Kvantna teleportacija je izraz, ki se sliši kot iz epizode Zvezdnih stez, v resnici pa gre znanstveni dosežek, ki so ga fiziki eksperimentalno dokazali že konec 90. let, veliko prej kot leto 2001. A prav v času okoli prelomnega tisočletja (1997–2001) se je področje kvantne teleportacije začelo resno približevati tehnološki izvedbi, ki dandanes obeta kvantne računalnike in kvantni internet.
Kaj je kvantna teleportacija? Zakaj je ime tako dramatično?
Kvantna teleportacija ne prenaša materije ali ljudi kot v znanstveni fantastiki, ampak kvantno informacijo: natančen opis stanja enega kvantnega sistema (na primer fotona ali atoma) se prenese na drugi, povsem oddaljen sistem. To se zgodi s pomočjo kvantne prepletenosti, se pravi posebne povezave med delci, kjer sprememba stanja enega takoj vpliva na drugega, ne glede na razdaljo.
Gre za proces, ki med kvantnimi delci prenaša stanje, ne pa telesa ali energije. Originalno stanje je pri tem nič hudega sluteče uničeno, česar ne dopušča temeljni izrek o ne-kloniranju kvantne mehanike.
Zgodnji poskusi in prelomni eksperimenti
Teoretična osnova za kvantno teleportacijo je bila postavljena leta 1993 s klasičnim člankom Charlesa Bennetta in sodelavcev, ki je pokazal, da se lahko stanje kvantnega sistema prenese z uporabo entanglementa in klasične komunikacije.
Toda resnični preboj v eksperimentalni teleportaciji je bil že v letu 1997, ko sta dve raziskovalni skupini: ena v Italiji in druga pod vodstvom Antona Zeilingerja v Avstriji, uspešno izvedli teleportacijo stanja fotona v laboratorijskih pogojih. Rezultati so pokazali, da se kvantno stanje (npr. polarizacija enega fotona) lahko reproducira na drugem fotonu, ki fizično ni bil prisoten na isti lokaciji kot izvirnik.
Čeprav to ni bilo konec znanstvenih vprašanj, je to bil jasen eksperimentalni dokaz, da kvantna teleportacija deluje in ni le teoretični konstrukt.
Okoli leta 2001 so se izvedbe experimentov izboljševal, fizični protokoli in metode (npr. bolj popolne Bellove meritve ali izboljšave v višinah fotonskih detektorjev) so omogočali višjo natančnost in robustnost teleportacije kvantnih stanj. Nekateri od teh poskusov so jih raziskovalci nadaljevali tudi v zgodnjih dvatisočih, vključno z teleportacijo med atomi in v daljših optičnih vlaknih.
Zakaj je to pomembno?
Čeprav se sliši kot znanstvena fantastika, je kvantna teleportacija dejansko tehnološki gradnik za prihodnje kvantne mreže in kvantne računalnike. S to metodo bi lahko razširili kvantne informacije med različnimi vozlišči kvantnih sistemov, ključno za kvantni internet, ki bi omogočal neizprosno varno komunikacijo.
V primerjavi s teleportiranjem ljudi ali predmetov, kot ga prikazuje pop kultura, je ta teleportacija, čeprav prav tako čudna in fascinantna, skoraj banalna v vsakdanjem smislu. V resnici pomeni prenos izrazito specifičnih lastnosti kvantnega stanja, ne pa premikanje telesa ali energije.
Kje se nahajamo danes?
Po prvih poskusih v poznem 90. letih in izboljšavah okoli leta 2001 so znanstveniki teleportirali kvantna stanja fotona na vsaj nekaj deset metrov ali več, kasneje pa tudi na več sto metrov in kilometrsko razdaljo v prostem prostoru ali po optičnih vlaknih. Te tehnološke meje so možne zaradi vedno boljšega nadzora nad entanglementom in detekcijo kvantnih stanj.
