ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ - Βιβλιογραφική Εργασία Κβαντικής Φυσικής
Περιεχόμενα
1.ΕΙΣΑΓΩΓΗ…………………………………………………………………………2 2.ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ……………………………………………….……3 2.1.Κβάντα & Κβαντική μηχανική 2.2.Bell State
3.ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ – ΘΕΩΡΙΑ & ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ……………………...……4 3.1.Πειραμα EPR (Μη Τοπικοτητα) 3.2.Από το EPR στην Τηλεμεταφορά 3.2.1.Το 1ο πείραμα 3.2.2.Το πείραμα του Ίνσμπουρκ 3.2.3.Το πείραμα του Caltech 3.3.Τηλεμεταφορά – πρόσφατα πειράματα & εφαρμογές
4.ΤΟ ΜΕΛΛΟΝ ΤΗΣ ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ……………………………………14 4.1Κβαντική Κρυπτογραφία 4.2Quantum Computing 4.3Κβαντική Τηλεμεταφορά ενέργειας 4.4Τηλεμεταφορά ανθρώπων 4.5Τηλεμεταφορά & συμβατικές τηλεποικοινωνίες
5.ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ…………………………………………………………….19
1
ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ - Βιβλιογραφική Εργασία Κβαντικής Φυσικής
Η εργασία αυτή πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια του μαθήματος Κβαντικής Φυσικής 6ου εξαμήνου του τμήματος Ηλεκτρολόγων μηχανικών και μηχανικών υπολογιστών. Σε αυτήν αναλύουμε το θέμα της τηλεμεταφοράς. Στο παρακάτω κείμενο αναλύουμε το θέμα της τηλεμεταφοράς, αναφέροντας κάποια παραδείγματα και πειράματα καθώς επίσης και κάποιες θεωρητικές γνώσεις που σχετλιζονται με την τηλεμεταφορά, και κάνουμε μια μικρή αναδρομή στο τι έγινε για να φτάσουμε σε αυτό το επίπεδο σήμερα. Το θέμα της τηλεμεταφοράς επιλέχτηκε γιατί ήταν ένα φαινόμενο που μας συνάρπαζε αν και μας γεννούσε πολλές απορίες οπότε αφού μας δόθηκε η ευκαιρία αποφασίσαμε να ασχοληθούμε με την μελέτη του. Κατά την διεξαγωγή της εργασίας αυτής μας λύθηκαν πολλές απορίες και καταφέραμε να καταλάβουμε λίγο καλύτερα αυτό το συναρπαστικό φαινόμενο.
1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Από τη στιγμή που ο τροχός εφευρέθηκε περισσότερα από 5.000 χρόνια πριν, οι άνθρωποι έχουν εφεύρει νέους τρόπους για να ταξιδεύουν πιο γρήγορα από το ένα σημείο στο άλλο. Το άρμα, το ποδήλατο, το αυτοκίνητο, το αεροπλάνο και άλλα έχουν εφευρεθεί για να μειωθεί ο χρόνος που αφιερώνουμε για να φτάσουμε στο επιθυμητό προορισμούς μας. Ωστόσο, κάθε μία από αυτές τις μορφές μεταφοράς έχει το ίδιο ελάττωμα: Απαιτούν από εμάς να διασχίσουμε μια φυσική απόσταση, καταναλώνοντας χρόνο, από λεπτά έως πολλές ώρες, ανάλογα με τις αφετηρίες και τα τέρματα.Τι γίνεται όμως αν υπήρχε ένας τρόπος για να μας πάρει από το σπίτι μας στο σούπερ μάρκετ χωρίς να χρειάζεται να χρησιμοποιήσουμε κάποιο μέσω μεταφοράς(ούτε καν τα πόδια μας). Υπάρχουν επιστήμονες που εργάζονται αυτή τη στιγμή σε μια τέτοια μέθοδος ταξιδιού που ονομάζεται τηλεμεταφορά. Η τηλεμεταφορά στον κβαντικό κόσμο είναι ένα από τα πιο μυστηριώδη φυσικά φαινόμενα: κβαντικές πληροφορίες, όπως η περιστροφή ενός σωματιδίου ή η πόλωση ενός ηλεκτρονίου, μεταφέρονται από το ένα μέρος στο άλλο χωρίς να ταξιδεύουν μέσω κάποιου φυσικού μέσου. Τι είναι λοιπόν η τηλεμεταφορά? Με τον όρο τηλεμεταφορά εννοούμε τη διαδικασία της μεταφοράς, σχεδόν ακαριαίας, από έναν χώρο σε ένα άλλο, χωρίς τη χρήση συμβατικών μέσων. Η τηλεμεταφορά είναι το όνομα που δίνεται από τους συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας, σε μια προσπάθεια τους, ώστε ένα αντικείμενο ή ακόμη και ένας άνθρωπος, να εξαφανιστεί από μια θέση, ενώ ένα τέλειο αντίγραφο του, να εμφανίζεται κάπου αλλού. Στα διηγήματα αυτά, συνήθως η τηλεμεταφορά παραβιάζει πολλές αρχές της κβαντομηχανικής αλλά και το όριο της ταχύτητας του φωτός, που προβλέπεται από την θεωρία της σχετικότητας του Einstein, γιατί θεωρούν πως γίνεται αυτή η μεταφορά ακαριαία. Πώς όμως αυτή η μεταφορά ολοκληρώνεται, συνήθως δεν μας το εξηγούν λεπτομερώς, αλλά η γενική ιδέα φαίνεται να είναι ότι το αρχικό αντικείμενο αναλύεται ή σαρώνεται από ειδικά μηχανήματα, με τέτοιο τρόπο, ώστε να εξαχθούν όλες οι πληροφορίες από αυτό.Κατόπιν όλες αυτές οι πληροφορίες του αντικειμένου, διαβιβάζονται με πομπό, στη θέση που θα εμφανιστεί το αντικείμενο, και χρησιμοποιούνται για να ανακατασκευάσουν το αντίγραφο, όχι απαραίτητα με το πραγματικό υλικό του αρχικού, αλλά ίσως από άτομα του ιδίου είδους, που όμως τακτοποιούνται ακριβώς στην ίδια θέση με βάση το πρωτότυπο σχέδιο. Ο πρώτος που επινόησε αυτόν τον όρο ήταν ο συγγραφέας Charles Fort ο οποίος χρησιμοποίησε τον αγγλικό όρο teleportation ( πρόθεμα "tele-" από την ελληνική ρίζα "Τηλε-" = μακριά και τις τελευταίες συλλαβές του "transportation", δηλαδή μεταφορά).
2
ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ - Βιβλιογραφική Εργασία Κβαντικής Φυσικής
2. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ Πριν δούμε θεωρία και πειράματα τηλεμεταφοράς , καλό θα ήταν να αναφέρουμε και να αναλύσουμε ως ένα βαθμό κάποιες έννοιες που σχετίζονται με το θέμα ώστε να γίνει πιο εύκολα κατανοητή η διαδικασία.
2.1.
Κβάντα & Κβαντική μηχανική
Στις 7 Οκτωβρίου του 1900 ο Μαξ Πλανκ, καθηγητής θεωρητικής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου, στην προσπάθειά του να εξηγήσει την ακτινοβολία του μελανού σώματος (Black Body Radiation) με βάση τους νόμους της θερμοδυναμικής, αναγκάστηκε να χωρίσει την ενέργεια σε μικροσκοπικά, στοιχειώδη μέρη, τα κβάντα, εισάγοντας μια καινούργια σταθερά, h=6,6x10-27 ergsecond, που ονομάζεται σταθερά Πλανκ. Έτσι συνέβη η μεγαλύτερη κρίση στην ιστορία της φυσικής, αφού για πρώτη φορά, από την εποχή του Νεύτωνα, κάποιος υπονοούσε πως η ενέργεια δεν είναι συνεχής αλλά χωρίζεται σε πεπερασμένα, μετρήσιμα μέρη. Χάρη σε αυτή την ανακάλυψη ο Πλανκ κέρδισε Νόμπελ Φυσικής το 1918 και ορίστηκε η αρχή της κβαντικής θεωρίας. Ιδιοφυή μυαλά, όπως του Αϊνστάιν, επηρεασμένα από την καινούργια αποκάλυψη, οδηγήθηκαν γρήγορα σε νέες ανακαλύψεις, όπως η εξήγηση για το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και ο κβαντισμός του φωτός σε στοιχειώδη μέρη, τα φωτόνια. Κατόπιν, χρειάστηκαν τουλάχιστον δύο δεκαετίες για να εδραιωθεί η νέα θεωρία των κβάντα, ως η σημαντικότερη ανακάλυψη για τις λειτουργίες του μικρόκοσμου. Με την ατελείωτη σειρά πειραμάτων πάνω στη φύση του φωτός, που έγιναν τα επόμενα χρόνια, επιβεβαιώθηκε η νέα θεωρία αλλά ταυτόχρονα προέκυψε το εξής παράδοξο: Το φως συμπεριφερόταν άλλοτε σαν να είναι κύμα και άλλοτε σαν να αποτελείται από σωματίδια. Για την ακρίβεια επαληθεύτηκε ότι, όταν δεν ψάχνουμε για φωτόνια, η συμπεριφορά του είναι καθαρά κυματική. Όταν όμως θελήσουμε να παρατηρήσουμε φωτόνια, η συμπεριφορά του είναι ξεκάθαρα σωματιδιακή! Για την κλασική φυσική κάτι τέτοιο είναι ανήκουστο και ξεφεύγει πολύ από τα όρια του λογικού. H μεγάλη κρίση είχε ξεκινήσει και η σειρά από τα κβαντικά μυστήρια που ακολούθησαν άναψε την πρώτη σπίθα στη φαντασία για την πραγματοποίηση τηλεμεταφοράς. Η Κβαντική Μηχανική (ή Κβαντική Φυσική ή Κβαντομηχανική), είναι αξιωματικά θεμελιωμένη φυσική θεωρία, που αναπτύχθηκε με σκοπό την ερμηνεία φαινομένων που η Νευτώνεια μηχανική αδυνατούσε να περιγράψει. Η κβαντομηχανική περιγράφει τη συμπεριφορά της ύλης στο μοριακό, ατομικό και υποατομικό επίπεδο. Ο όρος κβάντο (quantum, μικρή ποσότητα - προέρχεται από τη λέξη quantus που στα Λατινικά σημαίνει πόσο) αναφέρεται σε διακριτές μονάδες που χαρακτηρίζουν συγκεκριμένες φυσικές ποσότητες, όπως η ενέργεια ενός ατόμου ύλης σε κατάσταση ηρεμίας. Η κβαντομηχανική είναι μια θεωρία της φυσικής μηχανικής. Θεωρείται πιο θεμελιώδης από την κλασσική μηχανική, καθώς εξηγεί φαινόμενα που η κλασσική μηχανική και η κλασσική ηλεκτροδυναμική αδυνατούν να αναλύσουν, όπως: 1. Την κβάντωση (διακριτοποίηση) πολλών φυσικών ποσοτήτων, όπως για παράδειγμα την κίνηση του ηλεκτρονίου μόνο σε συγκεκριμένες ενεργειακές τροχιές σε ένα άτομο. 2. Τον κυματοσωματιδιακό δυϊσμό δηλαδή την εκδήλωση, σε ορισμένες περιπτώσεις, κυματικής συμπεριφοράς από σωματίδια ύλης, κυρίως ηλεκτρόνια.
