RuNet belum pernah mengalami rasa haus akan pengetahuan dalam mekanika kuantum seperti setelah publikasi artikel di surat kabar Kommersant yang menyebutkan rencana untuk memperkenalkan "teleportasi" di Rusia. Namun program Badan Inisiatif Strategis (ASI) untuk pengembangan teknologi Rusia tidak terbatas pada “teleportasi”, tetapi istilah inilah yang menarik perhatian jejaring sosial dan media dan menjadi alasan untuk banyak lelucon.
Kemudian partikel-partikel yang terjerat dibawa ke jarak yang diperlukan - sehingga foton A dan B tetap berada di satu tempat, dan foton C di tempat lain. Kabel serat optik dipasang di antara dua titik. Perhatikan bahwa jarak maksimum teleportasi kuantum dilakukan sudah lebih dari 100 km.
Tujuannya adalah untuk mentransfer keadaan kuantum dari partikel A yang tidak terikat ke partikel C. Untuk melakukan ini, para ilmuwan mengukur sifat kuantum foton A dan B. Hasil pengukuran kemudian diubah menjadi kode biner yang memberitahukan perbedaan antara partikel A dan B. .
Kode ini kemudian ditransmisikan melalui saluran komunikasi tradisional - serat optik, dan penerima pesan di ujung kabel yang lain, yang memiliki partikel C, menggunakan informasi ini sebagai instruksi atau kunci untuk memanipulasi partikel C - in intinya, memulihkan keadaan yang dimiliki partikel C dengan bantuan partikel C. Akibatnya, partikel C menyalin keadaan kuantum partikel A - informasinya diteleportasi.
Mengapa semua ini diperlukan?
Pertama-tama, teleportasi kuantum direncanakan untuk digunakan dalam komunikasi kuantum dan teknologi kriptografi kuantum - keamanan jenis komunikasi ini terlihat menarik bagi bisnis dan negara, dan penggunaan teleportasi kuantum memungkinkan kita menghindari hilangnya informasi ketika foton bergerak sepanjang serat optik.
Misalnya, baru-baru ini diketahui keberhasilan transfer informasi kuantum antara dua kantor Gazprombank di Moskow melalui serat optik sepanjang 30,6 kilometer. Proyek yang dikerjakan oleh Pusat Kuantum Rusia (RCC), dan di mana Gazprombank serta Kementerian Pendidikan dan Ilmu Pengetahuan Federasi Rusia menginvestasikan 450 juta rubel, ternyata merupakan jalur komunikasi kuantum “perkotaan” pertama di Rusia.
Arah lainnya adalah komputer kuantum, di mana partikel terjerat dapat digunakan sebagai qubit - unit informasi kuantum.
Ide lainnya adalah “internet kuantum”: seluruh jaringan komunikasi hanya didasarkan pada komunikasi kuantum. Namun, untuk menerapkan konsep ini, para peneliti perlu “belajar mentransfer keadaan kuantum antara objek dengan sifat fisik yang berbeda – foton, atom, titik kuantum, sirkuit superkonduktor, dan sebagainya,” kata Alexander Lvovsky, karyawan RCC dan profesor di Universitas Calgary. dalam percakapan dengan N+1 .
Perhatikan bahwa saat ini para ilmuwan terutama melakukan teleportasi keadaan foton dan atom; Teleportasi objek yang lebih besar belum dapat dilakukan.
Teleportasi kuantum sebagai teleportasi yang “sama”.
Rupanya, secara hipotetis, teleportasi kuantum masih dapat digunakan untuk membuat salinan objek besar, termasuk manusia - lagi pula, tubuh juga terdiri dari atom, yang keadaan kuantumnya dapat diteleportasi. Namun, pada tahap perkembangan teknologi saat ini, hal tersebut dianggap mustahil dan diturunkan ke ranah fiksi ilmiah.
“Kita terbuat dari oksigen, hidrogen, dan karbon, dengan sedikit tambahan unsur kimia lainnya. Jika kita mengumpulkan jumlah atom yang diperlukan dari unsur-unsur yang diperlukan, dan kemudian, dengan menggunakan teleportasi, bawa mereka ke keadaan yang identik dengan keadaannya di tubuh orang yang diteleportasi, kita akan mendapatkan orang yang sama. Ia secara fisik tidak dapat dibedakan dari aslinya kecuali posisinya di ruang angkasa (bagaimanapun juga, partikel kuantum yang identik tidak dapat dibedakan). Saya, tentu saja, melebih-lebihkan hingga ekstrem - seluruh keabadian memisahkan kita dari teleportasi manusia. Namun, inti masalahnya justru ini: partikel kuantum yang identik ditemukan di mana-mana, namun membawanya ke keadaan kuantum yang diinginkan sama sekali tidak mudah,” kata Alexander Lvovsky dalam percakapan dengan N+1.
Teleportasi kuantum adalah transfer keadaan kuantum melalui jarak jauh. Sulit untuk menjelaskannya secara terpisah; hal ini hanya dapat dilakukan jika digabungkan dengan seluruh fisika kuantum. Dalam kuliahnya yang diadakan sebagai bagian dari “Ruang Kuliah 2035” di VDNKh, Alexander Lvovsky, seorang profesor di Fakultas Fisika di Universitas Calgary (Kanada), dan anggota Institut Studi Tinggi Kanada, mencoba berbicara dalam bahasa sederhana tentang prinsip teleportasi kuantum dan kriptografi kuantum. Lenta.ru menerbitkan kutipan pidatonya.
