Je teleportace vědecky možná? Budeme brzy schopni cestovat světy téměř okamžitě? Dnes se pokusíme říci, co je v této oblasti nového.
Teleportace byla lidským snem od počátku světa. Člověk se chce okamžitě pohybovat v prostoru, cestovat, aniž by ztrácel čas únavnými cestami na dlouhé vzdálenosti. Toto téma je již dlouho přítomno v mnoha dílech popkultury, ale stále je předmětem zkoumání. I když ještě v roce 2004 byl dokonce registrován patent na „systému teleportace celého těla“ jsou již první úspěchy ve výzkumu teleportace, ale dokazují, že to nebude vůbec to, co od této technologie očekáváme.
Proč téma teleportace tolik vzbuzuje představivost lidstva? Pokud bychom měli udělat seznam nejžádanějších technologií na světě, teleportace by byla v popředí. Jen si pomyslete, kolik problémů bychom vyřešili, kdybychom se mohli okamžitě pohybovat mezi různými místy. Bohužel mnoho nasvědčuje tomu, že teleportace v podobě, jakou bychom si alespoň prozatím přáli, je mimo náš dosah. To však neznamená, že teleportace není vůbec možná. Jen vypadá jinak, než si představujeme.
Bez stručného úvodu do základů kvantové fyziky nelze mluvit o teleportaci. A to zase může mnoho lidí odradit od dalšího čtení článku. Ale věřte, že se do těch slumů nebudeme nořit příliš hluboko, ale pokusíme se povrchně, jednoduchými slovy a jasnými příklady vysvětlit princip teleportace. Pokusme se vysvětlit, jak to může fungovat právě teď. Ale proč říkám přesně „jak to teď funguje“? Už se to děje? Ano, dámy a pánové, první vážné kroky již byly podniknuty. Vědcům se však podařilo teleportovat nikoli osobu, vybavení nebo materiály, ale informace. Podařilo se nám vás zaujmout? Přečtěte si totéž.
Pokroky ve výzkumu teleportace
Každý ví, co je teleportace, ale ne každý ví, že v jejím vývoji již bylo učiněno několik kroků. A je to už dlouho, co se Einstein touto problematikou zabýval. Vědci již zjistili, že vše začíná na úrovni mikroměřítek, tedy na úrovni kvantových částic. Když se tyto kvantové částice začaly studovat, bylo zaznamenáno jejich podivné chování. Samotný proces jejich interakce byl zcela odlišný od všeho, co lze vidět pouhým okem v makro měřítku. Ukázalo se že kvantová částice mohou být na dvou místech najednou. Vědci tomu říkají princip superpozice. K superpozici však dochází pouze tehdy, když částice spolu neinteragují, to znamená, že se jim nic nestane. Když jsou v klidu, mluvíme o tzv. kolapsu pravděpodobnostní vlny. Uvědomuji si, že pro mnoho z vás je těžké tomu všemu porozumět. Nejjednodušší způsob, jak tento stav znázornit, je pomocí počítačových bitů. Jak víte, pracují ve dvojkové soustavě, to znamená, že mohou být nula nebo jedna. A qubity (kvantové bity) mohou být zároveň „nula“ i „jedna“ – dokud se vlna pravděpodobnosti nezhroutí.
Einsteinovi se podařilo objevit to, co nazval „fantomovou interakcí na dálku“. V průběhu jeho výzkumu se ukázalo, že běžné částice se mohou proplétat na kvantové úrovni. Aniž bych zacházel do podrobností, řeknu, že takové dvě částice se mohou spárovat, ačkoli mají různé vlastnosti (například hybnost). A teď to nejzajímavější je, že po spárování se změní vlastnosti jedné z nich a zároveň se změní vlastnosti druhé částice. Bez ohledu na vzdálenost! A přesně na tom dnes funguje teleportace. Pokud se to pokusíte popsat jednoduchými slovy, samozřejmě, protože čím dále do lesa...