3
ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ - Βιβλιογραφική Εργασία Κβαντικής Φυσικής
3. Τον κβαντικό εναγκαλισμό που σχετίζεται με την περιγραφή της κατάστασης ενός συστήματος από επαλληλία καταστάσεων. 4. Το φαινόμενο σήραγγας, χάρη στο οποίο σωματίδια μπορούν να υπερπηδήσουν φράγματα δυναμικού και να βρεθούν σε περιοχές του χώρου απαγορευμένες από την κλασσική μηχανική. Θεωρείται επίσης θεμελιώδης επειδή σε συγκεκριμένες περιπτώσεις, για παράδειγμα όταν μελετώνται μακροσκοπικά σώματα, οι νόμοι που περιγράφουν τα κβαντικά φαινόμενα συγκλίνουν με τους νόμους της κλασσικής μηχανικής, κι έτσι η δεύτερη θεωρείται οριακή περίπτωση της πρώτης. Η περίπτωση αυτή είναι γνωστή ως αρχή της αντιστοιχίας, που αρχικά διατύπωσε ο Νιλς Μπορ. Η κβαντομηχανική σε έναν αιώνα πειραματισμού δεν έχει διαψευστεί. Κρύβεται πίσω από πολλά φυσικά φαινόμενα και ιδιαιτέρως τα χημικά φαινόμενα καθώς και τη φυσική της στερεάς κατάστασης.
2.2.
Bell State
Ορίζουμε σαν κατάσταση bell κβαντική κατάσταση κατά την οποία 2 qubits είναι τέλεια μπλεγμένα. Αυτά τα qubits συνήθως είναι χωρισμένα στο χώρο(βρίσκονται στην κατοχή της Alice και του Bob), παρόλα αυτά παρουσιάζουν μια αλληλεπίδραση η οποία δεν μπορεί να εξηγηθεί παρά μόνο από την κβαντομηχανική. Αυτή η εξίσωση μας λέει πως το qubit που κρατά η Alice μπορεί να είναι και 0 και 1. Το καθένα απτα δυο ενδεχώμενα έχει πιθανότητα ½ .Αν ο ύστερα ο Bob μετρούσε το δικό του qubit το αποτέλεσμα θα ήταν ίδιο με αυτό της Alice. Δηλαδή εκ πρώτης όψεως και αυτό το αποτέλεσμα θα είναι τυχαίο. Αν όμως η Alice και ο Bob επικοινωνούσαν θα ανακάλυπταν ότι αν και τα 2 αποτελέσματα μοιάζουν τυχαία στην πραγματικότητα συνδέονται.Ας δούμε τώρα μια ξεχωριστή ιδιότητα της κβαντομηχανικής που λέγεται «υπέρθεση». SUPERPOSITION-υπέρθεση: Αν ο κόσμος μας μπορούσε να είναι με οποιαδήποτε διάταξη, με οποιαδήποτε τοποθέτηση των σωματιδίων και επίσης αν ο κόσμος μας μπορούσε επίσης να είναι σε μια άλλη διάταξη τότε ο κόσμος μας μπορεί να είναι σε μια κατάσταση που είναι μίγμα των 2 παραπάνω διατάξεων, όπου το ποσοστό συμμετοχής της κάθε διάταξης καθορίζεται από ένα μιγαδικό αριθμό. Έτσι σύμφωνα με την υπέρθεση ένα qubit μπορεί να είναι 0 και 1 ταυτόχρονα. Ο Βell διατύπωσε πως : Ένα ορισμένο μέτρο συσχετισμού δεν μπορεί να υπερβεί την τιμή 2 σύμφωνα με το συλλογισμό της τοπικά κρυμμένης μεταβλητής θεωρίας(δηλαδή όλες οι διαδικασίες γίνονται τοπικά οπότε οι συσχετίσεις και οι πληροφορίες αναπαράγονται με την ταχύτητα του φωτός) αλλά ο κβαντικός μηχανικός προβλέπει
.
3. ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ – ΘΕΩΡΙΑ & ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ Στο άκουσμα της λέξης «τηλεμεταφορά» όλοι φανταζόμαστε υπερσύγχρονους θαλάμους τύπου Star Trek, μέσα στους οποίους με το πάτημα ενός πλήκτρου μπορούμε να εξαφανιστούμε και αμέσως μετά να εμφανιστούμε ως διά μαγείας κάπου αλλού. Στον κόσμο της επιστήμης η τηλεμεταφορά πραγματοποιείται καθημερινά στα πανεπιστημιακά
4
ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ - Βιβλιογραφική Εργασία Κβαντικής Φυσικής
εργαστήρια, με τρόπο αρκετά «μαγικό», αλλά λιγότερο εντυπωσιακό από εκείνον στο Star Trek. Οι σύγχρονοι επιστήμονες μπορούν προς το παρόν να τηλεμεταφέρουν την πληροφορία της ύλης σε μικροσκοπικό επίπεδο - για την ακρίβεια υποατομικό. Θα καταφέρουν άραγε να εφαρμόσουν κάποτε τα πειράματά τους και στο μακρόκοσμό μας; Αυτό είναι κάτι που μένει να το διαπιστώσουμε. Στον κβαντικό κόσμο, ένα ηλεκτρόνιο σε ένα άτομο δεν έχει μια ορισμένη θέση, παρά μια σειρά από πιθανές θέσεις, η καθεμία από τις οποίες περιγράφεται από μια διαφορετική κβαντική κατάσταση. Η κβαντική μηχανική είναι σε θέση να μας δώσει την πιθανότητα με την οποία το ηλεκτρόνιο μπορεί να βρεθεί σε μια από τις πιθανές καταστάσεις, με την βοήθεια ορισμένων εξισώσεων. Η κβαντομηχανική άποψη της περίπτωσης αυτής είναι ότι το ηλεκτρόνιο δεν βρίσκεται σε μια θέση αλλά σε πολλές θέσεις ταυτόχρονα - βρίσκεται δηλαδή σε μια «υπέρθεση» καταστάσεων. Και το σπουδαιότερο, δεν έχει νόημα να προσπαθούμε να περιγράφουμε τη θέση ενός ηλεκτρονίου, έως ότου πραγματοποιηθεί μια μέτρηση. Όταν θα κάνουμε μια μέτρηση, τότε η μέτρηση καταστρέφει την υπέρθεση (και την αβεβαιότητα), και αναγκάζει το σωματίδιο να καταλάβει μια συγκεκριμένη θέση ή καλύτερα να μας αποκαλύψει όχι πιθανές αλλά πραγματικές τιμές της ορμής και της θέσης που έχει. Στο παρελθόν, η ιδέα της τηλεμεταφοράς δεν ελήφθη πολύ σοβαρά υπόψη από τους επιστήμονες, επειδή θεωρήθηκε ότι παραβιάζει την αρχή της αβεβαιότητας της κβαντικής μηχανικής. Σύμφωνα με την αρχή της αβεβαιότητας, που διατυπώθηκε για πρώτη φορά το 1927 από τον Βέρνερ Χάιζενμπεργκ (Werner Heisenberg, 1901 - 1976 είναι αδύνατο να μετρήσουμε με απεριόριστη ακρίβεια, τη θέση και την ορμή ενός σωμάτιου ταυτόχρονα. Με απλά λόγια: " όσο πιο ακριβής είναι η μέτρηση της θέσης ενός σωματιδίου τόσο λιγότερο ακριβής είναι η μέτρηση της ταχύτητάς του και αντιστρόφως ". Αυτό ακούγεται σαν μια στέρεη επιχειρηματολογία εναντίον της τηλεμεταφοράς: αν κάποιος δεν μπορεί να εξαγάγει αρκετές πληροφορίες από ένα αντικείμενο για να κάνει ένα τέλειο αντίγραφο, τότε ένα τέλειο αντίγραφο δεν μπορεί να γίνει.
3.1.