Kunci gemboknya
Kriptografi adalah seni berkomunikasi dengan cara yang aman melalui saluran yang tidak aman. Artinya, Anda memiliki baris tertentu yang dapat disadap, dan Anda perlu mengirimkan pesan rahasia melalui baris tersebut sehingga tidak ada orang lain yang dapat membacanya.
Mari kita bayangkan, katakanlah, jika Alice dan Bob memiliki apa yang disebut kunci rahasia, yaitu rangkaian rahasia angka nol dan satu yang tidak dimiliki orang lain, mereka dapat mengenkripsi pesan dengan kunci tersebut dengan menggunakan operasi OR eksklusif sehingga angka nol cocok dengan nol, dan satu dengan satu. Pesan terenkripsi seperti itu sudah dapat dikirim melalui saluran terbuka. Jika ada yang menyadapnya, itu bukan masalah besar, karena tidak ada yang bisa membacanya kecuali Bob, yang memiliki salinan kunci rahasianya.
Dalam kriptografi apa pun, dalam komunikasi apa pun, sumber daya yang paling mahal adalah urutan acak nol dan satu, yang hanya dimiliki oleh dua orang yang berkomunikasi. Namun dalam kebanyakan kasus, kriptografi kunci publik digunakan. Katakanlah Anda membeli sesuatu dengan kartu kredit dari toko online menggunakan protokol HTTPS yang aman. Melalui itu, komputer Anda berkomunikasi dengan beberapa server yang belum pernah berkomunikasi sebelumnya, dan tidak memiliki kesempatan untuk bertukar kunci rahasia dengan server ini.
Rahasia dialog ini dijamin dengan memecahkan masalah matematika yang kompleks, khususnya faktorisasi. Mengalikan dua bilangan prima itu mudah, tetapi jika hasil kali keduanya sudah diketahui, maka sulit mencari dua faktornya. Jika jumlahnya cukup besar, maka diperlukan komputer konvensional untuk menghitungnya selama bertahun-tahun.
Namun, jika komputer ini bukan komputer biasa, melainkan kuantum, ia akan menyelesaikan masalah seperti itu dengan mudah. Ketika akhirnya ditemukan, cara yang banyak digunakan di atas akan menjadi tidak berguna lagi, dan diperkirakan akan menimbulkan dampak buruk bagi masyarakat.
Jika kamu ingat, di buku pertama Harry Potter, sang tokoh utama harus melewati pengamanan untuk bisa sampai ke Batu Bertuah. Ini serupa: orang yang memasang perlindungan akan dengan mudah melewatinya. Harry mengalami masa-masa yang sangat sulit, tetapi pada akhirnya dia berhasil mengatasinya.
Contoh ini menggambarkan kriptografi kunci publik dengan sangat baik. Seseorang yang tidak mengetahuinya, pada prinsipnya, dapat menguraikan pesan-pesan tersebut, namun hal ini akan sangat sulit dan berpotensi memakan waktu bertahun-tahun. Kriptografi kunci publik tidak memberikan keamanan mutlak.
Kriptografi kuantum
Semua ini menjelaskan perlunya kriptografi kuantum. Dia memberi kita yang terbaik dari kedua dunia. Ada metode one-time pad, yang dapat diandalkan, namun, di sisi lain, memerlukan kunci rahasia yang “mahal”. Agar Alice dapat berkomunikasi dengan Bob, dia harus mengiriminya kurir dengan koper penuh disk dengan kunci tersebut. Dia akan menggunakannya secara bertahap, karena masing-masing hanya dapat digunakan satu kali. Di sisi lain, kami memiliki metode kunci publik, yang “murah” namun tidak memberikan keandalan mutlak.
Gambar: Museum Sains / Globallookpress.com
Kriptografi kuantum, di satu sisi, “murah”; memungkinkan transmisi kunci yang aman melalui saluran yang dapat diretas, dan di sisi lain, menjamin kerahasiaan berkat hukum dasar fisika. Artinya adalah menyandikan informasi dalam keadaan kuantum foton individu.
Sesuai dengan postulat fisika kuantum, keadaan kuantum pada saat mencoba mengukurnya dihancurkan dan diubah. Jadi, jika ada mata-mata di jalur antara Alice dan Bob, yang mencoba menguping atau memata-matai, dia pasti akan mengubah keadaan foton, komunikator akan melihat bahwa jalur tersebut sedang disadap, menghentikan komunikasi dan mengambil tindakan.
Tidak seperti banyak teknologi kuantum lainnya, kriptografi kuantum bersifat komersial dan bukan fiksi ilmiah. Sudah ada perusahaan yang memproduksi server yang terhubung ke jalur serat optik biasa, yang dengannya Anda dapat melakukan komunikasi yang aman.
Bagaimana cara kerja pembagi sinar polarisasi?
Cahaya adalah gelombang elektromagnetik transversal, yang berosilasi tidak sepanjang, tetapi melintasi. Sifat ini disebut polarisasi, dan sifat ini terdapat bahkan pada foton individual. Mereka dapat digunakan untuk menyandikan informasi. Misalnya, foton horizontal bernilai nol, dan foton vertikal bernilai satu (hal yang sama berlaku untuk foton dengan polarisasi plus 45 derajat dan minus 45 derajat).
