| Giornale di riferimento: | Phys. Rev. Lett.. 110, 069902 (2013) |
Come funziona il teletrasporto
Per la parte migliore del ventesimo secolo, il teletrasporto è stato liquidato come un semplice tubo sogno di fantascienza. Il problema risiede nel metodo: l'unico modo possibile per realizzarlo, gli scienziati pensavano, sarebbe quello di misurare la posizione e la quantità di moto di ogni singolo atomo dell'oggetto da teletrasportato, inviarlo a destinazione utilizzando classica (non quantistica) le informazioni e, infine, ricostruirlo in base al set di "istruzioni" ricevute. Ma la scienza dice che il primo passo - la misura perfetta di una particella - è semplicemente impossibile a causa principio di indeterminazione di Heisenberg .
Nel 1993, tuttavia, i ricercatori hanno dimostrato che teletrasporto stato infatti possibile in linea di principio, purché l'oggetto originale viene distrutto nel processo. Il meccanismo aggira principio di indeterminazione di Heisenberg sfruttando una delle tante stranezze della meccanica quantistica - un fenomeno chiamato "entanglement quantistico".
Entanglement succede quando una coppia di particelle, come elettroni e protoni, intimamente connessi insieme. Una volta entanglement è raggiunto, le due particelle si mantengono sincronizzazione, siano essi uno accanto all'altro o da parti opposte dell'universo. Finché il stato entangled viene mantenuto, se una particella cambia il suo stato, l'altro sarà istantaneamente fare altrettanto.
Come ci si potrebbe aspettare, la teoria è abbastanza difficile da ottenere la testa in giro, ma cerchiamo di dare un colpo.
Immaginate di avere un oggetto "A" che vogliamo teletrasportarsi. Abbiamo anche "B" e "C", che sono tutt'uno con l'altro, ma non con A. Ora cerchiamo di trasporto dell'oggetto B alla stazione di invio proprio accanto alla A, e l'oggetto C alla stazione ricevente.
Nel 1993, gli scienziati hanno scoperto che potevano eseguire la scansione di A e B insieme, l'estrazione di informazioni parziali da A. Scanning arrampica gli stati quantistici di A e B, e perché B e C sono impigliate, tutte le informazioni rimanenti da A vengono immediatamente trasmessi alla C. Utilizzando laser, fibre ottiche o qualsiasi altro mezzo di comunicazione tradizionali, la stazione trasmittente può quindi inviare le informazioni parziali che aveva raccolto su A alla stazione ricevente. Ora tutte le informazioni su A è alla stazione ricevente, e oggetto C può essere rimontata come una copia perfetta dell'originale. Un oggetto viene distrutto nel processo - e quindi abbiamo teletrasporto, e non replica.
Uno dei prerequisiti per il teletrasporto è che B e C devono prima hanno interagito strettamente per creare uno stato di entanglement, e quindi devono essere in grado di essere trasportati alle loro destinazioni finali.Questo significa che siamo in grado di teletrasportare oggetti posti che abbiamo visitato prima, ma non, per esempio, ad una galassia o un pianeta che non abbiamo mai visitato.
Come già accennato, il sistema funziona perché B e C sono impigliate. Ma c'è un problema: nel corso del tempo, come oggetti vengono teletrasportati, lo stato entangled sta lentamente esaurita. Esso può essere rinnovato avendo stretto di nuovo B e C interagiscono, ma questo significa trasportare manualmente (senza teletrasporto) entrambi gli oggetti nello stesso posto, e poi di nuovo alle stazioni di invio e ricezione. L'idea è che un cammino difficile può permettere per vari trasferimenti veloci in futuro.
Cinque anni fa, i fisici si avvicinò con un approccio alternativo al teletrasporto che è più veloce perché non richiede la correzione di C, ma che è altamente impraticabile perché lo stato entangled viene distrutta ogni volta che l'informazione è teletrasportato.
In entrambi i casi, entanglement può essere efficacemente pensato come il "combustibile" che alimenta teletrasporto.