Πειραμα EPR (Μη Τοπικοτητα)
Μη-τοπικότητα σημαίνει ότι ένα γεγονός που συμβαίνει σε ένα τόπο θα επηρεάσει ακαριαία ένα άλλο γεγονός που θα συμβεί σε έναν άλλο τόπο που βρίσκεται πάρα πολύ μακριά. Στο Πείραμα EPR θεωρούμε ένα σύστημα αποτελούμενο από δύο σωματίδια Α και Β. Εδώ ας θεωρήσουμε την γνωστή ιδιότητα της φοράς του ηλεκτρονίου spin. Αυτή όμως η ιδιότητα, παίρνει δύο μόνο τιμές 1/2 και -1/2 (πάνω και κάτω), αλλά μόνο όταν κάνουμε την μέτρηση της. Σύμφωνα με την "αρχή της απροσδιοριστίας", πριν τη μέτρηση δεν είμαστε σε θέση να γνωρίσουμε την τιμή του spin. Μπορεί να είναι ένα μίγμα των δυνατών τιμών (καταστάσεων), αλλά μόνο μετά την διαδικασία της μέτρησης είμαστε σε θέση να την γνωρίσουμε. Στο πείραμα EPR, έχουμε δύο σωματίδια πχ ηλεκτρόνια, που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, με αντίθετα spin που το άθροισμά τους είναι συνολικά μηδέν. Είναι δυνατόν με κατάλληλες πειραματικές διατάξεις, να γνωρίζουμε το άθροισμα των ιδιοτήτων τους, χωρίς όμως την γνώση των επιμέρους ιδιοτήτων τους (εδώ του spin). τα 2 σωματίδια έχουν αλληλεπιδράσει για ένα μικρό χρονικό διάστημα και στη συνέχεια χωρίζονται ώστε να διατηρείται το ολικό τους σπιν σταθερό. Μετά το χωρισμό τους, μετράμε μία από τις συνιστώσες του σπιν του σωματιδίου Α.
5
ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ - Βιβλιογραφική Εργασία Κβαντικής Φυσικής
Αν χωρίσουμε τα δύο ηλεκτρόνια, έστω και σε μακρυνές αποστάσεις, τότε μετρώντας την τιμή της ιδιότητας αυτής στο ένα ηλεκτρόνιο τότε αυτόματα γνωρίζουμε την τιμή της ιδιότητας και του απομακρυσμένου σωματιδίου, έστω και αν δεν την μετρήσουμε, λόγω της γνώσης του αθροίσματος τους, γιατί παραμένει σταθερή και ίση με μηδέν. Το παράδοξο κατά την κβαντική θεωρία έγκειται στο γεγονός ότι, με την μέτρηση του spin του ηλεκτρονίου, που σημαίνει όπως είπαμε και πιό πάνω, πως "επιλέξαμε" την τιμή του spin του, έγινε ταυτόχρονα και "επιλογή" της τιμής του spin του δεύτερου και απομακρυσμένου ηλεκτρονίου. Όμως, για τον Einstein μια τέτοια αλληλεπίδραση ταχύτερη από το φως έρχεται σε αντίθεση με τη Θεωρία της Σχετικότητας και αυτό ακριβώς αποτελεί το παράδοξο EPR. Για τον Bohr αντίθετα, η συσχέτιση αποτελεί μια ιδιότητα του κόσμου στον οποίο ζούμε. Τα συσχετισμένα σωματίδια αποτελούν θεμελιώδη τμήματα του ίδιου κβαντικού συστήματος ανεξάρτητα της μεταξύ τους απόστασης. Χωρίς κανένα σήμα να ανταλλάσσεται μεταξύ τους, και ανεξάρτητα από το πόσο μακριά βρίσκεται το ένα από το άλλο, συνεργάζονται κατά τη στιγμή της μέτρησης. Η γνώση της κβαντικής κατάστασης, όπως είναι για παράδειγμα η θέση του ενός σωματιδiου, μας αποκαλύπτει την κατάσταση και του άλλου.
3.2.
Από το EPR στην Τηλεμεταφορά
Το άλμα της τηλεμεταφοράς από την «επιστημονική φαντασία» στην «επιστημονική πραγματικότητα» έγινε στις 29 Μαρτίου του 1993. Στην πραγματική, κβαντική τηλεμεταφορά αυτό που τηλεμεταφέρεται δεν είναι ύλη ή ενέργεια (όπως στο Star Trek) αλλά πληροφορία. Η πληροφορία που περιέχεται σε κάποιο αντικειμένο συσσωρεύεται και στέλνεται σε κάποιο άλλο μέρος, όπου και χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός τέλειου αντίγραφου του αυθεντικού αντικειμένου από τοπική ύλη. Η μέθοδος απόσπασης της πληροφορίας όμως δεν γίνεται με τις συμβατικές μεθόδους που έχουμε συναντήσει μέχρι σήμερα. Επειδή αυτή συμβαίνει σε κβαντικό επίπεδο, διαταράσσει τη συνάρτηση κύματος (wave function) του αντικειμένου, με αποτέλεσμα αυτό να χάνει την «ταυτότητά» του. Αυτό σημαίνει ότι, αν επρόκειτο για κάποιο μεγάλο αντικείμενο, αποτελούμενο από πολλά υποατομικά μέρη, στο τέλος της διαδικασίας αυτό θα είχε καταστραφεί! Αυτή η απώλεια του αυθεντικού αντικειμένου είναι τα «άσχημα νέα» της τηλεμεταφοράς στην πράξη. Η δημιουργία ενός πανομοιότυπου αντίγραφου στον τόπο που επιθυμούμε είναι τα «καλά νέα». Αν είστε διατεθειμένοι να δεχτείτε μια τέλεια ρεπλίκα στη θέση του αυθεντικού, τότε δεν υπάρχει αντίρρηση για τη διαδικασία.
3.2.1.
Το 1ο πείραμα
Οι 6 επιστήμονες (C.Bennett της IBM, R.Jozsa, W.Wootters, G.Brassard, C.Crepeau, A.Peres) το 1993 εκμεταλλευομενοι τα αποτελέσματα του EPR βρήκαν τον τρόπο να σκανάρουν μέρος της πληροφορίας ενώς σωματιδίου Α, το οποίο επιθυμούμε να τηλεμεταφέρουμε, ενώ ταυτόχρονα εξαναγκάζουν τα υπολειπόμενα ασκανάριστα μέρη της πληροφορίας να περάσουν, με βάση του EPR, σε ένα άλλο σωματίδιο C το οποίο ποτέ δεν ήρθε σε αλληλεπίδραση με το Α. Αργότερα, εφαρμόζοντας στο C μια «θεραπεία» ,ανάλογα με τις σκαναρισμένες και ασκανάριστες πληροφορίες, είναι δυνατόν να φέρουμε το C στην ακριβώς ίδια κατάσταση που ήταν το Α πριν γίνει το σκανάρισμα. Το Α όμως δεν είναι πια
6
ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ - Βιβλιογραφική Εργασία Κβαντικής Φυσικής
σε αυτή την κατάσταση αφού έχει διαταραχθεί απτο σκανάρισμα. Έτσι έχουμε πετύχει την τηλεμεταφορα και όχι την αντιγραφή. όπως βλέπουμε στο σχήμα δίπλα, η ασκανάριστη πληροφορία μεταφέρεται απτο Α στο C από ένα σωματίδιο Β που μεσολαβεί, το οποίο αλληλεπιδρά πρώτα με το C και μετά με το Α. ΠΑΡΑΞΕΝΟ : Μα για να μεταφέρω κάτι απτο Α στο C δεν πρέπει πρώτα να περάσω απτο Α και μετά απτο C? Υπάρχει ένα ανεπαίσθητο ασκανάριστο είδος πληροφορίας που παρόλα τα όσα γνωρίζουμε και μας φαίνονται λογικά όντως μπορεί να παραδοθεί με ένα τέτοιο ανάποδο τρόπο. Αυτό το είδος πληροφορίας είναι γνωστό σαν EPR συσχέτιση-(EPR) correlation ή μπέρδεμα(πεπλεγένη μορφή)- entanglement και ήταν ήδη γνωστό απτο 1930 και μετά όπου συζητήθηκε σε μια δημοσίευση των Albert Einstein, Boris Podolsky, και Nathan Rosen.Το 1960 ο John Bel απέδειξε πως ένα ζεύγος μπερδεμένων σωματιδίων που αρχικά ήταν σε επαφή αλλά αργότερα μετακινήθηκαν πολύ μακριά το ένα απτο άλλο για να αλληλεπιδράσουν απευθείας, μπορούν να παρουσιάσουν ξεχωριστή τυχαία συμπεριφορά πολύ δυνατά συσχετιζμένη για να εξηγηθεί με κλασικές μεθόδους. Πειράματα σε φωτόνια και άλλα σωματίδια έχουν επανειλημένα επαληθεύσει αυτές τις συσχετιζμένες συμπεριφορές, δίνωντας μας αποδείξεις για την ορθότητα της κβαντομηχανικής θεωρίας που τις εξηγεί. Επίσης ένα ακόμα γνωστό γεγονός για την EPR-αλληλεπίδραση είναι πως στην κβαντική τηλεμεταφορά παραδίδεται ακριβώς εκείνο το κομμάτι της πληροφορίας ενός αντικειμένου που είναι πολύ ευαίσθητο για να σκαναριστεί και να μεταφερθεί με τις συμβατικές μεθόδους. Έτσι λοιπόν βλέπουμε την διαφορά μεταξύ κβαντικής τηλεμεταφοράς και της συμβατικής πανομοιότυπης εκπομπής. Σε αυτήν όπως βλέπουμε δίπλα το πρωτότυπο σκανάρεται αλλά παραμένει άθικτο μετά το σκανάρισμα.η σκαναρισμένη πληροφορία στέλνεται στο σταθμό υποδοχής όπου αποτυπώνετε σε κάποιο υλικό(πχ χαρτί) για την παραγωγή ενός αντιγράφου του προτότυπου. Αντίθετα στην κβαντική τηλεμεταφορά δύο αντικείμενα τα Β,C έρχονται σε επαφή και μετά χωρίζονται. Το αντικείμενο Β πηγαίνει στο σταθμό αποστολής ενώ το αντικείμενο C στο σταθμό υποδοχής. Στο σταθμό αποστολής το αντικείμενο Β σκανάρεται μαζί με το πρωτότυπο Α, το οποίο επιθυμούμε να τηλεμεταφέρουμε, και εκεί διαταράσεται η κατάσταση μεταξύ Α και Β. Η σκαναρισμένη πληροφορία
