Újabb nagy lépés a teleportációs kísérletekben

Újabb nagy lépéssel kerültünk közelebb a kvantumszámítógép és a kvantumkriptográfia megvalósításához: fénnyel közvetítettek információt egy atomhalmaz állapotáról egy másik atomhalmaznak. Teleportálást valósítottak meg, hiszen az átküldött információ hatására a fogadó felvette a küldő korábbi állapotát.

A teleportálás megvalósítása talán nem is kelti fel az olvasók érdeklődését, hiszen az teljesen "hétköznapi" dolog a tudományos-fantasztikus írásokban, filmekben. A film hőse vagy hősnője belép egy különleges kamrába, majd ugyanabban a pillanatban, a fizika törvényeivel mit sem törődve, épen, egészségesen egy távoli bolygón tűnik fel. A realitások ettől a fantáziavilágtól nagyon távol esnek, ugyanakkor a friss eredmények joggal érdemlik ki a fantasztikus jelzőt.

A korábbi kísérletek

A teleportáláshoz a kvantummechanika legalapvetőbb és legkülönösebb jelenségeit használják fel. A 20. század első negyedében megalkotott kvantummechanika az egyes atomok szintjén, a mikrovilágban lejátszódó folyamatokat írja le. Ez a világ teljesen más, mint megszokott világunk, a nagy méretek világa. Pontos részletes leírására szavaink, hasonlataink nem is alkalmasak, csak a matematikai egyenletek.

1993-ban ismerték fel elméletileg a kvantummechanikai alapon történő teleportálás lehetőségét, és néhány évvel később már meg is valósították az Innsbrucki Egyetemen, A. Zeilinger professzor vezetésével. A kísérletben a kvantummechanika egy meglehetősen különös jelenségét, az ún. összecsatolódott állapotokat (entanglement) használták fel. A kísérletben fotonok között hoztak létre összecsatolódást. A kvantumvilágban a két összecsatolódott részecske kényszerhelyzetben van: ha a pár egyik tagját méréssel valamely egyértelmű kvantumállapotba hozzuk, akkor a pár másik tagja, a másik részecske, kénytelen az előzőével ellentétes állapotot elfoglalni, legyen bármilyen távol párjától. Az összecsatolódott részecskékkel végzett teleportálás részleteit megtalálják korábbi írásunkban.

Az összecsatolódás többféle fizikai formában valósulhat meg. Összecsatolható két foton vagy két atommag, de akár egy fotonból és egy atommagból is elképzelhető összecsatolt pár - írta Michael A. Nielsen a Scientific American c. folyóiratban a kvantuminformatikát tárgyaló tanulmányában 2003-ban. Akkor már valóság volt a két foton, illetve két atommag összecsatolása. A fotonból és atommagból álló párra viszont mostanáig kellett várni: ezt valósították meg dán és német kutatók Eugene Polzik vezetésével Koppenhágában, a Niels Bohr intézetben. Eredményüket a Nature hasábjain közölték.

Új eredmény: információtovábbítás atomhalmazok között

A kísérletek során összecsatolódott fotonpárokkal félméteres távolságra továbbították a céziumatomok állapotát leíró információt egy másik cézium-atomhalmaznak. A kísérletben körülbelül egybillió (ezer milliárd) céziumatomot zártak egy üvegcsőbe. A gáz atomjainak mágneses momentuma homogén mágneses térben azonos irányba áll be, tehát ebből a szempontból egyforma az állapotuk. A gázra bocsátott erős fényimpulzus is rendelkezett egy kitüntetett iránnyal, mivel polarizált volt. A fény és az atomok kölcsönhatása után a gázból kilépő fényimpulzus az atomokkal összecsatolódott állapotban volt. A fény hordozta, az anyag tárolta az információt.

A jövő kvantumszámítógépében természetesen nem kell majd ilyen nagy távolságra küldeni az információt. A másik számba jöhető alkalmazási területen, a titkosított információtovábbításban, a kvantumkriptográfiában viszont már fontos lesz a minél nagyobb távolság. A hibátlan információtovábbítás távolságának az szab határt, hogy az információt hordozó fény mekkora távolságot képes megtenni az információ sérülése nélkül.

A témakör kiemelkedő szaktekintélye, a már említett Zeilinger professzor azt is végiggondolta, mennyire vannak közel a fantasztikus elképzelések napjaink realitásához. "A figyelemreméltó eredmények ellenére nagyon messze vagyunk attól, hogy nagyobb tárgyakat teleportáljunk" - mondja. "Két komoly problémával szembesülünk. A nagy tárgyakból összecsatolódott párra lenne szükségünk. Másodszor: a teleportálandó tárgyat és az összecsatolódott párt el kellene szigetelni a környezetétől, meg kell akadályozni, hogy információ szivárogjon ki a környezetbe. Hogyan tudnánk egy tárgyat, pláne egy lélegző és hőt sugárzó élőlényt ilyen szigorúan elszigetelni a környezetétől? Bár ki tudja, mit hoz a gyors fejlődés a jövőben."

Jéki László