Alice telah mengkodekan informasi dengan cara ini, dan Bob harus menerimanya. Untuk ini, perangkat khusus digunakan - pembagi sinar polarisasi, sebuah kubus yang terdiri dari dua prisma yang direkatkan. Ini mentransmisikan aliran terpolarisasi horizontal dan mencerminkan aliran terpolarisasi vertikal, yang karenanya informasi diterjemahkan. Jika foton horizontal adalah nol dan foton vertikal adalah satu, maka dalam kasus logika nol, satu detektor akan berbunyi klik, dan dalam kasus yang satu, detektor lainnya akan berbunyi klik.
Namun apa jadinya jika kita mengirimkan foton diagonal? Kemudian keacakan kuantum yang terkenal mulai berperan. Tidak mungkin untuk mengatakan apakah foton tersebut akan melewati atau dipantulkan - dengan kemungkinan 50 persen foton tersebut akan melakukan salah satu atau yang lain. Pada prinsipnya tidak mungkin untuk memprediksi perilakunya. Selain itu, properti ini mendasari generator nomor acak komersial.
Apa yang harus kita lakukan jika kita mempunyai tugas membedakan polarisasi plus 45 derajat dan minus 45 derajat? Anda perlu memutar pemecah sinar di sekitar sumbu sinar. Maka hukum keacakan kuantum akan berlaku pada foton dengan polarisasi horizontal dan vertikal. Properti ini sangat mendasar. Kita tidak dapat menanyakan pertanyaan tentang polarisasi apa yang dimiliki foton ini.
Foto: Museum Sains / Globallookpress.com
Prinsip kriptografi kuantum
Apa ide di balik kriptografi kuantum? Misalkan Alice mengirimi Bob sebuah foton, yang dia kodekan secara horizontal-vertikal atau diagonal. Bob juga melempar koin, secara acak memutuskan apakah alasnya horizontal-vertikal atau diagonal. Jika metode pengkodeannya cocok, Bob akan menerima data yang dikirim Alice, tetapi jika tidak, maka itu omong kosong. Mereka melakukan operasi ini ribuan kali, dan kemudian “saling menelepon” melalui saluran terbuka dan saling memberi tahu atas dasar apa mereka melakukan transfer - kita dapat berasumsi bahwa informasi ini sekarang tersedia untuk siapa saja. Selanjutnya, Bob dan Alice akan dapat menyingkirkan peristiwa-peristiwa yang dasarnya berbeda, dan membiarkan peristiwa-peristiwa yang dasarnya sama (akan ada sekitar setengahnya).
Katakanlah ada mata-mata yang menerobos masuk dan ingin menguping pesan, tetapi dia juga perlu mengukur informasi tersebut dengan dasar tertentu. Mari kita bayangkan hal itu terjadi pada Alice dan Bob, tetapi tidak pada mata-matanya. Dalam situasi di mana data dikirim secara horizontal-vertikal, dan penyadap mengukur transmisi secara diagonal, dia akan menerima nilai acak dan meneruskan beberapa foton sembarang ke Bob, karena dia tidak tahu apa yang seharusnya. Dengan cara ini intervensinya akan diperhatikan.
Masalah terbesar dengan kriptografi kuantum adalah kerugian. Bahkan serat optik terbaik dan termodern pun menghasilkan kerugian 50 persen untuk setiap 10-12 kilometer kabel. Katakanlah kita mengirim kunci rahasia kita dari Moskow ke St. Petersburg - 750 kilometer, dan hanya satu dari satu miliar miliar foton yang akan mencapai tujuannya. Semua ini membuat teknologi ini sama sekali tidak praktis. Inilah sebabnya mengapa kriptografi kuantum modern hanya bekerja pada jarak sekitar 100 kilometer. Secara teoritis, diketahui bagaimana mengatasi masalah ini - dengan bantuan repeater kuantum, tetapi implementasinya memerlukan teleportasi kuantum.
Foto: Perry Mastrovito / Globallookpress.com
Keterikatan kuantum
Definisi ilmiah dari keterjeratan kuantum adalah keadaan superposisi yang terdelokalisasi. Kedengarannya rumit, tapi contoh sederhana bisa diberikan. Misalkan kita mempunyai dua foton: horizontal dan vertikal, yang keadaan kuantumnya saling bergantung. Kami mengirimkan salah satunya ke Alice dan yang lainnya ke Bob, yang melakukan pengukuran pada pembagi berkas polarisasi.
Jika pengukuran ini dilakukan secara horizontal-vertikal, jelas bahwa hasilnya akan berkorelasi. Jika Alice melihat foton horizontal, maka foton kedua tentu saja akan vertikal, dan sebaliknya. Hal ini dapat dibayangkan lebih sederhana: kita memiliki bola biru dan merah, tanpa melihat kita menyegel masing-masing dalam amplop dan mengirimkannya ke dua penerima - jika yang satu menerima yang merah, yang kedua pasti akan menerima yang biru.
Namun dalam kasus keterjeratan kuantum, persoalannya tidak berhenti di situ. Korelasi ini tidak hanya terjadi pada basis horizontal-vertikal, tetapi juga pada basis lainnya. Misalnya, jika Alice dan Bob secara bersamaan memutar pemecah sinar mereka sebesar 45 derajat, mereka akan kembali mendapatkan pasangan yang sempurna.