7
ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ - Βιβλιογραφική Εργασία Κβαντικής Φυσικής
πάει στο σταθμό υποδοχής όπου και χρησιμοποιείται για την επιλογή της καταλληλης «θεραπείας» που θα χρησημοποιηθεί στο C, τοποθετώντας το C σε μια ακριβή αντιγραφή της κατάστασης του Α. Η τηλεμεταφορά κατάφερνει να προσδιορίσει και να εξάγει πληροφορία για την κατάσταση ενός κβαντικού συστήματος πριν το διαταράξει, επιτρέποντας κατ’αυτόν τον τρόπο την επαναδημιουργία ενός ακριβούς αντίτυπου αυτής της κατάστασης σ’ένα άλλο απομακρυσμένο γεωγραφικό σημείο. Το ζουμί της όλης υπόθεσης είναι μια θαυμαστή ιδιότητα της κβαντικής μηχανικής που λέει ότι μπορούν δύο συστήματα - με την ευροία έννοια πάντα, μπορεί να είναι απλά δύο φωτόνια - να είναι συζευγμένα (entangled) πράγμα που ουσιαστικά σημαίνει ότι αυτό που "παθαίνει" το ένα αυτομάτως και ανεξαρτήτου απόστασης το "παθαίνει" και το άλλο (μη-τοπική αλληλεπίδραση) Στην ουσία μεταβιβάζονται δυο ειδών πληροφορίες : 1) Η κλασική πληροφορία του αποτελέσματος της μέτρησης, η οποία μεταφέρεται με συμβατικούς τρόπους π.χ καλώδια. 2) Η κβαντική η οποία "μεταβιβάζεται" μέσω του entanglement. Μια απορία που δημιουργείται είναι αν η τηλεμεταφορά ξεπερνάει την ταχύτητα του φωτός.Η απάντηση είναι όχι, γιατί δεν μεταβιβάζεται πληροφορία. Το μέγιστο της ταχύτητας του φωτός καθορίζει ακριβώς ένα ανώτερο όριο στην ταχύτητα μεταφοράς και διαβίβασης της πληροφορίας. Οι μη-τοπικές αλληλεπιδράσεις των συζευγμένων συστημάτων φαίνεται να είναι μια εγγενής ιδιότητα του μικρόκοσμου, όπως τον περιγράφει η Κβαντική Μηχανική. Παρόλα αυτά, πλήρης εξήγηση του γιατί και πώς μπορεί να συμβαίνει αυτό δεν έχει δοθεί ακόμα. Έτσι λοιπόν ένα βασικό σύστημα τηλεμεταφοράς αποτελείται από δύο ανθρώπους. Ας τους ονομάσουμε Άλις και Μπομπ. Η Άλις θέλει να στείλει στον Μπομπ, ο οποίος βρίσκεται μακριά, ένα φωτόνιο (Χ) μέσω τηλεμεταφοράς. Για την ακρίβεια θέλει να του στείλει μονο μία ιδιότητα του φωτονίου, που λέγεται πολικότητα και είναι η φορά με την οποία αυτό ταλαντώνεται. Η Άλις δεν πρέπει να παρατηρήσει το Χ και να στείλει στον Μπομπ το αποτέλεσμα, δεδομένου ότι η μέτρηση θα το αλλάξει (σύμφωνα με την αρχή της αβεβαιότητας του Χάιζενμπεργκ) και έτσι το αποτέλεσμα δεν θα αντιπροσωπεύει πλέον την πραγματικότητα του αυθεντικού φωτονίου. Το κλειδί για την τηλεμεταφορά του X είναι το φαινόμενο της συσχέτισης (entanglement). Αυτό που χρειάζεται είναι δύο ακόμη φωτόνια Α και Β που έχουν δημιουργηθεί με τέτοιον τρόπο, ώστε να είναι ένα συσχετισμένο ζεύγος (δηλαδή ό,τι συμβαίνει στο Α ταυτόχρονα συμβαίνει και στο Β). Το Α το κρατά η Άλις και το Β στέλνεται κατευθείαν στον Μπομπ. H Άλις παίρνει το Α και το συνδυάζει με το Χ. Για την ακρίβεια μετρά το Α και το Χ μαζί, με μια ειδική μέθοδο που ονομάζεται μέτρηση Bell-state, ενεργοποιώντας τη συσχέτιση μεταξύ τους. Αυτή η μέτρηση κάνει δύο πράγματα: Αναγκάζει το Χ να χάσει την αυθεντική κβαντική του ταυτότητα και ταυτόχρονα προκαλεί μια στιγμιαία αλλαγή στο Β που έχει ο Μπομπ. Τώρα το Β μπορεί να έχει ίδια πολικότητα με το X ή κάποια πολικότητα «σχετική» με του Χ, κάτι που καθορίζει η μέτρηση Bell-state. O Μπομπ δεν γνωρίζει τι από τα δύο συμβαίνει και για να μάθει πρέπει να δεχτεί ένα μήνυμα από την Άλις χρησιμοποιώντας προφανώς κάποιον κλασικό τρόπο επικοινωνίας (τηλεφώνημα, e-mail κ.λπ. – μην πάει μακριά το μυαλό σας) που θα του δώσει το αποτέλεσμα της μέτρησης Bell-state. Με αυτή τη μέτρηση ο Μπομπ θα μετατρέψει (αν δεν είναι ήδη έτοιμο) το B σε ακριβές αντίγραφο του X. H μετατροπή που πρέπει να εφαρμόσει εξαρτάται από το αποτέλεσμα της μέτρησης της Άλις. Υπάρχουν τέσσερις πιθανότητες που αντιπροσωπεύουν τις τέσσερις κβαντικές σχέσεις μεταξύ A και Χ. Το ποια από αυτές μετρά η Άλις είναι κάτι τυχαίο και δεν έχει να κάνει με την αρχική κατάσταση του Χ. Έτσι, ο Μπομπ
8
ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ - Βιβλιογραφική Εργασία Κβαντικής Φυσικής
δεν γνωρίζει πώς να επεξεργαστεί το φωτόνιο μέχρι να επικοινωνήσει με την Άλις που θα τον πληροφορήσει τι βρήκε. Ίσως πρέπει, για παράδειγμα, να περιστρέψει το φωτόνιο κατά 180ο ή απλώς να μην κάνει τίποτε απολύτως. Το ιδεατό μοντέλο της κβαντικής τηλεμεταφοράς βασίζεται σε έναν αποστολέα, την Άλις, και έναν αποδέκτη, τον Μπομπ, που μοιράζονται ένα ζεύγος συσχετισμένων σωματιδίων Α και Β (πράσινο). Η Άλις έχει ένα σωματίδιο Χ με άγνωστες κβαντικές ιδιότητες (μπλε) και κάνει μια μέτρηση Bell-state στα σωματίδια Α και Χ, παίρνοντας ένα από τα τέσσερα δυνατά αποτελέσματα. Στη συνέχεια, πληροφορεί τον Μπομπ για το αποτέλεσμα, χρησιμοποιώντας κάποιο συμβατικό τρόπο επικοινωνίας. Με βάση τα αποτελέσματα της Άλις, ο Μπομπ αφήνει το σωματίδιο Β απείραχτο (1) ή το περιστρέφει (2, 3, 4). Στο τέλος κρατά στα χέρια του ένα τέλειο αντίγραφο του Χ.
3.2.2.
Το πείραμα του Ίνσμπουρκ
Μια άλλη πειραματική επιβεβαίωση της κβαντικής τηλεμεταφοράς πραγματοποιήθηκε στο Πανεπιστήμιο του Ίνσμπρουκ τον Δεκέμβριο του 1997. Αυτό το πρόγραμμα διευθύνθηκε από τον Δρ. Anton Zeilinger του Ιδρύματος για τη πειραματική φυσική στο Πανεπιστήμιο του Ίνσμπρουκ. Οι εργασίες του βρίσκονται στους τομείς της κβαντικής οπτικής και της κβαντικής επικοινωνίας. Οι άλλοι πειραματιστές από το ίδρυμα για τη πειραματική φυσική είναι: ο Dik Bouwmeester, Klaus Mattle, Manfred Eibl και Harald Weinfurter. Στην κβαντική διαδικασία τηλεμεταφοράς, οι φυσικοί παίρνουν ένα φωτόνιο (ή οποιοδήποτε άλλο σωματίδιο κβαντικής κλίμακας, όπως ένα ηλεκτρόνιο ή ένα άτομο) και μεταφέρουν τις ιδιότητές του (όπως η πόλωσή του, δηλαδή η κατεύθυνση στην οποία δονείται, πάλλεται το ηλεκτρικό πεδίο του) σε ένα άλλο φωτόνιο -- ακόμα κι αν τα δύο φωτόνια είναι σε μακρινές θέσεις. Το πείραμα δεν τηλεμεταφέρει το ίδιο το φωτόνιο, μόνο μεταδίδει τις ιδιότητές του σε ένα άλλο, μακρινό φωτόνιο. Ο αποστολέας—που οι φυσικοί επιμένουν πάντα να ονομάζουν Alice—που παίρνει το όνομα της από το είδος που μεταφέρεται -light- και τα αρχικά της λέξης entangled-πεπλεγένη και τη λέξη encoderκωδικοποιητής. O παραλήπτης—που ονομάζεται πάντα Bob—είναι αυτός που λαμβάνει το τηλεμεταφερόμενο μήνυμα. Το πείραμα του Ίνσμπρουκ ξεκινά με ένα βραχύ παλμό υπεριώδους λέιζερ. Περνώντας μέσα από τον κρύσταλλο, αυτός ο παλμός παράγει ένα ζεύγος από συσχετισμένα φωτόνια Α και Β, που ταξιδεύουν στην Άλις και τον Μπομπ αντίστοιχα. Αντικατοπτρίζοντας τον παλμό πίσω μέσα από τον κρύσταλλο, ο παλμός δημιουργεί δύο ακόμη φωτόνια C και D. Ένας πολωτής προετοιμάζει το φωτόνιο D σε κάποια συγκεκριμένη κβαντική κατάσταση X. Το φωτόνιο C ανιχνεύεται, επιβεβαιώνοντας ότι το Χ έχει σταλεί στην Άλις. Η Άλις συσχετίζει το Α με το Χ χρησιμοποιώντας ένα διαχωριστή ακτίνας (beam splitter). Αν ανιχνεύσει ένα φωτόνιο σε κάθε ανιχνευτή (γεγονός που συμβαίνει με ποσοστό 25%), ενημερώνει τον Μπομπ που με τη σειρά του χρησιμοποιεί ένα beam splitter για να επαληθεύσει ότι το φωτόνιό του έχει αποκτήσει την πολικότητα του X, γεγονός που δηλώνει επιτυχή τηλεμεταφορά.