Teletrasporto "Fuel-efficiente"
Ora, un gruppo di fisici di Cambridge, University College di Londra e l'Università di Danzica hanno lavorato come entanglement potrebbe essere "riciclato" per aumentare l'efficienza di queste connessioni. Essi hanno sviluppato due protocolli che generalizzano i due metodi noti di teletrasporto quantico e forniscono una soluzione ottimale in cui lo stato entangled tiene molto più lungo per il teletrasporto di più oggetti, eliminando la necessità di correzione degli errori.
Il primo di questi protocolli possono essere usati per teletrasportarsi stati quantici in sequenza, mentre il secondo permette di teletrasporto diversi stati allo stesso tempo, che accelera il processo ed è di particolare interesse per applicazioni nel campo dell'informatica quantistica .
Il risultato ottenuto dai ricercatori è puramente teorico e non ha comportato alcuna informazione quantistica effettivamente teletrasportato da un luogo all'altro. Ma l'interesse di teletrasporto quantistico è rapidamente in aumento, e laboratori di tutto il mondo fanno a gara per dimostrare la capacità di teletrasportarsi informazioni su distanze più lunghe e più a lungo - l'anno scorso, per esempio, gli scienziati hanno riferito teletrasporto di fotoni nel corso di un record di 143 km (89 miglia) - così potrebbe non essere lungo fino a quando questo risultato teorico è effettivamente messo in pratica.
Ma aspettare - non abbiamo detto che la distanza non dovrebbe importa affatto quando due particelle sono impigliati? Se è vero che due particelle rimangono impigliate indipendentemente dalla loro distanza, per il momento, siamo solo in grado di memorizzare lo stato entangled per un brevissimo periodo di tempo. Ciò significa che, in pratica, gli scienziati devono creare uno stato di entanglement tra particelle B e C e poi correre alle stazioni di invio e ricezione il più rapidamente possibile, prima che lo stato entangled è esaurito. Durante la trasmissione, perdite di fotoni e il segnale decoerenza anche aumentare con la distanza, che rende le cose molto peggio - anche se gli scienziati stanno affrontando attivamente il problema.
Così sarà il teletrasporto di persone mai essere fattibile? Lo scorso novembre, un gruppo di scienziati cinesi sono riusciti a raggiungere il teletrasporto da un oggetto macroscopico ad un altro - un insieme di 100 milioni di atomi di rubidio - con una precisione avvicina il 90 per cento. Il corpo umano, d'altra parte, è composto da circa 10 29 particelle di materia, i quali avrebbero dovuto essere teletrasportato con estrema precisione.
Ci sono altri ostacoli pure. Come già accennato, l'oggetto (o, in questo caso, persona) essendo teletrasportato saranno distrutte al stazione mittente e riassemblati alla stazione ricevente. Questo potrebbe essere doloroso per il viaggiatore, tuttavia, la copia superstite viene effettuata prima l'originale è stato distrutto, e così, dal punto di vista del nostro viaggiatore - supponendo che la coscienza del viaggiatore viene trasportato con lui - si potrebbe sostenere che nessun dolore sarebbe mai farsi sentire.
Inoltre, un viaggiatore umana non è un sistema statico, e quindi il processo di scansione e lui o lei ricostruzione deve essere quasi istantanea - perché non finiamo con una versione teletrasportati della nostra telenaut che è drammaticamente diversa da quella originale.
Un'ultima considerazione. In un primo momento, sembrerebbe che l'entanglement quantistico potrebbe essere la possibilità di viaggiare a velocità superluminale: quando due particelle sono impigliati, non importa la loro distanza, quando modifichiamo una particella, abbiamo anche istantaneamente modifichiamo l'altro. Purtroppo, tutte le moderne interpretazioni della meccanica quantistica concordano sul fatto che questo trucco non può essere utilizzato per più veloce della luce viaggio.
Nessuno si aspetta di raggiungere il teletrasporto umano nel prossimo futuro: si tratta di un problema di ingegneria straordinariamente difficile, e anche se il processo non violerebbe alcuna legge fondamentale della fisica, ci manca la tecnologia per raggiungere - o qualcosa di anche lontanamente vicino ad esso. In un certo senso, questo pezzo di ricerca potrebbe essere visto come un piccolo passo verso il teletrasporto umano, ma non trattenete il respiro per teletrasporto in stile Star Trek ancora.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Physical Review Letters . Una versione open-access può essere trovato qui .
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