Kvantna teleportacija

Otkako je čovek počeo da upoznaje i unapređuje svet oko sebe, veliki akcenat je uvek stavljan na brzinu prenosa informacija, a samim tim i na rapidnost putovanja nosilaca tih informacija, jer su u negdašnjim vremenima ljudi (emisari) prenosili poruke od jedne osobe, grada ili države do one druge. Već je tada postalo jasno koliko je bitno da poruka, odnosno osoba, stigne u dogledno vreme, i da je tako brzina putovanja od krucijalnog značaja za brži i prosperitetniji razvoj civilizacije.

Ideja o teleportaciji, to jeste o trenutnom prenosu osobe ili objekta sa jednog mesta na drugo, javila se već u samim začecima civilizovanog društva. Ponajpre u ranim religijskim tekstovima, da bi tako dugo vremena ostala da tavori kao nedovljno shvaćena pomisao. Tek sa razvojem revolucionarnih naučnih dostignuća, ideja o teleportaciji se ponovo pojavila kao jedan od najvećih naučnih izazova. U naučnoj fantastici se prvi put pominje u priči „Čovek bez tela“, koja je objavljena 1877. godine a koju je napisao Edvard Mičel. Očaran ovim vidom transporta, Artur Konan Dojl (pisac čuvenog serijala o detektivu Šerloku Holmsu) je osmislio novog književnog lika koji je istraživao izvesne paranormalne fenomene, između ostalog i teleportaciju, i tu svoju zamisao ovaplotio u priči „Mašina za dezintegraciju“ iz 1927. godine. Kasnije je i Holivud iskoristio ideju o teleportaciji u komercijalne svrhe, tako što će se 1958. godine pojaviti film „Muva“ koji će na ingeniozan način dočarati kako bi izgledao krajnji ishod teleportovanja kada nešto pođe naopako (za one koji nisu gledali film samo ćemo napomenuti da se prilikom teleportacije u komori nalazila i muva, te je nakon tog procesa u kome su se izmešali atomi čoveka i muve stvoren mutant, pola čovek – pola muva). Dalje se teleportacija kao specijalni efekat ekranizuje i u čuvenoj seriji „Zvezdane staze“, gde se čitav svemirski brod, Enterprajz, zajedno sa svojom posadom u trenu prebacuje sa jedne tačke na drugu. Ali, naravno, cela priča o teleportaciji uopšte nije tako jednostavna i dostižna kao što izgleda.

Naime, naučnici su dugo vremena osporavali mogućnost teleportacije, jer je za takav prenos osobe ili objekta potrebno da se zna svaka pozicija atoma u telu ili objektu. Sâm čin transporta se po mnogim nekadašnjim idejama sastoji u dematerijalizaciji tela i ponovnoj materijalizaciji na nekom drugom mestu, i ta zamisao je unosila velike polemike i podozrenja u naučnom i naučno-diletantskom društvu, sve do trenutka kada je svetlost dana ugledala kontroverzna kvantna teorija, koja je pri svojoj pojavi više zbunjivala, čak i velike umove, nego što je prosto i eksplikativno davala odgovore na nebrojena pitanja unutrašnje strukture atoma. Tada na scenu stupa Ervin Šredinger sa svojom čuvenom talasnom jednačinom koja opisuje kretanje elektrona oko jezgra. Dok je napredovao u svom umovanju i eksperimentisanju, on je otkrio jasne energetske nivoe unutar vodonikovog atoma, te je shvatio da je Nils Bor pogrešio kada je ranije istupio sa hipotezom elektrona koji se vrte oko jezgra. Bilo je jasno da se ove, takozvane, orbite moraju zameniti talasima oko nukleusa. Kada se ustanovilo da se elektron opisuje kao talas, odmah zatim je usledilo pitanje: a šta se to talasa? Odgovor je ubrzo prispeo od strane čuvenog fizičara Maksa Borna, koji je tvrdio da se zapravo radi o talasima verovatnoće i da ovi talasi samo predstavljaju verovatnoću da će se neki elektron naći na određenom mestu u određenom trenutku! Taj momenat je predstavljao svojstven okidač za čuvenu šizmu među vodećim fizičarima tog doba i nadaleko poznatu Ajnštajnovu rečenicu da se: „Bog ne kocka“, izražavajući preneraženost uvođenjem verovatnoće u fundamente fizike. Kao šlag na torti, istupa Verner Hajzenberg sa svojim principom neodređenosti, koji počiva na ideji da je nemoguće istovremeno znati brzinu i poziciju elektrona; koliko je ovaj princip bio elegantan toliko je bio i kontroverzan, jer elektroni po kvantnoj teoriji mogu nestajati i pojavljivati se na drugim mestima, ali se i mogu istovremeno nalaziti na više mesta! Celokupna hemija koja proučava molekule našeg tela počiva na toj zamisli o jednovremenosti prostorne materijalizacije elektrona, te atomi koji tako dele elektrone drže molekule u jednom integritetu, u obliku našeg tela.