9
ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ - Βιβλιογραφική Εργασία Κβαντικής Φυσικής
3.2.3.
Το πείραμα του Caltech
Το πείραμα Caltech πραγματοποιήθηκε το φθινόπωρο (Οκτώβριος) του 1998. Πήρε το πείραμα του Ίνσμπρουκ και επέτυχε ακόμη ακριβέστερα αποτελέσματα με την προσθήκη ενός τρίτου ανιχνευτή στις συσκευές πειράματος, Victor. Το Victor έχει διπλό ρόλο στο πείραμα, τη δημιουργία και την αποστολή του σωματιδίου για να είναι στην Alice και λήψη και επαλήθευση του σωματιδίου από το βαρίδι. Αυτός ο τρίτος ανιχνευτής επιτρέπει περισσότερη ακρίβεια στην αναπαραγωγή του σωματιδίου εισαγωγής και δίνει ακόμα ισχυρότερη υποστήριξη για την ισχύ της κβαντικής τηλεμεταφοράς.
10
ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ - Βιβλιογραφική Εργασία Κβαντικής Φυσικής
1. Δίχως να παρατηρεί το σήμα εισόδου, η Alice -- ο αποστολέας -- συνδυάζει την αρχική δέσμη του φωτός με μια ειδική δέσμη ¨πεπλεγμένου - κωδικοποιημένου φωτός". Το αποτέλεσμα είναι κάτι που φαίνεται σαν τέλεια ασυναρτησία. 2. Η Alice στέλνει την ασυνάρτητη πληροφορία στον παραλήπτη, τον Bob. Η πληροφορία μοιάζει επίσης σαν τέλεια ασυναρτησία και σε αυτόν. 3. Πάντως ο Bob έχει το δικό του αντίγραφο του ειδικού πεπλεγμένου φωτός. Συνδυάζοντας αυτό, με την ασυνάρτητη πληροφορία που πήρε από την Alice κατορθώνει να αναπαραγάγει την αυθεντική ακτίνα του φωτός. Ο αποστολέας—που οι φυσικοί επιμένουν πάντα να ονομάζουν Alice—που παίρνει το όνομα του από το είδος που μεταφέρεται -lightκαι τα αρχικά της λέξης entangled-πεπλεγένη και τη λέξη encoder-κωδικοποιητής, που παράγει αυτό που μοιάζει με ασυναρτησίες. Η Alice στέλνει έπειτα τις ασυναρτησίες της στον παραλήπτη—που ονομάζεται πάντα Bob—και που συνδυάζει τις ασυναρτησίες με τον “πεπλεγμένο” αποκωδικοποιητή του. Κι έτσι δημιουργεί την ίδια κβαντική κατάσταση. Στη συσκευή του CalTech (California Institute of Technology), το σήμα ταξιδεύει προς ένα ναυπηγείο, κατά μήκος μερικών ομοαξονικών καλωδίων. Αυτό που οι φυσικοί στο Caltech, στο Πανεπιστήμιο του Aarhus στη Δανία και στο Πανεπιστήμιο της Ουαλίας έχουν ολοκληρώσει, είναι να ληφθεί μια ακτίνα του φωτός, και να δημιουργήσουν ένα αντίγραφο του, σε κάποια απόσταση μακριά. "Είναι η πρώτη τηλεμεταφορά", εξήγησε ο καθηγητής της φυσικής στο Caltech Jeff Kimble, έναςαπό τους ερευνητές. "Πιθανόν να μην οδηγεί στην τεχνολογία του Star Trek, αλλά θα μπορούσε να βοηθήσει στην περίτεχνη κρυπτογραφία και πιθανώς στα "κβαντικά computers.” Επίσης τον Δεκέμβριο του 1997, δύο ερευνητικές ομάδες, μια στην Αυστρία και μια στη Ρώμη, εξέθεσαν τα επιτυχή πειράματα τηλεμεταφοράς. Στα προηγούμενα πειράματα, εντούτοις, περιορίστηκαν οι πληροφορίες στο εάν ένα φωτόνιο πολώθηκε στην πάνω ή στην κάτω κατάσταση. Η ομάδα του Kimble επέκτεινε τη θεωρία και την τεχνική για να εφαρμόζεται και σε πιό πλατιά πεδία.
3.3.
Τηλεμεταφορά – πρόσφατα πειράματα & εφαρμογές
1) Μέχρι σήμερα, το ρεκόρ απόστασης για την κβαντική τηλεμεταφορά ατόμων ήταν μόλις μερικά μικρόμετρα (εκατομμυριοστά του μέτρου). Μεγαλύτερες αποστάσεις έχουν επιτευχθεί πάντως στην τηλεμεταφορά φωτονίων.Οι επιστήμονες, όπως δήλωσε ο Μονρόε, θεωρούν ότι τα φωτόνια είναι ιδανικά για την ταχεία μεταφορά πληροφοριών σε πολύ μεγάλες αποστάσεις, ενώ τα άτομα είναι ιδανικά για την αξιοποίησή τους σε κβαντικές μνήμες μεγάλης χρονικής διάρκειας. 2)Το 2002, ερευνητές στο Εθνικό Πανεπιστήμιο της Αυστραλίας τηλεμετέφεραν επιτυχώς μια δέσμη λέιζερ . 3)Επιστήμονες στην Αμερική κατάφεραν να τηλεμεταφέρουν φωτόνια σε απόσταση 200 χλμ, σε πείραμα που έγινε στις Κανάριες νήσους.. Συγκριτικά ο άνθρωπος αποτελείται από τρισεκατομμύρια μόρια δομημένα μεταξύ τους με ιδιαίτερα περίπλοκο τρόπο.Οι επιστήμονες κατάφεραν προς το παρόν να τηλεμεταφέρουν ένα μοναδικό μόριο!!! 4)Αμερικανική ερευνητική ομάδα πέτυχε να τηλεμεταφέρει ένα μεμονωμένο άτομο στην απόσταση ρεκόρ του ενός μέτρου, φέρνοντας έτσι ένα βήμα πιο κοντά την εποχή των κβαντικών υπολογιστών και τηλεπικοινωνιών.Από τεχνική άποψη, η μέθοδος «κβαντικής τηλεμεταφοράς αφορά τη μεταβίβαση κβαντικών πληροφοριών από ένα άτομο σε ένα άλλο, και όχι τη μετακίνηση ατόμων. «Αυτό που μετακινείται είναι πληροφορία, όχι τα ίδια τα άτομα» διευκρινίζει στο Nature.com ο Κρις Μονρό του Πανεπιστημίου του Μέριλαντ,
11
ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ - Βιβλιογραφική Εργασία Κβαντικής Φυσικής
επικεφαλής της μελέτης.Όμως παρόλο που δεν υπήρξε πραγματικά μεταφορά ύλης, η μεταβίβαση της κβαντικής πληροφορίας πρακτικά ισοδυναμεί με τη μετακίνηση ενός ατόμου στη θέση ενός δεύτερου. Αυτό συμβαίνει επειδή το άτομο «δότης» και το άτομο «δέκτης» της πληροφορίας ανήκαν στο ίδιο στοιχείο και διέφεραν μόνο ως προς την κβαντική τους κατάσταση. Στο τέλος του πειράματος, κανείς δεν μπορεί να ξεχωρίσει αν τα άτομα αντάλλαξαν ιδιότητες, ή αν μετακινήθηκαν το ένα στη θέση του άλλου. Προς το παρόν, η νέα τεχνική τηλεμεταφοράς λειτουργεί μόνο στο 10% των περιπτώσεων, ωστόσο οι ερευνητές ελπίζουν ότι υπάρχει περιθώριο βελτίωσης ώστε η μέθοδός τους να χρησιμοποιηθεί στο μέλλον στις τηλεπικοινωνίες.Το νέο πείραμα τηλεμεταφοράς ξεκίνησε με δύο ιόντα του σπάνιου στοιχείου υπέρβιου τα οποία βρίσκονταν σε διαφορετικές κβαντικές καταστάσεις. Καθένα από τα δύο άτομα διεγέρθηκε έτσι ώστε να εκπέμψει ένα φωτόνιο με το οποίο ήταν κβαντομηχανικά συνδεδεμένο, ή «πεπλεγμένο».Τα δύο φωτόνια συνελήφθησαν με ένα καλώδιο οπτικών ινών έτσι ώστε να δημιουργηθεί κβαντομηχανική σύνδεση ανάμεσα στα δύο ιόντα και να μεταβιβαστεί τελικά η κβαντική κατάσταση από το ιόν «δότη» στο ιόν «δέκτη». 5)Για πρώτη φορά, Αμερικανοί επιστήμονες πέτυχαν να κάνουν τηλεμεταφορά πληροφοριών ανάμεσα σε δύο άτομα που απείχαν ένα μέτρο μεταξύ τους. Πρόκειται για ένα σημαντικό βήμα στην παγκόσμια αναζήτηση πρακτικών μεθόδων για την κβαντική επεξεργασία των πληροφοριών, η οποία, μεταξύ άλλων, αναμένεται ότι θα οδηγήσει σε μια νέα πολύ ταχύτερη γενιά «κβαντικών υπολογιστών», αλλά και σε ένα τύπο «κβαντικού Ίντερνετ». Η τηλεμεταφορά στον κβαντικό κόσμο είναι ένα από τα πιο μυστηριώδη φυσικά φαινόμενα: κβαντικές πληροφορίες, όπως η περιστροφή ενός σωματιδίου ή η πόλωση ενός ηλεκτρονίου, μεταφέρονται από το ένα μέρος στο άλλο χωρίς να ταξιδεύουν μέσω κάποιου φυσικού μέσου. Μέχρι τώρα τηλεμεταφορά, από τους επιστήμονες, είχε επιτευχθεί μεταξύ φωτονίων σε πολύ μεγάλες αποστάσεις, μεταξύ φωτονίου και ομάδας ατόμων, καθώς και μεταξύ μεμονωμένων γειτονικών ατόμων, αλλά μόνο με τη μεσολάβηση της δράσης ενός τρίτου ατόμου. Κανείς όμως από όλους αυτούς τους τρόπους δεν θεωρείται ότι παρέχει ένα εφικτό μέσο για την αποθήκευση και διαχείριση μεγάλου όγκου κβαντικών πληροφοριών σε μεγάλες αποστάσεις. 6)Το πιο πρόσφατο επιτυχημένο πείραμα τηλεμεταφοράς πραγματοποιήθηκε στις 4 Οκτωβρίου, 2006 στο Ινστιτούτο Niels Bohr στην Κοπεγχάγη της Δανίας Δρ Eugene Polzik και η ομάδα του τηλεμετέφεραν πληροφορίες αποθηκεύονται σε μια δέσμη λέιζερ μέσα σε ένα σύννεφο ατόμων. Σύμφωνα με την Polzik, «Είναι ένα βήμα παραπέρα, διότι για πρώτη φορά πρόκειται τηλεμεταφορά μεταξύ του φωτός και της ύλης, δύο διαφορετικά αντικείμενα. Το ένα είναι ο μεταφορέας της πληροφόρησης και το άλλο είναι το μέσο αποθήκευσης» [ ΚΤΚ ]. Οι πληροφορίες ήταν teleported περίπου 1,6 μέτρα (μισό μέτρο). 7) QUEST - Quantum Entanglement in Space Experiments Το ευρωπαικό διαστημικό πρόγραμμα ESA έχει υποστηρίξει από το 2002 διάφορες μελέτες στον τομέα των κβαντικών επικοινωνιών για τα διαστημικά συστήματα. Ως αποτέλεσμα αυτών των μελετών, μια ευρωπαϊκή ερευνητική κοινοπραξία υπέβαλε την αποστολή Space(«κβαντική εμπλοκή-quantum entanglement- για τα διαστημικά πειράματα») στην ευρωπαϊκή ζωή και τις φυσικές επιστήμες στο διαστημικό πρόγραμμα του ESA, στοχεύοντας σε ένα κβαντικό διαστημικό--επίγειο πείραμα επικοινωνιών από το Διεθνή Διαστημικό Σταθμό ISS (που εκτιμάται όπως «σημαντικό» μέσα σε elips-2 AO-2004-054 του ESA). Για να φέρει την κβαντική εμπλοκή για πρώτη φορά στο διαστημικό περιβάλλον θα ανοίξει μια νέα σειρά των θεμελιωδών πειραμάτων φυσικής.
