Graças a dois estudos publicados na Nature nesta quinta-feira, a chance de teletransporte sucesso aumentou consideravelmente. Que é uma coisa boa, certo?
Querendo ou não você já esteve em um voo de longo curso, provavelmente você já fantasiou sobre ser capaz de magicamente desaparecer de um lugar e reaparecer em outro. E a pergunta natural para um físico é se existe alguma maneira de conseguir isso na prática.
Na verdade, algo conhecido como "teletransporte quântico" tornou-se uma realidade em 1997. Esta primeira manifestação foi para partículas de luz (fótons).
Desde então, os cientistas têm também sido aplicadas teletransporte para outras coisas muito pequenas, por exemplo, átomos individuais.
Então, quando podemos esperar apenas teleportar-nos ao nosso destino escolhido? Você pode querer sentar-se para isso.
O primeiro passo para teletransporte uma pessoa é medir e registar a posição, a direcção de movimento e de energia de cada partícula no corpo, o que requer mais armazenamento de dados que nunca estarão disponíveis - muito, muito mais.
Na verdade, uma estimativa conservadora significa que você precisa de cerca de 10 ^ 22 gigabytes (1 seguido de 22 zeros) de espaço no disco rígido. Isso é uma pilha de discos rígidos de cerca de 20 anos-luz de altura.
Proxima Centauri, a estrela mais próxima que não seja o sol da Terra, é de cerca de quatro anos-luz de distância.
Pior, não temos mesmo método para fazer essas medições, muito menos reconstruir uma pessoa com base nos dados. Assim, podemos esquecer teleportar pessoas.
Crédito da imagem: Wonderlane
Conhecendo o suficiente - mas não muito
Que tal algo muito simples - como uma única partícula? Como cerca de um átomo, ou um fóton? Como elas podem ser teletransportado?
O problema aqui foi pensado para ser o princípio da incerteza de Heisenberg, um dos pilares da mecânica quântica, que limita o que você pode saber.
Pode parecer contra-intuitivo, mas se você tentar medir a posição de um único átomo de você vai mudar sua velocidade.
Se você descobrir exatamente o quão rápido ele está se movendo, então você não vai saber onde ele está.
O problema é que, se você quiser se teletransportar uma partícula, esta é precisamente a informação que você quer medir e transmitir.
Um físico chamaria essas informações o "estado" da partícula. Se você não está autorizado a medir o estado completo da partícula, teletransporte parece impossível.
Portanto, a chave para o teletransporte não está sabendo demais. Enquanto as medições que você faz não revelar a posição ou velocidade, então você tem uma brecha que permite contornar o princípio da incerteza.
E se você pudesse perturbar a partícula antes de medi-lo, então você nunca sabe o seu estado, e, em seguida, subtrair fora dessa perturbação na outra extremidade para recriar o estado original da partícula?
Esta foi a constatação de que o avanço físico americano Charles Bennett teve, em 1993. A chave estava a perturbar a partícula que você quer para se teletransportar de um modo particular. Você pode fazer isso usando um par de partículas quânticas-emaranhados.
Estas partículas estão ligadas entre si de modo a que se medir o estado de um dos par entrelaçado, a aprender sobre o estado da outra metade do par.
Alice e Bob
Na descrição padrão de teletransporte, Alice é teletransportar algo para Bob. Alice usa uma das partículas entrelaçadas para medir o estado da entrada de partículas. Ela registra o que ela mede e envia as informações para Bob.
Bob não pode dizer o que o estado da partícula foi, porque o entrelaçamento utilizado na medição esconde a verdadeira natureza do Estado.
O Bob pode fazer, no entanto, é utilizar a informação a partir de Alice para modificar o estado da outra partícula entrelaçada. Desta forma, ele pode recriar o estado exato da partícula Alice originalmente medido.
Isto é como teletransporte quântico funciona. Experiências mais fótons teleportar mais de um metro mais ou menos dentro de um laboratório, embora tenha havido recentemente uma demonstração sobre 143 km, nas Ilhas Canárias.
A sensação de segurança
Acontece que o teletransporte quântico não é apenas uma boa festa truque. A natureza da comunicação entre Alice e Bob neste sistema é bastante interessante.
A informação que mede Alice e envia para Bob não pode ser usado para recriar o estado de entrada sem que a outra partícula entrelaçada. Isso significa que Eva o intruso não pode espionar medição de Alice e obter a informação por si mesma.
A par entrelaçado é único, portanto, apenas Bob pode recriar o estado original. Imediatamente você tem uma técnica para comunicação segura.
Se você codificar a informação em suas partículas, medi-los com uma parte de um estado emaranhado e, em seguida, enviar as informações para Bob, você tem criptografia que é feita forte pela física quântica. Você realmente não pode quebrá-la, por qualquer meio, a menos que você tem a outra parte do par emaranhado.
Razões para ser alegre
Teletransporte tem muitos outros usos em sistemas de informação quântica.
Estes são os métodos propostos para a construção de computadores e redes de comunicação que usam a mecânica quântica como uma parte essencial da sua funcionalidade e têm um enorme potencial para proporcionar comunicações seguras e computação de alta velocidade.
O problema é que toda vez que você deseja mover informação quântica de um lugar para outro em um destes sistemas, você pode não apenas medir as informações e enviá-lo para a próxima parte do processo, uma vez que a medida irá destruir a informação. Em vez disso, você pode se teleportar-lo.
A 128 qubits supercondutores de chip adiabatic processador otimização quântica.
De volta à natureza
Os dois artigos publicados em conjunto Nature desta semana mostra algo muito importante.
Até agora, o teletransporte de fótons de luz, utilizando o método descrito acima foi probabilística, porque você não pode sincronizar a chegada dos fótons emaranhados, com a chegada do fóton a ser medido.
Na ocasião impar quando os fótons alinhados, a medida só funcionaria metade do tempo. Isso significa que cada vez que você tentar se teletransportar suas informações ele só vai funcionar muito ocasionalmente - muito menos do que 1% do tempo.
Se você tem um monte de back-to-back-teletransporte circuitos em seu computador quântico ou rede quântica, as chances de eles todos trabalhando juntos vai tornar-se muito pequenas.
Estas duas experiências mais recentes mostram teletransporte quântico determinista em dois sistemas diferentes, de modo que o processo não é mais probabilística. Em vez disso, pode, em princípio, trabalhar cada vez que um fóton está pronto para ser teletransportado.
Crédito da imagem: mercurialn
Um dos novos estudos - por pesquisadores do Japão e da Alemanha - mostra como é possível de se teletransportar fótons de luz que estão no espectro infravermelho, logo abaixo do comprimento de onda visível ao olho humano.
A outra experiência - por pesquisadores da Suíça e da Austrália - demonstra o teletransporte de fótons de microondas com freqüências entre 4 e 7 GHz.
Nem o sistema está pronto para a produção, no sentido de que eles estão ambos a prova das experiências principais. Embora o teletransporte já não é probabilística, ainda não é 100% eficiente - uma possibilidade de 40% de sucesso no caso de o sistema de infravermelhos e de 25% no caso do sistema de micro-ondas.
Ainda assim, esta é uma grande melhoria em menos de 1%, que era anteriormente possível com fotões. Voos de longo curso vai continuar por algum tempo ainda, mas os novos experimentos representam um marco no longo caminho para a construção de um sistema de informação quântica funcional.
Escrito por - Ben Buchler - Bolseiro de Investigação em Ciência Quântica na Universidade Nacional da Austrália
Este artigo foi originalmente publicado por A ConversaçãoSiga MessageToEagle.com
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