Ini adalah fenomena kuantum yang sangat aneh. Katakanlah Alice entah bagaimana memutar pemecah sinarnya dan mendeteksi beberapa foton dengan polarisasi α yang melewatinya. Jika Bob mengukur fotonnya dengan basis yang sama, ia akan menemukan polarisasi 90 derajat +α.
Jadi pada awalnya kita mempunyai keadaan keterjeratan: foton Alice sepenuhnya tidak pasti dan foton Bob sepenuhnya tidak pasti. Ketika Alice mengukur fotonnya dan menemukan suatu nilai, sekarang diketahui secara pasti berapa foton yang dimiliki Bob, tidak peduli seberapa jauh jaraknya. Efek ini telah berulang kali dikonfirmasi melalui eksperimen; ini bukanlah fantasi.
Teleportasi kuantum
Katakanlah Alice memiliki foton tertentu dengan polarisasi α, yang belum dia ketahui, yaitu dalam keadaan tidak diketahui. Tidak ada saluran langsung antara dia dan Bob. Jika ada saluran, maka Alice akan dapat mencatat keadaan foton dan menyampaikan informasi ini kepada Bob. Namun tidak mungkin mengetahui keadaan kuantum dalam satu pengukuran, sehingga metode ini tidak cocok. Namun, antara Alice dan Bob terdapat sepasang foton terjerat yang telah diatur sebelumnya. Oleh karena itu, foton Bob dapat dipaksa untuk menerima keadaan awal foton Alice, kemudian “memanggil” melalui saluran telepon konvensional.
Ini adalah analogi klasik (walaupun sangat jauh) dari semua ini. Alice dan Bob masing-masing menerima bola di dalam amplop - biru atau merah. Alice ingin mengirimkan informasi kepada Bob tentang miliknya. Untuk melakukan ini, dia perlu “memanggil” Bob dan membandingkan bola-bola tersebut, mengatakan kepadanya “Saya punya bola yang sama” atau “kita punya bola yang berbeda.” Jika seseorang mendengar kalimat ini, tidak akan membantu mereka mengetahui warnanya.
Bagaimana cara kerjanya? Kami memiliki keadaan terjerat dan foton yang ingin kami teleportasi. Alice harus melakukan pengukuran yang tepat terhadap foton asli yang diteleportasi dan menanyakan keadaan foton lainnya. Dia secara acak menerima satu dari empat kemungkinan jawaban. Akibat efek memasak jarak jauh, ternyata setelah pengukuran ini, tergantung hasilnya, foton Bob masuk ke keadaan tertentu. Sebelum ini, dia terjerat dengan foton Alice, tetap berada dalam kondisi yang tidak dapat ditentukan.
Alice memberitahu Bob melalui telepon apa hasil pengukurannya. Jika hasilnya, katakanlah, ternyata ψ-, maka Bob mengetahui bahwa fotonnya secara otomatis berubah menjadi keadaan ini. Jika Alice melaporkan bahwa pengukurannya memberikan hasil ψ+, maka foton Bob mengasumsikan polarisasi -α. Di akhir percobaan teleportasi, Bob mendapatkan salinan foton asli Alice, dan fotonnya serta informasi tentangnya dihancurkan dalam prosesnya.
Teknologi teleportasi
Sekarang kita dapat melakukan teleportasi polarisasi foton dan beberapa keadaan atom. Tetapi ketika mereka menulis bahwa para ilmuwan telah belajar untuk melakukan teleportasi atom, ini adalah suatu kebohongan, karena atom memiliki banyak keadaan kuantum, jumlah yang tidak terbatas. Paling-paling, kami menemukan cara untuk menteleportasi beberapa dari mereka.
Pertanyaan favorit saya adalah kapan teleportasi manusia akan terjadi? Jawabannya adalah tidak pernah. Katakanlah kita memiliki Kapten Picard dari Star Trek yang perlu diteleportasi ke permukaan planet dari sebuah kapal. Untuk melakukan ini, seperti yang telah kita ketahui, kita perlu membuat beberapa Picard yang sama lagi, membawanya ke dalam keadaan terjerat, yang mencakup semua kemungkinan keadaannya (sadar, mabuk, tidur, merokok - semuanya) dan melakukan pengukuran pada keduanya. Jelas betapa sulit dan tidak realistisnya hal ini.
Teleportasi kuantum adalah fenomena laboratorium yang menarik. Ini tidak akan terjadi pada teleportasi makhluk hidup (setidaknya dalam waktu dekat). Namun, dalam praktiknya dapat digunakan untuk membuat repeater kuantum untuk mengirimkan informasi jarak jauh.
Mesin teleportasi semacam itu dibuat dalam film “Kontak”. Dengan bantuannya, pahlawan wanita Jodie Foster melakukan perjalanan ke dunia lain, atau mungkin tidak...
Dalam dunia fantasi yang dibayangkan oleh para penulis dan penulis skenario, teleportasi telah lama menjadi layanan transportasi standar. Tampaknya sulit untuk menemukan cara yang cepat, nyaman, dan sekaligus intuitif untuk bergerak di luar angkasa.
Gagasan indah tentang teleportasi juga didukung oleh para ilmuwan: pendiri sibernetika, Norbert Wiener, dalam karyanya “Cybernetics and Society” mencurahkan seluruh bab tentang “kemungkinan bepergian menggunakan telegraf”. Setengah abad telah berlalu sejak saat itu, dan selama ini kita hampir mencapai impian umat manusia untuk melakukan perjalanan seperti itu: teleportasi kuantum yang sukses telah dilakukan di beberapa laboratorium di seluruh dunia.
