Jutawan bulan lalu Yuri Milner dan ahli astrofizik Stephen Hawking mengumumkan Breakthrough Starshot: rancangan yang sangat bercita-cita tinggi untuk menghantar kapal angkasa buatan manusia pertama ke sistem bintang lain di galaksi kita. Susunan laser gergasi dapat melancarkan alat bersaiz mikrocip ke bintang lain pada kelajuan cahaya 20%. Tetapi tidak jelas bagaimana peranti kecil ini dapat berkomunikasi dengan kami melalui ruang antara bintang yang luas. Bagaimana dengan keterlibatan kuantum? Bolehkah ia digunakan untuk sambungan seperti itu?
Idea ini semestinya memerlukan perhatian.
Bayangkan dua syiling, masing-masing boleh muncul kepala atau ekor. Anda mempunyai satu duit syiling, saya mempunyai satu lagi, dan kami sangat jauh antara satu sama lain. Kami melemparkan syiling kami ke udara, menangkapnya dan menamparnya di atas meja. Sebelum melihat sekeping yang telah mendarat, kami menjangkakan 50/50 kebarangkalian muncul ekor, dan tentu saja kepala juga. Dalam alam semesta biasa yang tidak terurus, hasil dan hasil kajian saya akan saling bergantung antara satu sama lain. Sekiranya anda muncul ekor, duit syiling saya mempunyai kemungkinan 50% jatuh atau ekor jatuh. Tetapi dalam keadaan tertentu, hasil ini boleh membingungkan: jika anda menjalankan eksperimen ini dan mendapatkan ekor, anda akan tahu bahawa duit syiling saya mempunyai peluang 100% untuk menunjukkan kepala sebelum saya memberitahu anda. Anda akan mengetahui tentangnya dengan serta-merta, walaupun kita dipisahkan oleh tahun cahaya dan tidak satu saat pun berlalu.
Dalam fizik kuantum, kita biasanya tidak melibatkan koin, tetapi zarah individu, seperti elektron dan foton, di mana, misalnya, setiap foton dapat berputar +1 atau -1. Sekiranya anda mengukur putaran satu foton, anda akan langsung mengenali putaran satu foton, walaupun jaraknya adalah setengah alam semesta dari kita. Sehingga anda mengukur putaran satu foton, kedua-duanya wujud dalam keadaan tidak tentu; tetapi sebaik sahaja diukur, anda akan langsung mengetahuinya. Di Bumi, kami melakukan eksperimen seperti itu, memisahkan dua foton yang terjerat sejauh beberapa kilometer dan mengukur putarannya selama satu nanodetik. Ternyata jika kita mengukur putaran satu dan ternyata menjadi +1, kita dapati bahawa putaran yang lain -1 adalah 10,000 kali lebih cepat daripada kelajuan cahaya yang memungkinkan kita.
Dan inilah persoalannya: bolehkah kita menggunakan harta tanah ini - keterlibatan kuantum - untuk berkomunikasi dengan sistem bintang yang jauh? Jawapan: ya, jika kita mempertimbangkan untuk melakukan pengukuran di lokasi terpencil sebagai bentuk komunikasi. Tetapi apabila anda mengatakan sambung, anda biasanya ingin mengetahui sesuatu tentang tempat yang anda sambungkan. Anda boleh, misalnya, menahan zarah yang terjerat dalam keadaan tidak tentu, menghantarnya ke kapal angkasa ke bintang yang berdekatan, dan memintanya untuk mencari tanda-tanda planet berbatu di zon bintang itu. Melihatnya, dia membuat pengukuran, yang membawa kepada fakta bahawa zarah anda akan berada dalam keadaan +1, dan jika tidak, maka pengukuran akan menunjukkan bahawa zarah anda berada dalam keadaan -1.
Video promosi:
Jadi, anda rasa, zarah di Bumi harus berada dalam keadaan -1 ketika anda mengukurnya, yang akan menunjukkan bahawa kapal angkasa telah menemui sebuah planet di zon yang dapat dihuni, atau di negara +1, yang akan menunjukkan bahawa peranti tersebut mempunyai planet tidak ditemui. Sekiranya anda mengetahui bahawa pengukuran telah dilakukan, anda boleh melakukan pengukuran anda sendiri dan langsung mengetahui keadaan zarah lain, walaupun jaraknya bertahun-tahun cahaya.
Corak gelombang untuk elektron yang melalui celah berganda. Sekiranya anda mengukur celah yang dilalui elektron, anda akan menghancurkan corak gangguan kuantum.
Rancangannya baik. Tetapi ada masalah: ikatan hanya berfungsi jika anda bertanya kepada zarah: anda berada dalam keadaan apa? Sekiranya anda meletakkan zarah yang terjerat dalam keadaan tertentu, anda akan memecahkan ikatan tersebut, dan pengukuran di Bumi akan sepenuhnya bebas dari pengukuran bintang yang jauh. Sekiranya anda hanya mengukur zarah yang jauh (dan mengetahui: +1 atau -1), pengukuran anda di Bumi juga akan menjadi -1 atau +1 (masing-masing) dan akan memberi anda maklumat mengenai zarah yang terletak beberapa tahun dari anda. Sekiranya anda membenamkan zarah dalam keadaan +1 atau -1, maka tanpa mengira hasilnya, zarah anda di Bumi akan mempunyai kebarangkalian 50% +1 atau -1 dan tidak akan mengatakan apa-apa mengenai zarah tersebut selama bertahun-tahun cahaya.
Ini adalah salah satu perkara yang paling disalahpahami dalam fizik kuantum: keterlibatan boleh digunakan untuk mendapatkan maklumat mengenai komponen sistem apabila anda mengetahui keadaannya sepenuhnya dan mengukur komponen lain, tetapi tidak membuat dan memindahkan maklumat dari satu bahagian sistem yang terjerat ke bahagian lain. … Oleh itu, tidak ada peluang untuk komunikasi lebih cepat daripada cahaya.
Penjeratan kuantum adalah harta benda yang luar biasa yang dapat kita gunakan untuk beragam perkara, seperti sistem penyulitan yang tepat untuk mendapatkan maklumat. Tetapi komunikasi lebih pantas daripada cahaya? Untuk memahami mengapa ini tidak mungkin berlaku, kita perlu memahami sifat utama fizik kuantum: bahawa secara paksa menjatuhkan sekurang-kurangnya sebahagian daripada sistem yang terjerat ke dalam satu keadaan menghalang anda memperoleh maklumat mengenai terjun ini dengan mengukur sistem yang lain. Seperti yang pernah ditunjukkan oleh Niels Bohr, "jika mekanik kuantum belum mengejutkan anda, anda belum memahaminya."
Alam semesta bermain dadu dengan kita sepanjang masa, sangat mengecewakan Einstein. Malah percubaan terbaik kita untuk menipu dalam permainan ini memang dilakukan secara semula jadi.
