători. Cercetătorii au observat, de asemenea, semnături ale unei forme noi de „teleportare cuantică” – în care o stare cuantică necunoscută este transferată de la un set de qubiți la altul – care apare ca urmare a acestor măsurători.
Aceste studii ar putea contribui la inspirarea unor noi tehnici utile pentru calculul cuantic.
Teleportarea cuantică
Echipa a demonstrat o formă nouă de teleportare cuantică care a apărut în mod natural în urma măsurătorilor: prin măsurarea tuturor qubiților îndepărtați, cu excepția a doi, într-o stare de entanglement slab încurcat, a fost generat un entanglement mai puternic între cei doi qubiți îndepărtați.
Capacitatea de a genera entanglement indus de măsurători pe distanțe mari permite teleportarea observată în cadrul experimentului.
Stabilitatea încurcăturii față de măsurători în faza de încurcare ar putea inspira noi scheme pentru a face calculul cuantic mai robust la zgomot. Rolul pe care îl joacă măsurătorile în generarea de noi faze și fenomene fizice este, de asemenea, de interes fundamental pentru fizicieni.
„Încorporarea măsurătorilor în dinamică introduce un teren de joacă complet nou pentru fizica cu multe corpuri, unde ar putea fi descoperite multe tipuri noi și fascinante de faze de non-echilibru. În această lucrare explorăm câteva dintre aceste fenomene surprinzătoare și contraintuitive induse de măsurători, dar există mult mai multă bogăție care urmează să fie descoperită în viitor.”, a declarat Vedika Khemani, profesor la Stanford și coautor al studiului.
Ne vom putea ,,transfera” la sute de kilometri distanță
Experții de la Universitatea de Stiinta si Tehnologie din Shanghai au reusit sa teleporteze fotoni pe o distanta de circa 100 de kilometri, stabilind astfel un nou record si deschizand calea spre conceperea unor sisteme de comunicatii cuantice prin satelit.
Teleportarea consta in capacitatea de a transfera obiecte dintr-un loc in altul, fara ca acele obiecte sa strabata spatiul dintre cele doua puncte. Teleportarea are la baza urmatorul principiu: nu obiectul fizic este teleportat, ci informatiile care il descriu. Acestea pot fi aplicate asupra unui obiect similar aflat intr-un alt loc, iar obiectul de acolo capata astfel o noua identitate.
Fenomenul descris mai sus nu este desprins din romanele de science-fiction. Fizicienii au reusit sa teleporteze fotoni inca din anul 1997, iar aceasta tehnica a devenit una standard in laboratoarele optice din lumea intreaga.Fenomenul care face posibil acest lucru este cunoscut in fizica sub denumirea de „retea cuantica”, o legatura puternica si misterioasa care apare cand doua obiecte cuantice impartasesc aceeasi experienta si sunt totusi separate in spatiu.
O tehnologiei SF
Teleportarea se dovedeste a fi deosebit de utila. Intrucat informatiile teleportate nu calatoresc prin spatiul dintre doua puncte, ele nu pot fi accesate de persoane rau intentionate si, din acest motiv, vor putea fi folosite in viitor in transmisiunile de date secrete. Din nefericire, fotonii cuantici sunt obiecte foarte fragile. Ei nu pot sa calatoreasca mai mult de un kilometru prin fibrele optice intrucat ajung sa interactioneze in cele din urma cu materialul inconjurator, determinand ruperea retelei cuantice.
Fizicienii au avut mai mult succes in teleportarea fotonilor prin atmosfera.In 2010, o echipa de cercetatori chinezi a anuntat ca a reusit sa teleporteze un singur foton pe o distanta de 16 kilometri. Aceeasi echipa a anuntat recent ca a doborat acel record. Juan Yin de la Universitatea de Stiinta si Tehnologie din Shanghai si colegii sai au reusit sa teleporteze fotoni cuantici pe o distanta de 97 de kilometri deasupra unui lac din China.
Oamenii de stiinta chinezi au reusit astfel sa teleporteze mai mult de 1.100 de fotoni, in 4 ore, pe distanta de 97 de kilometri. Descoperirea savantilor chinezi ar putea fi folosita in viitor pentru punerea la punct a unor retele de comunicatii prin satelit care vor asigura un nivel inalt de confidentialitate.