Dasar-dasar
Mengapa teleportasi bersifat kuantum? Faktanya adalah objek kuantum (partikel elementer atau atom) memiliki sifat spesifik yang ditentukan oleh hukum dunia kuantum dan tidak diamati di dunia makro. Sifat-sifat partikel inilah yang menjadi dasar percobaan teleportasi.
Paradoks EPR
Selama periode perkembangan aktif teori kuantum, pada tahun 1935, dalam karya terkenal Albert Einstein, Boris Podolsky, dan Nathan Rosen, “Dapatkah deskripsi mekanika kuantum tentang realitas menjadi lengkap?” Apa yang disebut paradoks EPR (paradoks Einstein-Podolsky-Rosen) dirumuskan.
Penulis menunjukkan bahwa hal ini mengikuti teori kuantum: jika ada dua partikel A dan B dengan masa lalu yang sama (tersebar setelah tumbukan atau terbentuk selama peluruhan suatu partikel), maka keadaan partikel B bergantung pada keadaan partikel. A dan ketergantungan ini harus terwujud secara instan dan dalam jarak berapa pun . Partikel seperti itu disebut pasangan EPR dan dikatakan berada dalam keadaan “terjerat”.
Pertama-tama, mari kita ingat bahwa di dunia kuantum, sebuah partikel adalah objek probabilistik, yaitu, ia dapat berada di beberapa keadaan pada saat yang sama - misalnya, ia tidak hanya “hitam” atau “putih”, tetapi "abu-abu". Namun, ketika mengukur partikel seperti itu, kita akan selalu melihat hanya satu dari kemungkinan keadaan - "hitam" atau "putih", dan dengan probabilitas tertentu yang dapat diprediksi, semua keadaan lainnya akan hancur. Selain itu, dari dua partikel kuantum Anda dapat menciptakan keadaan "terjerat" sehingga semuanya akan menjadi lebih menarik: jika salah satu dari mereka berubah menjadi "hitam" ketika diukur, maka yang lain pasti akan menjadi "putih", dan sebaliknya. !
Untuk memahami apa yang dimaksud dengan paradoks, pertama-tama kita melakukan percobaan dengan objek makroskopis. Mari kita ambil dua kotak, yang masing-masing berisi dua bola - hitam dan putih. Dan kita akan membawa salah satu kotak ini ke Kutub Utara, dan yang lainnya ke Kutub Selatan.
Jika kita mengeluarkan salah satu bola di Kutub Selatan (misalnya hitam), maka hal ini tidak akan mempengaruhi hasil pemilihan di Kutub Utara. Sama sekali tidak perlu bahwa dalam hal ini kita akan menemukan bola putih secara tepat. Contoh sederhana ini menegaskan bahwa mustahil mengamati paradoks EPR di dunia kita.
Namun pada tahun 1980, Alan Aspect secara eksperimental menunjukkan bahwa paradoks EPR benar-benar terjadi di dunia kuantum. Pengukuran khusus terhadap keadaan partikel EPR A dan B menunjukkan bahwa pasangan EPR tidak hanya dihubungkan oleh masa lalu yang sama, tetapi partikel B entah bagaimana langsung “mengetahui” bagaimana partikel A diukur (apa karakteristiknya diukur) dan apa hasilnya. . Jika kita berbicara tentang kotak berisi empat bola yang disebutkan di atas, artinya setelah mengeluarkan bola hitam di Kutub Selatan, kita tentu harus mengeluarkan bola putih di Kutub Utara! Namun tidak ada interaksi antara A dan B dan transmisi sinyal superluminal tidak mungkin dilakukan! Dalam percobaan berikutnya, keberadaan paradoks EPR dikonfirmasi, bahkan jika partikel-partikel dari pasangan EPR dipisahkan satu sama lain pada jarak sekitar 10 km.
Eksperimen ini, yang benar-benar luar biasa dari sudut pandang intuisi kita, dapat dengan mudah dijelaskan oleh teori kuantum. Toh, pasangan EPR justru adalah dua partikel yang berada dalam keadaan “terjerat”, artinya hasil pengukuran, misalnya partikel A, menentukan hasil pengukuran partikel B.
Menariknya, Einstein menganggap prediksi perilaku partikel berpasangan EPR sebagai “aksi setan di kejauhan” dan yakin bahwa paradoks EPR sekali lagi menunjukkan ketidakkonsistenan mekanika kuantum, yang ditolak oleh ilmuwan tersebut. Dia percaya bahwa penjelasan atas paradoks ini tidak meyakinkan, karena “jika, menurut teori kuantum, pengamat menciptakan atau sebagian dapat menciptakan apa yang diamati, maka seekor tikus dapat membuat ulang Alam Semesta hanya dengan melihatnya.”
Eksperimen teleportasi
Pada tahun 1993, Charles Bennett dan rekan-rekannya menemukan cara menggunakan sifat luar biasa dari pasangan EPR: mereka menemukan cara untuk mentransfer keadaan kuantum suatu objek ke objek kuantum lain menggunakan pasangan EPR dan menyebut metode ini teleportasi kuantum. Dan pada tahun 1997, sekelompok peneliti yang dipimpin oleh Anton Zeilinger untuk pertama kalinya melakukan teleportasi kuantum keadaan foton. Skema teleportasi dijelaskan secara rinci di inset.
