Profesor fizik di Institut Niels Bohr di Copenhagen, salah satu pelopor teleportasi kuantum, Eugene Polzik, menjelaskan kepada RIA Novosti di mana sempadan antara dunia "nyata" dan "kuantum", mengapa seseorang tidak dapat diteleportasi dan bagaimana dia berjaya menciptakan masalah dengan "massa negatif".
Lima tahun yang lalu, pasukannya pertama kali melakukan eksperimen untuk meneleport bukan satu atom atau zarah cahaya, melainkan objek makroskopik.
Dia baru-baru ini mempengerusikan lembaga penasihat antarabangsa Pusat Kuantum Rusia (RQC), menggantikan Mikhail Lukin, pencipta salah satu komputer kuantum terbesar di dunia dan peneraju dunia dalam pengkomputeran kuantum. Menurut Profesor Polzik, dia akan memberi tumpuan untuk mengembangkan dan merealisasikan potensi intelektual para saintis muda Rusia dan memperkuat penyertaan antarabangsa dalam karya RCC.
"Eugene, adakah manusia akan dapat melakukan teleport lebih banyak daripada zarah tunggal atau sekumpulan atom atau objek makroskopik lain?
- Anda tidak tahu berapa kerap saya ditanya soalan ini - terima kasih kerana tidak bertanya kepada saya jika ada kemungkinan untuk meneleport seseorang. Secara umum, keadaannya adalah seperti berikut.
Alam semesta adalah objek raksasa, terjerat pada tahap kuantum. Masalahnya ialah kita tidak dapat "melihat" semua tahap kebebasan objek ini. Sekiranya kita mengambil objek besar dalam sistem seperti itu dan berusaha mempertimbangkannya, maka interaksi objek ini dengan bahagian lain di dunia akan menimbulkan apa yang disebut "keadaan campuran" di mana tidak ada keterlibatan.
Prinsip monogami yang disebut beroperasi di dunia kuantum. Hal ini dinyatakan dalam kenyataan bahawa jika kita memiliki dua objek yang terjerat dengan ideal, maka keduanya tidak dapat memiliki "hubungan yang tidak dapat dilihat" yang kuat dengan objek lain dari dunia sekitarnya seperti satu sama lain.
Eugene Polzik, profesor di Niels Bohr Institute di Copenhagen dan ketua lembaga penasihat antarabangsa RCC. Foto: RCC.
Video promosi:
Kembali ke persoalan teleportasi kuantum, ini bermaksud, pada prinsipnya, tidak ada yang mencegah kita membingungkan dan meneleport objek dengan ukuran sekurang-kurangnya seluruh Alam Semesta, tetapi dalam praktiknya, ia akan mencegah kita melihat semua hubungan ini pada masa yang sama. Oleh itu, kita harus mengasingkan objek makro dari seluruh dunia ketika kita melakukan eksperimen seperti itu, dan membiarkannya berinteraksi hanya dengan objek yang "diperlukan".
Sebagai contoh, dalam eksperimen kami adalah mungkin untuk melakukan ini untuk awan yang mengandungi satu trilion atom, kerana fakta bahawa mereka berada dalam keadaan hampa dan disimpan dalam perangkap khas yang mengasingkan mereka dari dunia luar. Kamera ini, secara kebetulan, dikembangkan di Rusia - di makmal Mikhail Balabas di Universiti Negeri St. Petersburg.
Kemudian kami beralih ke eksperimen pada objek yang lebih besar yang dapat dilihat dengan mata kasar. Dan sekarang kita sedang melakukan eksperimen pada teleportasi getaran yang timbul pada membran nipis yang terbuat dari bahan dielektrik berukuran milimeter hingga milimeter.
Sebaliknya, saya secara peribadi lebih berminat dengan bidang fizik kuantum yang lain, di mana, menurut saya, kejayaan nyata akan berlaku dalam masa terdekat. Mereka pasti akan mengejutkan semua orang.
Dimana sebenarnya?
- Kita semua tahu betul bahawa mekanik kuantum tidak membenarkan kita mengetahui semua yang berlaku di dunia di sekeliling kita. Oleh kerana prinsip ketidakpastian Heisenberg, kita tidak dapat mengukur semua sifat objek secara serentak dengan ketepatan setinggi mungkin. Dan dalam kes ini, teleportasi berubah menjadi alat yang memungkinkan kita melewati batasan ini, memindahkan bukan sebahagian maklumat mengenai keadaan objek, tetapi keseluruhan objek itu sendiri.