12
ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ - Βιβλιογραφική Εργασία Κβαντικής Φυσικής
8) Διανέμοντας μπλεγμένα και απλά φωτόνια ενός καναλιού μέσα από πόλη στο διάστημα. Επιστήμονες έχουν διανείμει τα μπλεγμένα φωτόνια άμεσα μέσω της ατμόσφαιρας σε έναν σταθμό με δέκτες 7.8 χλμ μακριά πέρα από την πόλη της Βιέννης τη νύχτα. Η ανίχνευση ενός φωτονίου από τα μπλεγμένα ζευγάρια που έχουμε αποτελεί μια προκαλούμενη ενιαία πηγή φωτονίων από τον αποστολέα. Χωρίς άμεση χρονικά σταθερή σύνδεση, οι δύο σταθμοί βρήκαν των αριθμό των συμπτώσεων στα ανιχνευμένα γεγονότα με τον υπολογισμό της συσχέτισης των τοπικά-καταγραμμένων χρονικών κοινών ιχνών σε ένα δημόσιο διαδικτυακό κανάλι. Για αυτό το πείραμα, το κβαντικό κανάλι διατηρήθηκε για συνολικά 40 λεπτά.Μέσα σε αυτό το χρόνο βρέθηκε περίπου 60000 συμπίπτοντα γεγονότα ανίχνευσης. Οι συσχετισμοί πόλωσης σε εκείνα τα γεγονότα παρήγαγαν μια παράμετρο κουδουνιών(Bell parameter), S=2.27±0.019, το οποίο παραβιάζει την ανισότητα cHSH-bell από 14 σταθερές αποκλίσεις. Αυτό το αποτέλεσμα είναι ελπιδοφόρο για την εμπλοκήβασισμένη se ελεύθερο χώρο κβαντικής επικοινωνίας στις πυκνοκατοικημένες αστικές περιοχές . Είναι επίσης ενθαρρυντικό για την οπτική κβαντική επικοινωνία μεταξύ των επίγειων σταθμών και των δορυφόρων δεδομένου ότι το μήκος της ελεύθερου χώρου σύνδεσής υπερβαίνει το ατμοσφαιρικό ισοζύγιο. 9) Κβαντική τηλεμεταφορά διαμήκους του ποταμού Δούναβη. Η κβαντική τηλεμεταφορά των μεμονωμένων qubits έχει περιοριστεί ως εδώ σε εργαστηριακές αποστάσεις. Σκοπός τώρα η επεκταση αυτών των τεχνικών σεμεγαλύτερες αποστάσεις με την εκμετάλλευση της δυνατότητας της οπτική ίνας υάλου σε ένα κανάλι κάτω από τον ποταμό Δούναβης στη Βιέννη. Εκεί υπάρχουν οι σταθμοί της Alice και του Bob και επάνω από τον ποταμό θα υπάρξει μια άμεση σύνδεση για το κλασσικό κανάλι. Ένα πολύ ενδιαφέρον χαρακτηριστικό γνώρισμα αυτού του πειράματος είναι πως θα εκμεταλλευτεί το γεγονός ότι η ταχύτητα του φωτός στις ίνες γυαλιού είναι μόνο 2/3 της ταχύτητας σε ελεύθερου χώρου. Επομένως, χρησιμοποιώντας πολύ γρήγορα ηλεκτρονικά συστήματα, αναμένεται ότι το κλασσικό σήμα που διαδίδει σε ελεύθερο χώρο μπορεί πραγματικά να διαβιβαστεί από το σταθμό της Alice σε έναν χρόνο αφότου έχει προωθηθεί το φωτόνιο αλλά ακόμα φθάνει στο σταθμό του Bob αρκετά νωρίς ώστε να θέσει τον ενωτικό μετασχηματισμό στην πλευρά του Bob εγκαίρως έτσι ώστε το φωτόνιο άφιξης να υπόκειται στον κατάλληλο ενωτικό μετασχηματισμό, προκειμένου να γίνει ένα ακριβές αντίγραφο του αρχικού.
13
ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ - Βιβλιογραφική Εργασία Κβαντικής Φυσικής
4. ΤΟ ΜΕΛΛΟΝ ΤΗΣ ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑΣ Η κβαντική επικοινωνία επικεντρώνεται στη δυνατότητα να σταλούν στοιχεία γρήγορα και σε μεγάλες αποστάσεις. Αυτή η μετάδοση των στοιχείων εμφανίζεται να συμβαίνει τόσο γρήγορα, όσο γρήγορα και τα σωματίδια μπορούν να κινηθούν, δηλαδή με την ταχύτητα του φωτός αν πρόκειται για φωτόνια και χωρίς να έχουμε καμία απώλεια στοιχείων, δεδομένου ότι η κβαντική κατάσταση του διαβιβασθέντος σωματιδίου δεν είναι μετρημένη έως ότου αυτό που εστάλη αλληλεπιδράσει με το πεπλεγμένο.
4.1.
Κβαντική Κρυπτογραφία
Το κβαντικό σύστημα κρυπτογραφίας είναι μια επέκταση της κβαντικής επικοινωνίας δεδομένου ότι στέλνει τα σωματίδια χρησιμοποιώντας την κβαντική τηλεμεταφορά. Τα σωματίδια κωδικοποιούνται σε κβαντικές καταστάσεις και στέλνονται στο δέκτη όπως στην κβαντική επικοινωνία. Οι καταστάσεις αντιπροσωπεύουν τις κωδικοποιημένες πληροφορίες που μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία και να γίνουν κατανοητές μόνο από αυτόν που τις λαμβάνει στο τέλος. Εάν ένας άλλος παρατηρητής προσπαθήσει να εξετάσει τις πληροφορίες που στέλνονται, πρέπει να ξέρει το σχέδιο κωδικοποίησης, επειδή η μετάδοση καταστρέφεται μόλις παρατηρηθεί. Πρόσφατα πειράματα δείχνουν ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί η αλληλεξάρτηση, η πεπλεγμένη κατάσταση των σωματιδίων, για την αποτελεσματική κρυπτογράφηση τραπεζικών κωδικών ή διπλωματικών επικοινωνιών. Η κβαντική κρυπτογραφία θα δώσει τη δυνατότητα σε δύο σταθμούς να επικοινωνούν χρησιμοποιώντας τις ιδιότητες των αλληλεπιδρώντων σωματιδίων. "Το σημαντικό προσόν της κβαντικής κρυπτογραφίας είναι ότι δεν χρειάζεται κανείς να ανησυχεί για το σπάσιμο των κωδίκων. Οι μόνοι περιορισμοί δημιουργούνται από τους νόμους της κβαντομηχανική", λέει ο Αμερικανός καθηγητής Πολ Κουάιατ. Για την ανάπτυξη του νέου αυτού συστήματος χρησιμοποιήθηκαν πεπλεγμένα σωματίδια φωτός (φωτόνια) για τη δημιουργία κρυπτογραφικών κωδικών. Η ομάδα του καθηγητή Τόμας Γενεβίν, στη Βιέννη, κατασκεύασε σύστημα που παράγει μεγάλο αριθμό κβαντικών κωδικών σε ελάχιστο χρόνο, τους οποίους χρησιμοποιεί στη συνέχεια για να κρυπτογραφήσει τη δυαδική ακολουθία μηδενικών και μονάδων που απαρτίζουν μία ψηφιακή φωτογραφία. Η κρυπτογραφημένη φωτογραφία στάλθηκε μέσω κοινού δικτύου υπολογιστή σε άλλον υπολογιστή ο οποίος την αποκρυπτογράφησε. Η ομάδα του καθηγητή Κουάιατ κατάφερε μάλιστα να εντοπίσει συσκευή που είχε παρεμβληθεί στο σύστημα ώστε να προσομοιώνει μηχανισμό παρακολούθησης.
