Inhoud
- Teleportation Roots: Quantum Physics and Mechanics
- Fundamentele regel: Heisenbergs onzekerheidsprincipe
- Spookachtige actie op afstand en Schrödingers Cat
- Kwantumteleportatie en sciencefiction
- Wat de toekomst in petto heeft voor teleportatie
Teleportatie is de overdracht van materie of energie van de ene locatie naar de andere zonder dat een van hen de afstand in de traditionele fysieke zin overschrijdt. Toen Captain James T. Kirk van de tv-serie "Star Trek" en films voor het eerst de Starship Enterprise-ingenieur, Montgomery "Scotty" Scott, vertelde in 1967 "me op te stralen", wisten de acteurs weinig dat in 1993 IBM-wetenschapper Charles H. Bennett en collega's zouden een wetenschappelijke theorie voorstellen die de reële mogelijkheid van teleportatie suggereerde.
In 1998 werd teleportatie werkelijkheid toen fysici van het California Institute of Technology een deeltje licht kwantumteleporteerden van de ene naar de andere locatie in een laboratorium zonder dat het fysiek de afstand tussen de twee locaties overschreed. Hoewel sommige overeenkomsten bestaan tussen science fiction en science feit, verschilt de teleportatie in de echte wereld sterk van de fictieve wortels.
Teleportation Roots: Quantum Physics and Mechanics
De tak van wetenschap die tot die eerste teleportatie in 1998 heeft geleid, vindt zijn oorsprong in de vader van de kwantummechanica, de Duitse natuurkundige Max Planck. Zijn werk in 1900 en 1905 in de thermodynamica leidde hem tot de ontdekking van verschillende pakketten energie die hij "quanta" noemde. In zijn theorie, nu bekend als Plancks constant, ontwikkelde hij een formule die beschrijft hoe quanta op subatomair niveau zowel als deeltjes als golven presteert.
Veel regels en principes in de kwantummechanica op macroscopisch niveau beschrijven deze twee soorten gebeurtenissen: het dubbele bestaan van golven en deeltjes. Deeltjes zijn gelokaliseerde ervaringen en brengen zowel massa als energie in beweging over. Golven, die gedelokaliseerde gebeurtenissen vertegenwoordigen, verspreiden zich over ruimtetijd, zoals lichtgolven in het elektromagnetische spectrum, en dragen energie maar geen massa tijdens hun beweging. Bijvoorbeeld, de ballen op een pooltafel - objecten die u kunt aanraken - gedragen zich als deeltjes, terwijl rimpelingen op een vijver zich gedragen als golven waar er "geen netto transport van water is: vandaar geen netto transport van massa", schrijft Stephen Jenkins, natuurkunde professor aan de Universiteit van Exeter in het VK
Fundamentele regel: Heisenbergs onzekerheidsprincipe
Een fundamentele regel van het universum, ontwikkeld door Werner Heisenberg in 1927, nu bekend als het onzekerheidsprincipe van Heisenberg, zegt dat er een intrinsieke twijfel bestaat verbonden aan het kennen van de exacte locatie en stuwkracht van elk individueel deeltje. Hoe meer u een van de deeltjesattributen, zoals stuwkracht, kunt meten, hoe onduidelijker de informatie over de locatie van de deeltjes wordt. Met andere woorden, het principe zegt dat je beide toestanden van het deeltje niet tegelijkertijd kunt kennen, laat staan de meerdere toestanden van veel deeltjes tegelijk kennen. Op zichzelf maakt het onzekerheidsprincipe van Heisenberg het idee van teleportatie onmogelijk. Maar dit is waar de kwantummechanica raar wordt, en het is te wijten aan fysicus Erwin Schrödingers studie van kwantumverstrengeling.
Spookachtige actie op afstand en Schrödingers Cat
Samengevat in de eenvoudigste bewoordingen, zegt kwantumverstrengeling, die Einstein "spookachtige actie op afstand" noemde, in wezen dat de meting van één verward deeltje de meting van het tweede verwarde deeltje beïnvloedt, zelfs als er een grote afstand tussen de twee deeltjes is.
Schrödinger beschreef dit fenomeen in 1935 als een "afwijking van klassieke gedachtegangen" en publiceerde het in een tweedelig artikel waarin hij de theorie "Verschränkung" of verstrengeling noemde. In dat artikel, waarin hij ook sprak over zijn paradoxale kat - levend en dood tegelijkertijd totdat observatie het bestaan van de kattentoestand instortte in het feit dat ze dood of levend was - suggereerde Schrödinger dat wanneer twee afzonderlijke kwantumsystemen verstrikt of kwantumvol worden gekoppeld vanwege een eerdere ontmoeting, is een verklaring van de kenmerken van het ene kwantumsysteem of de toestand niet mogelijk als het niet de kenmerken van het andere systeem omvat, ongeacht de ruimtelijke afstand tussen de twee systemen.
Kwantumverstrengeling vormt de basis van kwantumteleportatie-experimenten die wetenschappers tegenwoordig uitvoeren.
Kwantumteleportatie en sciencefiction
Teleportatie door wetenschappers is tegenwoordig afhankelijk van kwantumverstrengeling, zodat wat er met het ene deeltje gebeurt meteen met het andere gebeurt. In tegenstelling tot science fiction gaat het er niet om een object of een persoon fysiek te scannen en naar een andere locatie te verzenden, omdat het momenteel onmogelijk is om een exacte kwantumkopie van het oorspronkelijke object of de juiste persoon te maken zonder het origineel te vernietigen.
In plaats daarvan staat kwantumteleportatie voor het verplaatsen van een kwantumtoestand (zoals informatie) van het ene atoom naar een ander atoom over een aanzienlijk verschil. Wetenschappelijke teams van de Universiteit van Michigan en het Joint Quantum Institute aan de Universiteit van Maryland hebben in 2009 gemeld dat ze dit specifieke experiment met succes hebben voltooid. In hun experiment verschoof informatie van het ene atoom een meter uit elkaar naar het andere. Wetenschappers hielden elk atoom in afzonderlijke behuizingen tijdens het experiment.
Wat de toekomst in petto heeft voor teleportatie
Hoewel het idee om een persoon of een object van de aarde naar een verre locatie in de ruimte te transporteren, voorlopig in het rijk van science fiction blijft, heeft kwantumteleportatie van gegevens van het ene atoom naar het andere potentieel voor toepassingen in meerdere arena's: computers, cybersecurity , internet en meer.
In principe kan elk systeem dat afhankelijk is van het verzenden van gegevens van de ene naar de andere locatie, datatransmissies veel sneller plaatsvinden dan mensen zich kunnen voorstellen. Wanneer kwantumteleportatie ertoe leidt dat gegevens van de ene naar de andere locatie worden verplaatst zonder tijdsverloop vanwege superpositie - de gegevens in zowel de dubbele status van zowel 0 als 1 in een binair systeem van een computer totdat de meting de status instort in 0 of 1 - gegevens worden verplaatst sneller dan de snelheid van het licht. Wanneer dit gebeurt, zal computertechnologie een hele nieuwe revolutie ondergaan.