Először sikerült teleportálni a víz alatt

Illusztráció

Kínai tudósoknak először sikerült továbbítani egy foton állapotát a tengervízben, bebizonyítva, hogy a kvantumkommunikáció – vagy közismertebb néven kvantumteleportálás – víz alatt is lehetséges.

A kísérlet során egy 3,3 méter hosszú tartályt tengervízzel töltöttek meg a szakemberek, ebben a közegben valósult meg az információátadás a két foton között. A kutatók úgy vélik, ugyanez nyílt vízben is lehetséges, és a részecskék állapotát akár közel 900 méteres távolságra is teleportálni lehet.

Természetesen fontos megjegyezni, hogy a teleportáció jelen esetben nem azt jelenti, hogy az egyik helyen valami a szó szoros értelmében eltűnik, a másikon pedig megjelenik – mint a tudományos fantasztikus filmekben –, sokkal inkább az információ közvetítéséről van szó.

Az egyik legrejtélyesebb jelenség

"Az emberek már jó ideje beszélnek a víz alatti kvantumkommunikáció lehetőségéről, de nem ismerek olyat, aki elvégzett volna hasonló kísérletet" – nyilatkozta Thomas Jennewein, a Waterlooi Egyetem kutatója a New Scientist magazinnak.

Az egész folyamat az úgynevezett kvantum-összefonódáson alapul, amely a modern fizika egyik legkülönösebb jelensége.

A kvantumvilágban 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. Vagyis: ha az egyik az óramutató járásával megegyezően pörög, akkor a másik azonnal az ellenkező irányba kényszerül forogni. Ha az egyik forgásirányát megváltoztatjuk, akkor a másik is azonnal változtat a forgásán, hogy egy pillanatra se legyenek azonos állapotban. Akkor is így viselkednek, így reagálnak egymásra, ha egyébként nagy - akár többgalaxisnyi - távolságra vannak egymástól.

Összecsatolt párt hoztak már létre fény és fény (foton és foton), atom és atom, sőt atom és fény között. Ráadásképp e mechanizmussal már sikerült információt teleportálni nagy távolságokon keresztül. Az év elején például kínai kutatók egy több mint 500 kilométer távolságra keringő szatellitnek teleportáltak információt a Földről.

Illusztráció Forrás: Wikimedia Commons

Kvantumvilág a víz alatt

Bár az előbb említett eredmény is jelentős, a víz alatti kvantumteleportálás lehetőségét még nem vizsgálták. Éppen ezért a sanghaji Jiaotong Egyetem munkatársai vizet vettek a Sárga-tengerből, és azt egy több mint 3 méter hosszú tartályba töltötték.

Ezt követően szubatomikus szinten összefonódott fotonpárokat hoztak létre úgy, hogy fénynyalábot bocsátottak keresztül egy kristályon. A páros egyik tagjának manipulálására a partnerrészecske azonnal reagál. Példának okáért, ha az egyik foton polarizációs állapotát megmérjük, a másik rögtön ennek a polarizációs állapotnak az ellenkezőjét fogja felvenni.

A részecskéket végül a tartály két ellenkező oldalára pozicionálták.

A kutatócsoport sikeresen bemutatta, hogy a többméteres távolság ellenére a kvantumkommunikáció sós vízben is lehetséges, azaz az összefonódás még ebben a közegben sem szakad meg.

A szakemberek az esetek 98 százalékában sikeresen teleportálták az egyik foton állapotát a másiknak. Az eredmény a The Optical Society című tudományos szakfolyóiratban publikálták.

Forrás: Origo

Mi a helyzet az óceánnal?

Egyelőre kérdéses, hogy a kísérlet reprodukálható-e, ha nagyobb távolságokról és nem egy zárt tartályról, hanem a tenger mélyéről van szó. Ennek kiderítéséhez további kutatások szükségesek.

A kutatócsoport számításai szerint a kvantumkommunikáció a nyílt vízben egészen 885 méteres távolságig is lehetséges, más csoportok viszont úgy vélik, a víz alatti teleportálás mindössze 120 méteres tartományban kivitelezhető.

„Mivel az óceánvíz elnyeli a fényt, a távolság kiterjesztése nehézségekbe ütközik" – mondta Jeffrey Uhlmann fizikus, a Missouri Egyetem kutatója.

Forrás: Elter Tamás

Ez mind szépen hangzik, de...

A kvantum-összefonódás kommunikációs szempontból rendkívül ígéretes terület, mert a késés nélküli információtovábbítás nagyon kecsegtető. Az óriási távolság miatt a Curiosity Mars-járóval való kommunikáció például átlagosan 20 percet késik – ez érvényes minden egyes üzenetre, így nehézkes az irányítás. A gyorsaság mellett Jennewein szerint a kvantumkommunikáció azért is fontos, mert általa feltörhetetlen üzeneteket lehet továbbítani a másik fél számára. A víz alatti kvantumkommunikáció elsősorban a tengeralattjárók információcseréjét tenné biztonságosabbá és hatékonyabbá.

A fentiek tehát nagyon szépen hangzanak, kérdés, hogy az elgondolás szintjén túllépve megvalósíthatóak-e a gyakorlatban is. Lehet-e a fénynél gyorsabban üzenetet küldeni?

A tudomány jelenlegi állása szerint nem, mert ez sértené a kauzalitást, vagyis az ok-okozati összefüggést.

A kauzalitás az egyik legalapvetőbb fizikai törvény, amely legegyszerűbb formájában ennyit állít: az ok megelőzi az okozatot, és nem fordítva. A fénynél nagyobb sebességek viszont felboríthatják ezt az alapvető egyensúlyt, egy eseménynek az előtt lehetne hatása, mielőtt bekövetkezett. Ez nemcsak a klasszikus fizika jelenlegi állása, de a józan ész szerint is lehetetlen.

A kvantum-összefonódás nem jelenti azt, hogy az összefonódott részecskepár két tagját egymástól eltávolítva az egyikkel "kapcsolható" a másik. A két részecske közötti kommunikáció is a kvantummechanikán alapszik, így (legalábbis jelen ismereteink alapján) nem lehet velük „klasszikus" üzeneteket küldözgetni.

Ha a két összefonódott részecske képes is valamiféle kozmikus távolságokat leküzdő kommunikációra, azt mi sehogy, vagy csak nagyon korlátozottan hasznosíthatnánk.

(Forrás: Science Alert, New Scientist)