Keterbatasan dan frustrasi
Pada dasarnya penting bahwa teleportasi kuantum bukanlah perpindahan suatu objek, tetapi hanya keadaan kuantum yang tidak diketahui dari satu objek ke objek kuantum lainnya. Keadaan kuantum dari objek yang diteleportasi tidak hanya tetap menjadi misteri bagi kita, tetapi juga hancur secara permanen. Namun yang dapat kita yakini secara mutlak adalah bahwa kita telah memperoleh keadaan yang sama dengan objek lain di tempat lain.
Mereka yang mengharapkan teleportasi terjadi secara instan akan kecewa. Dalam metode Bennett, teleportasi yang berhasil memerlukan saluran komunikasi klasik, yang berarti kecepatan teleportasi tidak boleh melebihi kecepatan transfer data melalui saluran biasa.
Dan masih belum diketahui apakah mungkin untuk berpindah dari teleportasi keadaan partikel dan atom ke teleportasi objek makroskopis.
Aplikasi
Aplikasi praktis untuk teleportasi kuantum dengan cepat ditemukan - ini adalah komputer kuantum, tempat informasi disimpan dalam bentuk sekumpulan keadaan kuantum. Di sini, teleportasi kuantum ternyata menjadi metode transmisi data yang ideal, yang secara mendasar menghilangkan kemungkinan mencegat dan menyalin informasi yang dikirimkan.
Akankah giliran orang tersebut?
Terlepas dari semua kemajuan modern di bidang teleportasi kuantum, prospek teleportasi manusia masih sangat kabur. Tentu saja, saya ingin percaya bahwa para ilmuwan akan menemukan sesuatu. Pada tahun 1966, dalam buku “Sum of Technology,” Stanislav Lem menulis: “Jika kita berhasil mensintesis Napoleon dari atom (asalkan kita memiliki “inventaris atom”), maka Napoleon akan menjadi manusia yang hidup. Jika Anda mengambil inventarisasi tersebut dari seseorang dan mengirimkannya "melalui telegraf" ke perangkat penerima, yang peralatannya, berdasarkan informasi yang diterima, akan membuat ulang tubuh dan otak orang tersebut, maka dia akan keluar dari penerima. perangkat hidup dan sehat.”
Namun, praktik dalam hal ini jauh lebih rumit dibandingkan teori. Jadi Anda dan saya tidak mungkin harus melakukan perjalanan keliling dunia menggunakan teleportasi, apalagi dengan keamanan yang terjamin, karena yang diperlukan hanyalah satu kesalahan dan Anda bisa berubah menjadi kumpulan atom yang tidak berarti. Inspektur galaksi berpengalaman dari novel karya Clifford Simak mengetahui banyak tentang hal ini dan bukan tanpa alasan ia percaya bahwa “mereka yang melakukan perpindahan materi dari jarak jauh harus terlebih dahulu mempelajari cara melakukannya dengan benar.”
Dari sudut pandang fisika, memindahkan tank dari titik A ke titik B sangatlah sederhana. Anda perlu mengambil tangki di titik A, mengukur semua elemennya, membuat gambar dan mengirimkannya ke titik B. Kemudian, di titik B, dengan menggunakan gambar ini, rakit tangki yang sama. Namun dengan objek kuantum, situasinya jauh lebih rumit.
Segala sesuatu di dunia ini terdiri dari proton, neutron, dan elektron, tetapi semua elemen ini tersusun secara berbeda dan bergerak secara berbeda. Secara ilmiah, mereka berada dalam keadaan kuantum yang berbeda. Dan bahkan jika kita memiliki mesin yang dapat memanipulasi partikel individu: merakit atom dari partikel tersebut, molekul dari atom, kita tetap tidak akan mampu melakukan teleportasi bahkan pada amuba. Faktanya adalah bahwa untuk objek kuantum kecil tidak mungkin mengukur semua parameternya secara bersamaan: kita masih dapat membongkar tangki kuantum menjadi beberapa bagian, tetapi kita tidak dapat lagi mengukurnya.
Ini adalah masalah yang dipecahkan oleh teleportasi kuantum. Hal ini memungkinkan Anda untuk mentransfer properti dari satu objek ke objek kosong lainnya: keadaan kuantum dari satu atom ke atom lain, kecepatan dan koordinat satu elektron ke elektron lainnya. Idenya adalah bahwa tanpa mengetahui keadaan atom aslinya, kita dapat membuat atom lain berada dalam keadaan yang tidak diketahui namun spesifik. Benar, dalam hal ini keadaan atom pertama akan berubah secara permanen, dan setelah menerima salinannya, kita akan kehilangan aslinya.
2
Jadi, teleportasi adalah perpindahan keadaan dari atom asal ke atom kosong. Untuk melakukan ini, fisikawan mengambil partikel kembar khusus. Sepasang foton merah yang diperoleh dari peluruhan satu foton ungu paling cocok untuk peran ini. Foton kembar ini memiliki sifat kuantum yang unik: tidak peduli seberapa jauh jaraknya, mereka tetap dapat merasakan satu sama lain. Segera setelah keadaan salah satu foton berubah, keadaan foton lainnya segera berubah.
