Bulan lalu, dua perkembangan menarik dalam bidang teknologi kuantum berlaku sekaligus: Para saintis China menelurkan foton cahaya dari stesen darat ke satelit angkasa dan persidangan tahunan ahli fizik kuantum terkemuka diadakan di Moscow. Business Insider berjaya menangkap Dr. Eugene Polzik dari Institut Niels Bohr, salah seorang pakar terkemuka dalam teleportasi kuantum, dan menanyainya dalam pelbagai pertanyaan, termasuk kejayaan luar biasa rakan-rakannya dari China.
"Teleportasi seperti ini telah dilakukan dalam keadaan makmal sejak tahun 1997, tetapi saintis China berjaya mencapai kesan teknologi yang luar biasa ini pada jarak yang jauh," kata Polzik.
Pada tahun 2012, sepasukan saintis Eropah berjaya menelepon foton antara dua Kepulauan Canary. Jarak antara alat pemancar dan penerima adalah 141 kilometer. Penyelidik China berjaya memecahkan rekod ini pada bulan Julai, ketika mereka berjaya menghantar teleport foton pada jarak 500 kilometer.
Kami telah lama mengimpikan teknologi seperti itu dari Star Trek, walaupun intuisi kami selalu mengatakan bahawa teleportasi, pada dasarnya, mustahil. Walau bagaimanapun, fizik dunia nyata kita, di mana kita hidup setiap hari, tidak banyak menyerupai fizik dunia kuantum. Di sini, undang-undang batu jatuh dari permukaan tebing dan elektron yang mengatur dan foton cahaya individu sama sekali berbeza dengan yang biasa kita lihat. Oleh itu, dalam dunia pelik ini, hampir semua perkara dapat dilakukan, termasuk teleportasi. Bagaimana untuk memahami semua ini? Tempat untuk memulakan adalah keterlibatan kuantum.
Apakah keterlibatan kuantum?
Kadang kala dua zarah kuantum berkaitan dengan cermin. Apa sahaja yang berlaku pada salah satu zarah ini, perkara yang sama akan berlaku pada yang lain. Walaupun mereka dipisahkan dengan jarak yang jauh. Mereka masih dua objek yang berasingan, tetapi semuanya serupa. Apabila dua zarah berkongsi keadaannya satu sama lain, maka zarah-zarah tersebut disebut terjerat.
"Andaikan saya membuat sepasang foton yang terjerat," jelas Polzik.
Video promosi:
"Saya menyimpan satu, dan mengirim yang lain dengan laser ke satelit angkasa yang mengorbit, dengan harapan foton akan sampai ke tempat tujuannya. Teleportasi dapat dianggap berhasil hanya ketika keadaan keterikatan dua-foton dipisahkan antara stesen pemancar dan penerima."
Kesukaran teknikal utama proses teleportasi terletak pada pemindahan foton ke jarak tertentu dari zarah pasangan yang terjerat. Bagi eksperimen Cina, satu foton berada di makmal di Bumi, dan yang kedua berjaya dihantar ke satelit yang mengorbit. Perubahan yang berlaku dengan foton di Bumi sebagai sebahagian daripada manipulasi saintis juga mempengaruhi foton di angkasa - ini adalah teleportasi kuantum dalam bentuk paling murni.
Bagaimana untuk memahami sama ada satelit itu menerima foton yang diinginkan, dan bukan sebilangan zarah cahaya secara rawak?
Ini agak mudah dilakukan, berkat proses yang disebut penyaringan spektrum. Ia membolehkan para saintis mengenal pasti dan mengesan foton cahaya individu dengan melabelkannya dengan nombor pengenalan yang unik.
Anda tahu frekuensi foton yang anda hantar, anda tahu arahnya. Satelit ditujukan kepada sumber pengiriman yang terletak di Bumi. Sekiranya anda mempunyai peralatan optik yang sangat baik di kedua sisi, maka optik ini hanya melihat sumbernya, dan tidak ada yang lain,”sambung Polzik.
Kaedah penapisan spektrum tidak peduli dengan "bunyi" dalam bentuk foton lain. Sebagai contoh, dalam eksperimen yang sama di Kepulauan Canary, penghantaran dilakukan di bawah langit cerah.
Terdapat pemindahan berjuta-juta foton ke satelit, tetapi hanya 900 yang sampai ke destinasi. Mengapa?
Semakin anda berusaha menghantar foton yang terjerat, proses ini menjadi kurang berkesan. Lebih-lebih lagi, atmosfera Bumi sentiasa bergerak, jadi kehilangan foton dalam perjalanan ke angkasa lepas adalah mudah.
Walaupun tidak ada atmosfer, Anda masih perlu memusatkan pancaran cahaya sehingga diarahkan ke arah satelit. Sekiranya anda memancarkan penunjuk laser di telapak tangan anda, titik cahaya akan menjadi kecil, tetapi jika anda mengeluarkan laser, titik menjadi lebih besar - ini adalah undang-undang difraksi,”kata Polzik.
Dari tanah, cahaya sukar untuk menerobos ke angkasa (ke penerima optik yang dipasang pada satelit yang mengorbit). Ia banyak memutarbelitkan, jadi kebanyakan foton tidak ke mana-mana.
“Teleportasi yang berjaya hanya dapat dicapai dalam jangka waktu yang sangat singkat. Secara umum, ini sangat tidak praktikal, namun cara penggunaan teknologi ini dapat dijumpai,”lanjut Polzik.
Adakah Quantum Teleportation adalah Keupayaan Pemindahan Segera?
Tidak juga. Objek teleportable tidak hilang dan kemudian muncul semula di tempat lain. Para saintis menggunakan keterlibatan untuk memindahkan maklumat mengenai keadaan kuantum satu foton ke foton yang lain. Tanpa maklumat ini, foton harus meliputi secara fizikal seluruh jarak antara pemancar dan penerima. Sekali lagi, maklumat tidak dihantar dengan serta-merta. Ini mungkin hanya apabila pengirim mengukur keadaan kuantum fotonnya, sehingga mengubah keadaan foton pada penerima. Kerana keterikatan kuantum, pada dasarnya satu foton "menjadi" foton lain.
Jadi untuk apa semua ini?
Teleportasi kuantum mampu membuktikan konsep kemungkinan mewujudkan rangkaian komunikasi dunia yang sangat selamat. Seperti kunci yang membuka kunci, mesej yang dihantar melalui rangkaian kuantum hanya akan sampai kepada penerima yang memiliki foton yang terjerat dengan betul, yang akan membolehkan mesej ini diterima dan dibaca.
Albert Einstein pernah menyebut keterlibatan kuantum "aksi jarak jauh yang menyeramkan", tetapi tindakan jarak jauh itu adalah komponen asas yang menjadikan semuanya berfungsi. Dan suatu hari dia mungkin menjadi pemacu komunikasi selamat kita di masa depan.
Nikolay Khizhnyak