Ova kratka evolucija poimanja prirode elektrona će nam poslužiti kao uvod u dalju opservaciju kvantne teleportacije. Naime, Ajnštajn, koji je bio žestoki protivnik uvođenja verovatnoće u fiziku, ipak je na neki način kumovao daljem razvoju i razumevanju kvantne teleportacije. On je sa još dvojicom svojih kolega, Borisom Podolskim i Natanom Rozenom, objavio 1935. godine naučni rad u kome je predložio izvođenje APR (EPR) eksperimenta (nazvanog po inicijalima trojice naučnika). U kratkim crtama, poenta je u tome da ukoliko dva elektrona sinhronizovano vibriraju (još se kaže da su u stanju koherencije), oni će jamačno zadržati takvo stanje čak i ako su na veoma velikim udaljenostima. Bilo koliko da su daleko jedan od drugoga, ipak postoji latentna talasna jednačina koja ih spaja, te ako se nešto zbije sa jednim elektronom, određeni deo informacije se momentalno prenosi na drugi elektron. Ovaj fenomen je nazvan kvantno preplitanje. Odnosno, došlo se do šokantnog zaključka da postoji neka tajanstvena veza između elektrona koja ih spaja.

Naučnici u IBM-u, pod vođstvom Čarlsa Beneta, su 1993. godine pomoću pomenutog APR eksperimenta, ustanovili da je čak moguće teleportovati objekte na atomskom nivou, ako ništa drugo. Međutim, prva eksperimetnalna prezentacija kvantne teleportacije je odrađena na univerzitetu u Insbruku 1997. godine od strane istog IBM-ovog tima. Ideja o trenutnoj dematerijalizaciji na jednom mestu i materijalizaciji na drugom je napuštena, a umesto takve zamisli fizičari su primenom osobine kvantnog preplitanja došli do zaključka da je pre moguće precizno izmeriti svojstva određene čestice i podatke preneti nekim drugim putem (telefonom, faksom i slično) na izvesne udaljenosti, nego pribeći, barem za sada, nemogućem načinu teleportacije (dematerijalizaciji/materijalizaciji). 

Dakle, osnovna ideja je da imamo jedan foton A čije informacije želimo da teleportujemo u foton C, a samim tim bismo dobili i njegov klon. Da bi se to postiglo, potrebno je uvesti i treći foton, B, koji je prepleten sa fotonom C, što znači da su oni koherentni. Nakon toga, foton A dolazi u kontakt sa fotonom B i prenosi mu svoje informacije, te tako i A i B postaju koherentni. Kako smo ranije naveli da su B i C prepleteni, to će foton B preneti na foton C informacije koje je primio od fotona A, pa se na taj način foton A teleportuje u foton C, odnosno, njihova svojstva su identična.

Teorijski fizičar po imenu Brajan Grin ukazuje na moguće poteškoće pri ovom procesu, ali i daje konstruktivno rešenje. Naime, on naglašava kako je fascinantno to što je moguće merenjem utvrditi kako su spinovi fotona A i B povezani, ali pojašnjava da je sâm čin merenja narušio stanje oba fotona; odnosno, da sâm postupak merenja utiče na fotone. Iz tog razloga nećemo biti u stanju da znamo koja je rotacija fotona A bila povezana sa fotonom B pre merenja, ali ćemo na taj način saznati u kakvom su odnosu nakon merenja. Ovu prividnu preponu preskačemo uz pomoć fotona C, koji je prepleten sa fotonom B, pa će se perturbacije sa B odraziti i na C. Tu je kraj nedoumice.

Plejade naučnika okupljenih u timovima godinama unazad se trude da na ovaj način teleportuju fotone na što veće, a samim tim i korisnije, razdaljine. Godine 2004. ta granica je pomerena, pošto su fizičari na Bečkom univerzitetu uspeli da teleportuju fotone na daljinu od 600 metara ispod Dunava, koristeći optički kabl. Iste godine je izvedena i epohalna teleportacija, ne po svojoj daljini već po dimenziji teleportovanih elemenata, jer su fizičari sa Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju u Vašingtonu uspešno prepleli tri atoma berilijuma i preneli svojstva jednog atoma u drugi. Važno je istaći da je jedna druga grupa uspela da teleportuje atome kalcijuma.

Dalje se 2006. godine takođe odigrao jedan krupan napredak, pošto je prvi put teleportovan makroskopski objekat. Tim fizičara na Institutu Nils Bor u Kopenhagenu i na Institutu Maks Plank u Nemačkoj uspeo je da dovede u koherentno stanje svetlosni zrak i gas atoma cezijuma sa milijardama atoma. Onda su kodirali karakteristične informacije koje su sadržane u pulsevima lasera i uspeli da ih prenesu na atome cezijuma na rastojanju od pola metra. U maju 2012. svetom je brzinom svetlosti razaslata vest kako je tim kineskih fizičara predvođen Juan Jinom sa Univerziteta za nauku i tehnologiju u Hefeiu (Kina) uspeo da za četiri sata teleportuje više od 1100 fotona na udaljenosti od 97 kilometara, i na taj način obore rekord iz 2010. godine koji je iznosio 16 kilometara a koji je postavio drugi tim kineskih naučnika. Samo nekoliko dana nakon ovog dostignuća, međunarodni tim pod vođstvom austrijskog fizičara Antona Zeilingera je objavio kako je uspeo da teleportuje kvantni signal između dva Kanarska ostrva na udaljenosti od 143 kilometra, i ova distanca predstavlja trenutni rekord.

Sudeći po progresiji eksperimentalnih uspeha, izvesno je da se napredak uopšte neće na ovome zaustaviti. Ostaje nam mogućnost da budemo privilegovani svedočanstvom o istorijskom napretku nauke i tehnologije. A to nije mala stvar.