Jadi, untuk menteleportasi keadaan kuantum dari titik A ke titik B, diambil dua foton ini. Yang satu menuju titik A, yang lain ke titik B. Foton di titik A berinteraksi dengan atom, yang keadaannya harus ditransfer ke titik B. Foton di sini bertindak sebagai kurir DHL - ia sampai ke atom, mengambil a paket dokumen darinya, dan dengan demikian selamanya merampas dokumen-dokumen ini, tetapi mengumpulkan informasi yang diperlukan, setelah itu dia masuk ke truk dan mengambil dokumen-dokumen itu. Di titik B, paket tersebut menerima foton lain dan membawanya ke pemilik barunya.
Di titik B, transformasi khusus dilakukan dengan foton kedua, dan kemudian foton ini berinteraksi dengan atom kosong kedua, ke mana keadaan kuantum yang diinginkan ditransfer. Akibatnya atom kosong menjadi atom dari titik A. Selesai, teleportasi kuantum telah terjadi.
Fisika masih sangat jauh dari teleportasi manusia, namun sudah dekat dengan badan intelijen dan keamanan. Teleportasi keadaan kuantum dapat digunakan untuk mengirimkan informasi yang sangat sensitif. Informasi tersebut dikodekan oleh keadaan kuantum foton, setelah itu keadaan tersebut diteleportasi dari satu mata-mata ke mata-mata lainnya. Jika mata-mata musuh mencoba mencegat informasi tersebut, dia harus mengukur keadaan foton, yang akan merusaknya secara permanen dan menyebabkan kesalahan. Mata-mata kita akan segera menyadari kesalahan ini dan menebak bahwa musuh sedang mengupingnya. Semua ini disebut kriptografi kuantum.
Apa keterjeratan kuantum dengan kata-kata sederhana? Teleportasi - apakah mungkin? Apakah kemungkinan teleportasi telah terbukti secara eksperimental? Apa mimpi buruk Einstein? Pada artikel ini Anda akan mendapatkan jawaban atas pertanyaan-pertanyaan tersebut.
Teleportasi sering kita jumpai dalam film dan buku fiksi ilmiah. Pernahkah Anda bertanya-tanya mengapa apa yang penulis hasilkan akhirnya menjadi kenyataan? Bagaimana mereka bisa memprediksi masa depan? Saya pikir ini bukan suatu kebetulan. Penulis fiksi ilmiah sering kali memiliki pengetahuan luas tentang fisika dan ilmu pengetahuan lainnya, yang dikombinasikan dengan intuisi dan imajinasi mereka yang luar biasa, membantu mereka membangun analisis retrospektif dari masa lalu dan mensimulasikan peristiwa di masa depan.
Dari artikel tersebut Anda akan belajar:
- Apa itu keterikatan kuantum?
Konsep "keterikatan kuantum" muncul dari asumsi teoritis yang muncul dari persamaan mekanika kuantum. Artinya: jika 2 partikel kuantum (bisa berupa elektron, foton) ternyata saling bergantung (terjerat), maka hubungannya tetap ada, meskipun mereka terpisah menjadi bagian yang berbeda di Alam Semesta.
Penemuan keterjeratan kuantum dapat menjelaskan kemungkinan teoretis terjadinya teleportasi.
Singkatnya, kalau begitu putaran partikel kuantum (elektron, foton) disebut momentum sudutnya sendiri. Putaran dapat direpresentasikan sebagai vektor, dan partikel kuantum itu sendiri dapat direpresentasikan sebagai magnet mikroskopis.
Penting untuk dipahami bahwa ketika tidak ada yang mengamati sebuah kuantum, misalnya elektron, maka ia memiliki semua nilai spin pada saat yang bersamaan. Konsep dasar mekanika kuantum ini disebut “superposisi”.
Bayangkan elektron Anda berputar searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam pada saat yang bersamaan. Artinya, dia berada dalam kedua keadaan putaran sekaligus (vektor berputar ke atas/vektor berputar ke bawah). Diperkenalkan? OKE. Namun begitu pengamat muncul dan mengukur keadaannya, elektron itu sendiri yang menentukan vektor spin mana yang harus diterimanya - naik atau turun.
Ingin tahu bagaimana spin elektron diukur? Ia ditempatkan dalam medan magnet: elektron dengan putaran berlawanan arah medan, dan dengan putaran searah medan, akan dibelokkan ke arah yang berbeda. Putaran foton diukur dengan mengirimkannya ke filter polarisasi. Jika putaran (atau polarisasi) foton adalah “-1”, maka ia tidak melewati filter, dan jika “+1”, maka ia melewatinya.
Ringkasan. Setelah Anda mengukur keadaan satu elektron dan menentukan bahwa spinnya adalah “+1”, maka elektron yang terkait atau “terjerat” dengannya memiliki nilai spin “-1”. Dan seketika itu juga, meskipun dia berada di Mars. Meskipun sebelum mengukur keadaan elektron ke-2, ia memiliki kedua nilai spin secara bersamaan (“+1” dan “-1”).
Paradoks ini, yang dibuktikan secara matematis, tidak terlalu disukai Einstein. Karena hal tersebut bertentangan dengan penemuannya bahwa tidak ada kecepatan yang lebih besar dari kecepatan cahaya. Namun konsep partikel terjerat terbukti: jika salah satu partikel terjerat ada di Bumi, dan partikel kedua ada di Mars, maka partikel pertama, pada saat keadaannya diukur, seketika (lebih cepat dari kecepatan cahaya) berpindah ke Informasi partikel ke-2 berapa nilai putaran yang harus diterimanya. Yaitu: arti sebaliknya.