4.2.
Quantum Computing
Ο κβαντικός υπολογιστής (Quantum computing), στηρίζεται στην κβαντική τηλεμεταφορά για δημιουργία των κβαντικών πυλών λογικής που επεξεργάζονται τις πληροφορίες μέσα έναν κβαντικό υπολογιστή. Ο κβαντικός υπολογισμός εισάγει επίσης την έννοια των qubits, το κβαντικό ανάλογο του κλασσικού bit. Η διαφορά βρίσκεται στο γεγονός ότι ένα qubit μπορεί να είναι είτε 0 είτε 1 ταυτόχρονα!. Αυτό επιτρέπει ογκώδεις παράλληλους υπολογισμούς να εκτελεσθούν σε μερικά δευτερόλεπτα, διαδικασία που παίρνει εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια μέρες στα σημερινά computers. Τα
14
ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ - Βιβλιογραφική Εργασία Κβαντικής Φυσικής
περισσότερα μοντέρνα chips έχουν transistors στο μέγεθος των 180 nanometers, περισσότερο από 400 φορές στενότερα από ότι η ανθρώπινη τρίχα. Αλλά οι κατασκευαστές των chip δεν θα μπορούν να φτιάξουν chips μικρότερα των 124 nanometers, σύμφωνα με μια βασική αρχή της οπτικής που είναι γνωστή σαν κριτήριο του Rayleigh. Έτσι τα όρια των σημερινών τεχνικών βρίσκονται σε αυτή την περιοχή μεγέθους. Θεωρητικά, αν χρησιμοποιηθούν τα πεπλεγμένα φωτόνια αντί για τα συμβατικά φωτόνια των laser, θα μπορούν να ξεπεράσουν οι τεχνικοί τα όρια των 124 nm, και να φτιαχθούν έτσι transistors μικρότερα από 64 nanometers. Τα πεπλεγμένα αυτά φωτόνια θα μπορούν να ταξιδεύουν μαζί και να συμπεριφέρονται σαν ένα μοναδικό φωτόνιο, αντί για δύο ξεχωριστά. Αυτό οφείλεται στο ότι τα πεπλεγμένα φωτόνια έχουν ως σύστημα το μισό μήκος κύματος από ό,τι έχουν ως ατομικά σωματίδια - μία από τις παράδοξες συνέπειες των κβαντικών νόμων. Οι επιστήμονες ελπίζουν ότι οι κβαντικοί υπολογιστές, που θα κινούν τις πληροφορίες κατ' αυτό τον τηλεμεταφερόμενο τρόπο, και όχι από τα καλώδια και τα τσιπ του πυριτίου, θα είναι απείρως γρηγορότεροι και ισχυρότεροι από τους παρόντες υπολογιστές. Πιστεύουν πως σε 5 ή 10 χρόνια οι προηγμένες κοινωνίες θα χρησιμοποιούν κβαντική πληροφορία.
4.3.
Κβαντική Τηλεμεταφορά ενέργειας
Ο Ιάπωνας φυσικός Μασαχίρο Χότα του πανεπιστημίου Τοχόκου θεωρεί εφικτή την αξιοποίηση της κβαντομηχανικής για την τηλεμεταφορά ενέργειας σε τεράστιες αποστάσεις, ακόμα και ετών φωτός από τη Γη! Χρησιμοποιώντας τις ίδιες κβαντικές αρχές που επιτρέπουν την τηλεμεταφορά, ο Χότα πιστεύει ότι είναι δυνατό να εισαχθεί ενέργεια σε ένα σωματίδιο και αυτή, σχεδόν αυτόματα, να εξαχθεί από ένα άλλο σωματίδιο, το οποίο μπορεί να βρίσκεται σε απόσταση ακόμα και ετών φωτός μακριά από το πρώτο. Η τολμηρή πρόταση, αν ποτέ καταστεί υλοποιήσιμη, θα φέρει πραγματική επανάσταση στην παραγωγή και διανομή της ενέργειας. Μέχρι στιγμής, οι φυσικοί έχουν δείξει ότι είναι δυνατή η τηλεμεταφορά των κβαντικών καταστάσεων φωτονίων, ατόμων και ιόντων. Αρκετοί ερευνητές εκτιμούν ότι ανάλογες αρχές τηλεμεταφοράς μπορούν να εφαρμοστούν σε μόρια, ιούς και άλλα πιο πολύπλοκα αντικείμενα. Τον τελευταίο χρόνο, έχει αρχίσει πια να συζητείται στη διεθνή επιστημονική κοινότητα και η τηλεμεταφορά ενέργειας, με τον Ιάπωνα επιστήμονα να βρίσκεται στην πρωτοπορία του σχετικού προβληματισμού. Είδαμε πως ουσιαστικά δεν τηλεμεταφέρονται τα ίδια τα σωματίδια, αφού αυτά κατά βάση είναι ταυτόσημα στο κβαντικό επίπεδο, όσο μακριά κι αν βρίσκονται μεταξύ τους., Η πληροφορία μπορεί να μεταφέρεται από το ένα στο άλλο. Άρα ίσως και η ενέργεια στο μέλλον.
4.4.
Τηλεμεταφορά ανθρώπων
Είμαστε χρόνια μακριά από την ανάπτυξη μιας μηχανής τηλεμεταφοράς όπως τον χώρο μεταφορέα για διαστημόπλοιο Enterprise του Star Trek. Οι νόμοι της φυσικής μπορεί ακόμη και να καταστήσει αδύνατη τη δημιουργία ενός μεταφορέα που επιτρέπει σε ένα πρόσωπο που πρέπει να σταλεί αμέσως σε μια άλλη θέση, πράγμα που θα απαιτούσε ταξιδεύουν στην ταχύτητα του φωτός .
15
ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ - Βιβλιογραφική Εργασία Κβαντικής Φυσικής
Για ένα άτομο που πρόκειται να τηλεμεταφερθεί, μια μηχανή θα πρέπει να κατασκευαστεί ώστε να εντοπίζει και να αναλύει το σύνολο των ατόμων που απαρτίζουν το ανθρώπινο σώμα. Αυτό είναι περισσότερο από ένα τρισεκατομμύριο τρισεκατομμυρίων άτομα. Αυτή η μηχανή θα πρέπει στη συνέχεια να στείλει αυτές τις πληροφορίες σε άλλη θέση, στην οποία θα βρεθεί το άτομο με απόλυτη ακρίβεια.Φυσικά το πρωτότυπο θα έχει καταστραφεί. Και εδώ έρχονται τα ερωτήματα: Το άτομο αυτό δεν θα είναι το ίδιο με το αρχικό αφού το προτώτυπο όπως είπαμε καταστράφηκε.Είναι αποδεκτό αυτό?Μήπως διαπράτουμε κατά κάποιο τρόπο μια δολοφονία? Το τηλεμεταφερθέν άτομο θα έχει σίγουρα τις αναμνήσεις τα αισθήματα και γενικά όλα εκείνα τα ψυχικά χαρακτηριστικά και αισθήματα που είχε το αρχικό? Μια θεωρία προτείνει ότι τηλεμεταφορά θα πρέπει να συνδυάζει τη γενετική κλωνοποίηση με την ψηφιοποίηση. Σε αυτή την biodigital κλωνοποίηση, η τηλε-ταξιδιώτες θα πρέπει να πεθάνουν, κατά μία έννοια..Το πρωτότυπο, δηλαδή το μυαλό και το σώμα τους δεν θα υφίσταται πλέον. Αντ 'αυτού, η ατομική δομή τους θα πρέπει να ανασυνταχθεί σε άλλη θέση, και η ψηφιοποίηση θα αναπαρήγαγε τις αναμνήσεις, τα συναισθήματα των ταξιδιωτών, τις ελπίδες και όνειρα.. Έτσι, οι ταξιδιώτες θα εξακολουθούσαν να υπάρχουν, αλλά θα το κάνουν σε ένα νέο όργανο, με ίδια ατομική δομή, όπως ο αρχικός οργανισμός, προγραμματισμένοι με τις ίδιες πληροφορίες. Αλλά όπως όλες οι τεχνολογίες, οι επιστήμονες είναι σίγουροι για την περαιτέρω βελτίωση στην ιδέα της τηλεμεταφοράς, σε σημείο που ίσως μια μέρα να μπορέσουμε να αποφύγουμε τέτοιες σκληρές μεθόδους. Ήδη κάτι τέτοιο μπορούμε να πούμε ότι έχει αρχίσει σε κάποιες χώρες,οι οποίες ξοδεύουν σημαντικό ποσό χρημάτων για την έρευνα πάνω στην ανθρώπινη τηλεμεταφορά. Τα κονδύλια που αποφάσισαν να επενδύσουν οι ένοπλες δυνάμεις στις ΗΠΑ για την έρευνα στον τομέα αυτό είναι τεράστια, ενώ ενδιαφέροντα πειράματα γίνονται και στην Κίνα. Πρωτοπόρος στην έρευνα για την τηλεμεταφορά ανθρώπων και αντικειμένων με τη βοήθεια μηχανημάτων στις ΗΠΑ θεωρείται ο Αμερικανός φυσικός Έρικ Ντέιβις. Σήμερα εργάζεται στο Ινστιτούτο Προηγμένων Μελετών στο Όστιν του Τέξας και είναι συντάκτης της έκθεσης «Τηλεμεταφορά - Μελέτη Φυσικής», στην οποία περιγράφει πιθανούς τρόπους μεταφοράς της ύλης σε μεγάλες αποστάσεις με τη βοήθεια κομπιούτερ. Αυτό που προσπαθεί να πετύχει ο δρ Ντέιβις είναι παρόμοιο με την αποστολή ενός e-mail. Δηλαδή, ένα e-mail αναλύεται και κωδικοποιείται σε δεδομένα που «καταλαβαίνει» ένα κομπιούτερ προκειμένου να σταλεί μέσω Internet και να παραληφθεί από ένα άλλο κομπιούτερ χιλιάδες χιλιόμετρα μακριά. Περίπου η ίδια διαδικασία θα ακολουθηθεί, σύμφωνα με τον δρα Ντέιβις, για την τηλεμεταφορά ενός ανθρώπου μελλοντικά. Αν, λοιπόν, πρέπει να τηλεμεταφερθεί ένα άτομο από την Αθήνα στο Όσλο, για