Undang-undang dunia kuantum yang sama mencegah kita mengukur secara tepat lintasan pergerakan atom, elektron dan zarah-zarah lain, kerana mungkin untuk mengetahui sama ada kelajuan pergerakan atau kedudukan mereka. Dalam praktiknya, ini bermaksud bahawa ketepatan semua jenis tekanan, gerakan, dan sensor percepatan dibatasi oleh mekanik kuantum.
Baru-baru ini, kita menyedari bahawa ini tidak selalu berlaku: semuanya bergantung pada apa yang kita maksudkan dengan "kelajuan" dan "kedudukan." Sebagai contoh, jika semasa pengukuran tersebut kita tidak menggunakan sistem koordinat klasik, tetapi analog kuantumnya, maka masalah ini akan hilang.
Dengan kata lain, dalam sistem klasik, kita berusaha untuk menentukan kedudukan zarah tertentu yang berkaitan, secara kasar, meja, kerusi, atau beberapa titik rujukan lain. Dalam sistem koordinat kuantum, sifar akan menjadi objek kuantum lain yang berinteraksi dengan sistem yang menarik bagi kita.
Ternyata mekanik kuantum memungkinkan untuk mengukur kedua parameter - baik kecepatan pergerakan dan lintasan - dengan ketepatan yang sangat tinggi untuk kombinasi sifat-sifat tertentu dari titik rujukan. Apakah gabungan ini? Awan atom yang berfungsi sebagai sifar sistem koordinat kuantum mesti mempunyai jisim negatif yang berkesan.
Sebenarnya, atom-atom ini tidak mempunyai "masalah berat badan", tetapi mereka berperilaku seolah-olah mempunyai jisim negatif, kerana fakta bahawa atom-atom itu terletak dengan cara yang khas satu sama lain dan berada di dalam medan magnet khas. Dalam kes kami, ini membawa kepada fakta bahawa pecutan zarah menurun, tetapi tidak meningkatkan tenaganya, yang tidak masuk akal dari sudut pandang fizik nuklear klasik.
Ini membantu kita menyingkirkan perubahan rawak dalam kedudukan zarah atau kelajuan pergerakannya yang berlaku ketika kita mengukur sifatnya menggunakan laser atau sumber foton lain. Sekiranya kita meletakkan awan atom dengan "jisim negatif" di jalur sinar ini, pertama kali ia akan berinteraksi dengan mereka, kemudian ia akan terbang melalui objek yang sedang dikaji, gangguan rawak ini saling menghilangkan satu sama lain, dan kita akan dapat mengukur semua parameter dengan ketepatan yang sangat tinggi.
Semua ini jauh dari teori - beberapa bulan yang lalu kami telah menguji idea-idea ini secara eksperimen dan menerbitkan hasilnya dalam jurnal Nature.
Adakah terdapat penggunaan praktikal untuk ini?
- Setahun yang lalu, saya telah mengatakan, ketika berbicara di Moscow, bahawa prinsip serupa untuk "menghilangkan" ketidakpastian kuantum dapat digunakan untuk meningkatkan ketepatan kerja LIGO dan pemerhatian graviti lain.
Itu hanya idea, tetapi sekarang sudah mulai terbentuk. Kami sedang berusaha melaksanakannya bersama dengan salah satu pelopor pengukuran kuantum dan peserta dalam projek LIGO, Profesor Farid Khalili dari RCC dan Moscow State University.
Sudah tentu, kita tidak bercakap mengenai pemasangan sistem sedemikian pada alat pengesan itu sendiri - ini adalah proses yang sangat rumit dan memakan masa, dan LIGO sendiri mempunyai rancangan yang tidak dapat kita jalani. Sebaliknya, mereka sudah berminat dengan idea kami dan bersedia untuk mendengarkan kami lebih jauh.
Walau apa pun, pertama anda perlu membuat prototaip pemasangan seperti itu, yang akan menunjukkan bahawa kita benar-benar dapat melampaui batas dalam ketepatan pengukuran yang dikenakan oleh prinsip ketidakpastian Heisenberg dan undang-undang lain dari dunia kuantum.
Kami akan melakukan eksperimen pertama seperti ini pada interferometer sepuluh meter di Hanover, salinan LIGO yang lebih kecil. Kami sekarang mengumpulkan semua komponen yang diperlukan untuk sistem ini, termasuk pendirian, sumber cahaya dan awan atom. Sekiranya kita berjaya, maka saya yakin bahawa rakan sekerja Amerika kita akan mendengarkan kita - belum ada cara lain untuk mengatasi had kuantum.
Adakah penyokong teori kuantum deterministik, yang percaya bahawa kemungkinan tidak ada di dunia kuantum, menganggap eksperimen semacam itu sebagai bukti kebenaran idea mereka?