Perselisihan Einstein dengan Bohr. Siapa yang benar?
Einstein menyebut “keterikatan kuantum” SPUCKHAFTE FERWIRKLUNG (Jerman) atau tindakan menakutkan, hantu, supernatural dari kejauhan.
Einstein tidak setuju dengan interpretasi Bohr tentang keterikatan partikel kuantum. Karena itu bertentangan dengan teorinya bahwa informasi tidak dapat dikirimkan lebih cepat dari kecepatan cahaya. Pada tahun 1935, ia menerbitkan sebuah makalah yang menjelaskan eksperimen pemikiran. Eksperimen ini disebut “Paradoks Einstein-Podolsky-Rosen”.
Einstein setuju bahwa partikel terikat bisa saja ada, namun memberikan penjelasan berbeda mengenai transfer informasi seketika di antara partikel-partikel tersebut. Dia mengatakan "partikel yang terjerat" agak seperti sepasang sarung tangan. Bayangkan Anda mempunyai sepasang sarung tangan. Anda memasukkan yang kiri ke dalam satu koper, dan yang kanan ke dalam koper kedua. Anda mengirim koper pertama ke teman, dan koper kedua ke Bulan. Ketika temannya menerima koper tersebut, dia akan mengetahui bahwa koper tersebut berisi sarung tangan kiri atau kanan. Ketika dia membuka koper dan melihat ada sarung tangan kiri di dalamnya, dia akan langsung mengetahui bahwa ada sarung tangan kanan di Bulan. Dan ini tidak berarti teman tersebut mempengaruhi fakta bahwa sarung tangan kiri ada di dalam koper dan tidak berarti sarung tangan kiri langsung mengirimkan informasi ke sarung tangan kanan. Ini hanya berarti bahwa sifat-sifat sarung tangan tersebut pada awalnya sama sejak dipisahkan. Itu. partikel kuantum terjerat awalnya berisi informasi tentang keadaannya.
Jadi siapakah Bohr yang benar ketika ia percaya bahwa partikel-partikel yang terikat mengirimkan informasi satu sama lain secara instan, bahkan jika mereka terpisah dalam jarak yang sangat jauh? Atau Einstein, yang percaya bahwa tidak ada hubungan supernatural, dan segala sesuatu sudah ditentukan sebelumnya jauh sebelum momen pengukuran.
Perdebatan ini berpindah ke bidang filsafat selama 30 tahun. Apakah perselisihan tersebut telah terselesaikan sejak saat itu?
teorema Bell. Apakah perselisihannya terselesaikan?
John Clauser, saat masih menjadi mahasiswa pascasarjana di Universitas Columbia, pada tahun 1967 menemukan karya fisikawan Irlandia John Bell yang terlupakan. Itu adalah sebuah sensasi: ternyata Bell berhasil memecah kebuntuan antara Bohr dan Einstein.. Dia mengusulkan pengujian eksperimental kedua hipotesis. Untuk melakukan hal ini, ia mengusulkan untuk membangun sebuah mesin yang dapat membuat dan membandingkan banyak pasang partikel yang terjerat. John Clauser mulai mengembangkan mesin seperti itu. Mesinnya dapat membuat ribuan pasang partikel terjerat dan membandingkannya berdasarkan berbagai parameter. Hasil eksperimen membuktikan Bohr benar.
Dan tak lama kemudian fisikawan Perancis Alain Aspe melakukan eksperimen, salah satunya berkaitan dengan inti perselisihan antara Einstein dan Bohr. Dalam percobaan ini, pengukuran satu partikel dapat mempengaruhi partikel lain secara langsung hanya jika sinyal dari partikel pertama hingga kedua lewat dengan kecepatan melebihi kecepatan cahaya. Namun Einstein sendiri membuktikan bahwa hal tersebut tidak mungkin. Hanya ada satu penjelasan yang tersisa - hubungan supernatural yang tidak dapat dijelaskan antar partikel.
Hasil eksperimen membuktikan bahwa asumsi teoritis mekanika kuantum benar. Keterikatan kuantum adalah kenyataan ( Wikipedia keterikatan kuantum). Partikel kuantum dapat terhubung meskipun berada dalam jarak yang sangat jauh. Mengukur keadaan suatu partikel mempengaruhi keadaan partikel ke-2 yang terletak jauh darinya seolah-olah jarak antara keduanya tidak ada. Komunikasi jarak jauh yang supranatural benar-benar terjadi.
Pertanyaannya, apakah teleportasi bisa dilakukan?
Apakah teleportasi dikonfirmasi secara eksperimental?
Pada tahun 2011, ilmuwan Jepang adalah orang pertama di dunia yang melakukan teleportasi foton! Seberkas cahaya langsung dipindahkan dari titik A ke titik B.
Jika Anda ingin semua yang Anda baca tentang keterikatan kuantum diselesaikan dalam 5 menit, tonton video yang luar biasa ini.
Sampai berjumpa lagi!
Saya berharap Anda semua mendapatkan proyek yang menarik dan menginspirasi!
P.S. Jika artikel ini bermanfaat dan dapat dimengerti oleh Anda, jangan lupa untuk membagikannya.
P.S. Tulis pemikiran dan pertanyaan Anda di komentar. Pertanyaan apa lagi tentang fisika kuantum yang Anda minati?
P.S. Berlangganan ke blog - formulir berlangganan di bawah artikel.