παράδειγμα, το κομπιούτερ που βρίσκεται στην Αθήνα θα μετατρέψει και θα κωδικοποιήσει την ανθρώπινη ύλη σε δεδομένα που μπορούν να μεταφερθούν μέσω ενός δικτύου τύπου Internet στο κομπιούτερ που θα βρίσκεται στο Όσλο. Εκεί τα δεδομένα θα αποκωδικοποιηθούν για να πάρει και πάλι η ύλη την αρχική ανθρώπινη μορφή της. Αλλά ο άνθρωπος δεν είναι e-mail για να φύγει από ένα κομπιούτερ στην Αθήνα και να φθάσει στο Όσλο μέσα σε δύο δευτερόλεπτα. Αυτό το γνωρίζει καλά ο δρ Ντέιβις και οι άλλοι επιστήμονες, οι οποίοι τονίζουν ότι για να τηλεμεταφερθεί ένα ανθρώπινο σώμα σήμερα θα χρειάζονταν τρισεκατομμύρια σκληροί δίσκοι από τους μεγαλύτερους που υπάρχουν στο εμπόριο, προκειμένου να αποθηκεύσουν τα δεδομένα του ανθρώπινου σώματος. Επίσης, η τηλεμεταφορά θα διαρκούσε περίπου δεκατρία δισεκατομμύρια χρόνια με τις ταχύτητες που υπάρχουν σήμερα στο Διαδίκτυο (άραγε με τις Ελληνικές ταχύτητες σε πόσα χρόνια μεταφράζεται αυτό;), ενώ η ενέργεια που θα απαιτούνταν θα ήταν ίση με 330 θερμοπυρηνικές βόμβες
16
ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ - Βιβλιογραφική Εργασία Κβαντικής Φυσικής
ισχύος ενός μεγατόνου. Είναι προφανές ότι θα απαιτηθεί μεγάλη προσπάθεια ακόμα για να υπάρξουν συγκεκριμένα αποτελέσματα. Άλλωστε και ο ίδιος ο δρ Ντέιβις τόνιζε πρόσφατα ότι η «κβαντική τηλεμεταφορά» έχει πολύ δρόμο να διανύσει ακόμη μέχρι να γίνει πραγματικότητα. Ωστόσο, το γεγονός και μόνο ότι δαπανώνται μεγάλα κονδύλια και συνεχίζονται τα πειράματα δείχνει τη σημασία που αποδίδεται και την πεποίθηση ότι ο στόχος τελικά θα επιτευχθεί. Τόσο ο Ντέιβις όσο και άλλοι επιστήμονες εκτιμούν ότι τέτοιου είδους έρευνες πρέπει να γίνονται, όσο φανταστικές κι αν ακούγονται, με το σκεπτικό ότι κάποια μέρα πολλά πράγματα που σήμερα είναι ανεφάρμοστα θα είναι εφικτά. Άλλωστε, ειδικοί στον χώρο της κβαντικής φυσικής εκτιμούν ότι η εφαρμογή της τηλεμεταφοράς ανθρώπων και αντικειμένων θα είναι εφικτή σε μερικές δεκαετίες από σήμερα, εφόσον ανακαλυφθούν τα απαραίτητα νέα υλικά και οι νέες τεχνολογίες που απαιτούνται για ένα τόσο μεγάλο άλμα στον χώρο της φυσικής. Όσο για τα χρήματα, που το υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ διαθέτει σε τέτοιες έρευνες, είναι μεν πολλά, αλλά οι περισσότεροι αναλυτές λένε ότι αξίζει τον κόπο, τονίζοντας χαρακτηριστικά: «Καλύτερα να μπορούμε πρώτα εμείς και μετά οι Κινέζοι». Όπως προκύπτει από επίσημα έγγραφα της πολεμικής αεροπορίας των ΗΠΑ, ο Ντέιβις εργάστηκε πάνω σε ένα μυστικό πρόγραμμα τηλεμεταφοράς ανθρώπων και αντικειμένων τα τελευταία τρία χρόνια. Σήμερα συνεχίζει την προσωπική του έρευνα για την τηλεμεταφορά για λογαριασμό του Ινστιτούτου Προηγμένων Μελετών και δηλώνει ενθουσιασμένος με την πρόοδο που έχει γίνει τελευταία από άλλους συναδέλφους του σε αυτόν τον τομέα. Το βασικό ζητούμενο στην έρευνα για την τηλεμεταφορά είναι πώς θα μεταφερθεί ένα αντικείμενο από έναν χώρο σε έναν άλλο, χωρίς να υπάρξει παρέμβαση του ανθρώπινου παράγοντα. Στην Κίνα έχουν γίνει επιτυχημένες προσπάθειες να μεταφερθεί ένα σπιρτόκουτο ή και έντομα από ένα δωμάτιο στο διπλανό μέσω της σκέψης. Η τηλεμεταφορά του σπιρτόκουτου έγινε από άτομα, κυρίως παιδιά, με ειδικά πνευματικά χαρίσματα..
4.5.
Τηλεμεταφορά & συμβατικές τηλεποικοινωνίες
Αυτό που διακρίνει την τηλεμεταφορά, από άλλες μορφές επικοινωνίας, είναι ότι δεν υπάρχουν πληροφορίες σχετικά με την αρχική μνήμη. Αντ 'αυτού, οι πληροφορίες που εξαφανίζεται όταν το σωματίδιο Α μετράται και επανεμφανίζεται όταν ο παλμός μικροκυμάτων είναι εφαρμόζεται σε ιόντων Β. «Μια ιδιαίτερα ελκυστική πτυχή της μεθόδου μας είναι ότι συνδυάζει τα μοναδικά πλεονεκτήματα και των δύο φωτόνια και άτομα», λέει ο Μονρόε. ""Τα φωτόνια είναι ιδανικά για τη μεταφορά πληροφορίες γρήγορα σε μεγάλες αποστάσεις, ενώ τα άτομα να προσφέρει ένα πολύτιμο μέσο για μακρόβια μνήμη κβαντική ... Επίσης, η τηλεμεταφορά κβαντικών πληροφοριών με αυτόν τον τρόπο θα μπορούσε να αποτελέσει τη βάση για ένα νέο τύπο κβαντικού Ίντερνετ που θα μπορούσαν να outperform κάθε συμβατικό τύπο της κλασικής δικτύου για ορισμένα καθήκοντα. " Το έργο υποστηρίχθηκε από την Intelligence Advanced Research Project πρόγραμμα δραστηριοτήτων στο πλαίσιο του Αμερικανικού Στρατού Έρευνας σύμβαση του Office, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (NSF) Φυσική στο Πληροφοριών Frontier Προγράμματος, και το NSF Φυσικής Frontier Center στο Κοινό Ινστιτούτο Κβαντικής.
17
ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ - Βιβλιογραφική Εργασία Κβαντικής Φυσικής
18
1 Νουβέλες και Ιστορίες
2 Τηλεόραση
4 Ηλεκτρονικά παιχνίδια
1.1 Aladdin
2.1 Blake's 7
4.1 Anarchy Online
1.2 The Disintegration Machine
2.2 Buck Rogers in the 25th Century 4.2 Arcanum: Of Steamworks And Magick Obscura
1.3 The Engines of Dawn
2.3 Charmed
4.3 Call of Duty: World at War
1.4 The Fly
2.4 Doctor Who
4.4 City of Heroes/City of Villains
1.5 Golden age of science fiction
2.5 Dragonball Z
4.5 Diablo II
1.6 Gridlinked
2.6 Heroes
4.6 Doom series
1.7 Harry Potter
2.7 Lilo & Stitch: The Series
4.7 Fable
1.8 The Hitchhiker's Guide to the Galaxy
2.8 Lost
4.8 Guild Wars
1.9 Hyperion
2.9 Star Trek
4.9 Half-Life series
1.10 The Jaunt
2.10 Stargate SG-1
4.10 Halo series
1.11 Jumper
2.11 The Tomorrow People
4.11 Kingdom Hearts
1.12 Known Space Universe
2.12 The Twilight Zone
4.12 Kirby series
1.13 The Man Without a Body
2.13 Wizards of Waverly Place
4.13 Legend of Zelda series
1.14 One Step from Earth
2.14 X-Men
4.14 Marathon series
1.15 The Singularity Project
3 Ταινείες
4.15 Mega Man series
1.16 The Stars My Destination
3.1 Doom
4.16 Metroid Prime 2
1.17 Stranger in a Strange Land
3.2 Jumper
4.17 Outbreak
1.18 Think Like a Dinosaur
3.3 Stargate
4.18 Portal
1.19 Timeline
3.4 Teenage Mutant Ninja Turtles 3 4.19 RuneScape
1.20 Transit (1964 sf novel)
3.5 Terminator
4.20 Rouge Galaxy
3.6 X-Men
4.21 Second Life 4.22 SimEarth
5 Κόμικ
4.23 The Sims II: Apartment Life
5.1 DC Comics
4.24 Sonic the Hedgehog series
5.2 Gold Key Comics
4.25 Starcraft
5.3 Marvel comics
4.26 Tabula Rasa
5.4 Naruto Shippuden Manga
4.27 Unreal Tournament series 4.28 World of Warcraft
ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ - Βιβλιογραφική Εργασία Κβαντικής Φυσικής
5. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
Quantum Optics Group Norman Εργαστήριο Γέφυρα Φυσικής Norman Bridge Laboratory of Physics California Institute of Technology California Institute of Technology ΙΒΜ How stuff work (site) Live science (site) Livepedia.gr physics4u.gr Κβαντομηχανική 1 (Στέφανος Τραχανάς-Εκδόσεις Κρήτης) Φυσική των ταλαντώσεων και των κυμάτων (H.J.Pain Εκδόσεις Συμμετρία) Homo naturalis.gr University of Vien -quantum departement Internet
19