- Sejujurnya, saya tidak tahu apa pendapat mereka mengenainya. Tahun depan kita menganjurkan persidangan di Copenhagen mengenai sempadan antara fizik klasik dan kuantum dan masalah falsafah yang serupa, dan mereka dapat hadir sekiranya mereka ingin menyampaikan visi mereka mengenai masalah ini.
Saya sendiri mematuhi tafsiran Kopenhagen klasik mengenai mekanik kuantum, dan saya mengakui bahawa fungsi gelombang tidak terhad dari segi ukuran. Sejauh ini kita tidak melihat tanda-tanda bahawa peruntukannya dilanggar di suatu tempat atau bertentangan dengan praktik.
Makmal Optik Kuantum di Pusat Kuantum Rusia. Foto: RCC.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, ahli fizik telah melakukan banyak ujian mengenai ketidaksamaan Bell dan paradoks Einstein-Podolski-Rosen, yang sepenuhnya menolak kemungkinan bahawa tingkah laku objek pada tahap kuantum dapat dikendalikan oleh beberapa pemboleh ubah tersembunyi atau perkara lain di luar ruang lingkup teori kuantum klasik.
Sebagai contoh, beberapa bulan yang lalu ada eksperimen lain yang menutup semua kemungkinan "lubang" dalam persamaan Bell yang digunakan oleh penyokong teori pemboleh ubah tersembunyi. Yang tinggal bagi kita adalah, untuk memartabatkan Niels Bohr dan Richard Feynman, "tutup mulut dan bereksperimen": menurut saya kita hanya perlu bertanya kepada diri sendiri soalan-soalan yang dapat dijawab melalui eksperimen.
Sekiranya kita kembali ke teleportasi kuantum - mengingat masalah yang anda terangkan: adakah ia akan dapat digunakan dalam komputer kuantum, satelit komunikasi dan sistem lain?
- Saya yakin bahawa teknologi kuantum akan semakin banyak menembusi sistem komunikasi, dan mereka akan memasuki kehidupan seharian kita dengan cepat. Bagaimana sebenarnya belum jelas - maklumat, misalnya, dapat dihantar melalui teleportasi dan melalui jalur serat optik biasa menggunakan sistem pengedaran kunci kuantum.
Kuantum memori, pada gilirannya, saya percaya, juga akan menjadi kenyataan selepas beberapa ketika. Sekurang-kurangnya, diperlukan untuk membuat pengulang untuk isyarat dan sistem kuantum. Sebaliknya, sukar untuk meramalkan bagaimana dan kapan semua ini akan dilaksanakan.
Cepat atau lambat, teleportasi kuantum tidak akan menjadi eksotik, tetapi perkara sehari-hari yang dapat digunakan oleh semua orang. Sudah tentu, kita tidak mungkin melihat proses ini, tetapi hasil kerjanya, termasuk rangkaian penghantaran data yang selamat dan sistem komunikasi satelit, akan memainkan peranan besar dalam kehidupan kita.
Sejauh mana teknologi kuantum akan menembusi bidang sains dan kehidupan lain yang tidak berkaitan dengan IT atau fizik?
- Ini adalah soalan yang baik, yang lebih sukar untuk dijawab. Ketika transistor pertama muncul, banyak saintis percaya bahawa mereka hanya akan menggunakan alat bantu pendengaran. Inilah yang berlaku, walaupun sekarang hanya sebilangan kecil alat semikonduktor yang digunakan dengan cara ini.
Walaupun begitu, menurut saya, penembusan kuantum memang akan berlaku, tetapi tidak di mana-mana. Contohnya, sebarang alat dan peranti yang berinteraksi dengan persekitaran dan mengukur sifatnya pasti akan mencapai had kuantum, yang telah kita bincangkan. Teknologi kami akan membantu mereka melewati had ini, atau sekurang-kurangnya mengurangkan gangguan.
Lebih-lebih lagi, kami telah menyelesaikan salah satu masalah ini dengan menggunakan pendekatan "massa negatif" yang sama, meningkatkan sensor medan magnet kuantum. Peranti sedemikian dapat menemui aplikasi bioperubatan yang sangat spesifik - ia dapat digunakan untuk memantau kerja jantung dan otak, menilai kemungkinan terkena serangan jantung dan masalah lain.
Rakan sekerja saya dari RCC melakukan perkara serupa. Sekarang kita membincangkan bersama apa yang telah kita capai, cuba menggabungkan pendekatan kita dan mendapatkan sesuatu yang lebih menarik.
