Il mondo quantistico è spesso contrario al buon senso. Il premio Nobel Richard Feynman una volta disse: "Penso di poter affermare con sicurezza che nessuno capisce la meccanica quantistica". Il teletrasporto quantistico è solo uno di quei fenomeni strani e apparentemente illogici.
Nel 2017, i ricercatori cinesi hanno teletrasportato l'oggetto nello spazio. Non era un uomo, non un cane e nemmeno una molecola. Era un fotone. O meglio, informazioni che descrivono un fotone specifico. Ma perché questo si chiama teletrasporto?
La conclusione è che il teletrasporto quantistico ha poco a che fare con il teletrasporto in quanto tale. Piuttosto, si tratta di creare un Internet che non possa essere violato. Ma prima di passare direttamente a questo problema, parliamo di un paradosso.
Il brillante fisico e autore di Teorie generali e speciali della relatività, Albert Einstein, considerava la meccanica quantistica una teoria imperfetta. Nel 1935, insieme ai fisici Boris Podolsky e Nathan Rosen, scrisse un articolo in cui definì un paradosso che mette in dubbio quasi tutto ciò che è connesso alla meccanica quantistica: il paradosso EPR.
La meccanica quantistica è la scienza degli aspetti più piccoli dell'universo: atomi, elettroni, quark, fotoni e così via. Rivela aspetti paradossali e talvolta contraddittori della realtà fisica. Uno di questi aspetti è il fatto che misurando una particella, la "cambia". Questo fenomeno è stato alla fine chiamato effetto dell'osservatore: l'atto di misurare un fenomeno lo influenza irreparabilmente.
Descrizione schematica di una configurazione sperimentale per il teletrasporto di un fotone nello spazio / Accademia cinese delle scienze.
Spesso, per osservare un atomo, brilliamo su di esso. I fotoni di questa luce interagiscono con la particella, influenzandone la posizione, il momento angolare, lo spin o altre caratteristiche. Nel mondo quantistico, usare i fotoni per osservare un atomo è come usare le palle da bowling per contare i birilli alla fine di una pista da bowling. Di conseguenza, è impossibile conoscere esattamente tutte le proprietà di una particella, poiché nel processo della sua indagine l'osservatore influenza il risultato.
L'effetto osservatore viene spesso confuso con l'idea che la coscienza possa in qualche modo influenzare o addirittura creare la realtà. In effetti, non c'è nulla di soprannaturale in questo effetto, poiché non richiede affatto la coscienza.
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I fotoni che entrano in collisione con un atomo producono lo stesso effetto dell'osservatore indipendentemente dal fatto che si muovano verso di esso a causa di azioni dal lato della coscienza umana o meno. In questo caso, "osservare" è semplicemente interagire.
Non possiamo essere osservatori esterni. Nei sistemi quantistici, una persona prende sempre una parte attiva, offuscando i risultati.
Questo era esattamente ciò che Albert Einstein non piaceva. Per lui, questa intrinseca ambiguità indicava un'incompletezza nella meccanica quantistica che doveva essere eliminata. Lo scienziato credeva che la realtà non potesse essere così inaffidabile. Questo è ciò a cui si riferisce la sua famosa frase: "Dio non gioca a dadi con l'Universo".
E niente ha enfatizzato la debolezza della meccanica quantistica più del paradosso dell'entanglement quantistico.
A volte su scala quantistica, le particelle possono essere interconnesse in modo tale che la misurazione delle proprietà di una particella influenzi istantaneamente un'altra, indipendentemente dalla loro distanza. Questo è l'entanglement quantistico.
Secondo la teoria della relatività di Einstein, niente può viaggiare più veloce della luce. Tuttavia, l'entanglement quantistico sembrava infrangere questa regola. Se una particella è intrappolata con un'altra e ogni possibile cambiamento che si verifica con una di esse influenza l'altra, allora deve esserci un qualche tipo di connessione tra di loro. Altrimenti, come possono influenzarsi a vicenda? Ma se questo accade istantaneamente, nonostante le distanze, questa connessione deve avvenire più velocemente della velocità della luce - da qui il paradosso stesso dell'EPR.
Se provi a misurare attraverso quale fenditura passa un elettrone durante un esperimento con due fenditure, non otterrai uno schema di interferenza. Invece, gli elettroni non si comporteranno come onde, ma come particelle "classiche".
Einstein chiamava questo fenomeno "azione spettrale a distanza". L'intero campo della meccanica quantistica gli sembrava fragile quanto il supposto entanglement quantistico. Fino alla fine della sua vita, il fisico ha tentato senza successo di "rattoppare" la teoria, ma non ne è venuto fuori nulla. Non c'era semplicemente niente da riparare.
Dopo la morte di Einstein, è stato ripetutamente dimostrato che la meccanica quantistica è corretta e funziona, anche se spesso contraddice il buon senso. Gli scienziati hanno confermato che il paradosso dell'entanglement quantistico è un fenomeno reale e in generale non è un paradosso. Nonostante il fatto che l'entanglement si verifichi istantaneamente, nessuna informazione può essere trasferita tra le particelle più velocemente della velocità della luce.
Come si collega tutto questo al teletrasporto quantistico? Torniamo al nostro argomento. Il fatto è che in questo modo le informazioni possono ancora essere trasferite. Questo è esattamente ciò che hanno fatto i ricercatori cinesi nel 2017. Nonostante si chiami "teletrasporto", infatti, gli scienziati hanno eseguito il trasferimento di informazioni tra due fotoni entangled.
Quando un raggio laser viene diretto attraverso un cristallo speciale, i fotoni emessi da esso vengono intrappolati. Quindi, quando un fotone viene misurato in una coppia entangled, lo stato dell'altro è immediatamente noto. Se usi i loro stati quantistici come portante del segnale, le informazioni possono essere trasferite tra due fotoni. Questo è stato fatto prima nei laboratori di tutto il mondo, ma mai prima questo processo ha avuto luogo a una tale distanza.
I ricercatori cinesi hanno inviato un fotone entangled a un satellite a 1.400 chilometri sopra la Terra. Hanno quindi incastrato il fotone rimanente sul pianeta con il terzo fotone, che gli ha permesso di inviare il suo stato quantico al fotone sul satellite, copiando così efficacemente il terzo fotone in orbita. Tuttavia, il terzo fotone non è stato trasferito fisicamente al satellite. Solo le informazioni sul suo stato quantistico sono state trasmesse e ripristinate.
Quindi non era il teletrasporto in stile Star Trek. Ma la più grande svolta in questo esperimento non è stata il teletrasporto, ma la comunicazione.
Un Internet quantistico basato su particelle entangled sarebbe quasi impossibile da hackerare. E tutto grazie all'effetto osservatore.
Se qualcuno cerca di intercettare una di queste trasmissioni quantistiche, in sostanza, sarà un tentativo di osservare la particella, che - come già sappiamo - la cambierà. Una trasmissione compromessa sarebbe immediatamente visibile, poiché le particelle cesserebbero di essere intrappolate o la trasmissione verrebbe completamente distrutta.
Quantum Internet sarebbe una rete di comunicazione sicura quasi al 100%. Senza accesso a particelle impigliate, nessuno potrebbe hackerarlo. E se qualcuno avesse accesso a una delle particelle aggrovigliate, lo noterebbe immediatamente, poiché la particella scomparirebbe, il che significa che Internet smetterebbe di funzionare. Ecco come può essere più utile di un dispositivo di teletrasporto di fotoni.
I ricercatori hanno dovuto fare oltre un milione di tentativi per intrappolare con successo poco più di 900 particelle. Poiché i fotoni devono passare attraverso la nostra atmosfera, c'è un'alta probabilità che interagiscano con altre particelle, quindi, verranno "osservati", eliminando l'entanglement e completando la trasmissione.
Il teletrasporto quantistico perde tutte le informazioni sulla particella originale, ma crea una copia identica all'altra estremità / & copy; Jim Al-Khalili / Durante il teletrasporto quantistico, tutte le informazioni sulla particella originale vengono perse, ma viene creata una copia identica all'altra estremità / Jim Al-Khalili.
Un giorno, in un lontano futuro, useremo questa stessa tecnica per teletrasportare oggetti di grandi dimensioni o persino persone? In teoria sì. Ciò intrappolerebbe ogni particella nel corpo con lo stesso numero di particelle alla destinazione. Ogni stato e posizione di tutte le tue particelle dovrà essere scansionato e trasferito in un'altra posizione. Le particelle in attesa si aggrovigliano e accetteranno le informazioni passate loro, assumendo istantaneamente uno stato identico alle particelle originali. Questa è essenzialmente la stessa cosa che è successa ai fotoni nell'esperimento cinese. L'unica differenza è che riguarda ogni particella del tuo corpo.
Tuttavia, non dovresti essere felicissimo. Anche il teletrasporto è soggetto all'effetto dell'osservatore. Un processo di scansione che misura tutte le tue particelle le cambierebbe immediatamente. È possibile che i cambiamenti fossero spiacevoli per te, ti trasformeresti in una melma quantistica irriconoscibile. Cessereste di esistere nel punto originale e apparireste in un altro - esattamente lo stesso, ma con un nuovo insieme di particelle. Ma se rimani te stesso o no è una questione completamente diversa.
Vladimir Guillen