V laboratořích se vědcům podařilo přenést stav částice z bodu A do bodu B, ale s tím nejsou přenášeny žádné konkrétní informace o této částici. Proč? Hlavním problémem je, že na základě současného stavu výzkumu nemohou obě strany tyto prvotní informace zjistit, to znamená, že vědci nemohou určit, co bylo dříve a co následovalo. Skoro jako slepice a vejce. V této fázi stojí za to zdůraznit tyto pojmy. Ukázalo se, že informace je něco mnohem složitějšího než chování samotné částice.
A to je hlavní omezení ve vývoji technologie teleportace, která zároveň osvětluje, čeho lze v budoucnu dosáhnout a čeho pravděpodobně dosáhnout nelze. Pojďme si to shrnout. V současné době jsme schopni vzájemně „párovat“ částice na kvantové úrovni. Můžeme přenést stav částic z bodu A do bodu B, ale nepřeneseme potřebné informace. Nemáme technologické možnosti na vývoj speciálního kanálu, který by tyto informace přenášel rychlostí světla. Na Zemi přenášíme informace prostřednictvím rádiových kanálů nebo optických vláken, ale to je úplně jiná úroveň.
Přečtěte si také: O kvantových počítačích jednoduchými slovy
Trik s mincemi
Proč tedy neteleportujeme informace ve velkém měřítku, když se zdá, že tuto technologii ovládáme? No, všechno není tak jednoduché, jak by se mohlo zdát. Nemáme plně pod kontrolou, v jakém kvantovém stavu (a tím i výsledku teleportace) skončíme. Aby to vědci vysvětlili, používají příklad mince.
Máme dvě mince zapletené do kvantové dimenze. Každý může mít jeden ze dvou stavů – averzní nebo reverzní, jeden jde k odesílateli, druhý k příjemci. Po zapletení, pokud první ukazuje na líc, druhý musí také směřovat na líc. Naštěstí nebo bohužel to tak v kvantové fyzice víceméně funguje. S vědomím toho odesílatel začne otáčet první mincí a současně se mince otáčí tomu, komu byla zaslána. Zatímco se mince točí, nikdo neví výsledek. Ani odesílatel, ani příjemce. Dokud se coin odesílatele nezastaví, neví, jaké informace příjemci vlastně posílá. Zkrátka „něco“ posíláme, ale vlastně nevíme co. Dokud není odeslána, informace zůstává v superpozici.
Toto omezení znemožňuje odesílání konkrétních informací v této fázi vývoje, protože odesílatel nemůže určit, zda obdržíme to, co zamýšlel odeslat. Neexistuje tedy žádný přenosový kanál, který by kontroloval informace na obou stranách. Tady by nám mohly pomoci kvantové počítače, ale ty se teprve objevují a zatím jsou docela primitivní. Dnes si o nich povíme.
Přečtěte si také: Blockchainy zítřka: Budoucnost odvětví kryptoměn jednoduchými slovy
Je vůbec možná teleportace lidí?
Zde se dostáváme k pro mnohé nejdůležitější otázce. Můžeme tedy vůbec uvažovat o teleportování lidí nebo jiných organismů na základě reality dneška? No, asi není na Zemi jediný člověk, který by na tuto otázku dokázal jednoznačně odpovědět. Při pohledu na směr vývoje si však osobně myslím, že by se na něj mělo prozatím zapomenout. Proč?
Všimněte si, že když mluvíme o teleportaci, vždy mluvíme o přenosu stavu částic. Proto musí být tato částice v nějakém „definovaném“ stavu. Mezitím se lidský mozek mění každou mikrosekundu. Miliardy synapsí, elektronů, impulsů – tento proces je téměř nemožné zastavit. Může se zdát, že mozek je místo, kde se ukládají informace přijaté z okolí. Pak by možná bylo možné teleportovat osobu s těmito informacemi, ale určitě by to nebyla ta samá osoba se stejným mozkem, jako když byl „tah“ proveden. Ostatně stav sám o sobě je jakýmsi záznamem a v případě našeho nervového centra neexistuje ani počáteční „stav“. Pokud nemluvíme o psychice.
Jsou to samozřejmě pouze dohady a domněnky, protože v tuto chvíli nikdo nedokáže jednoznačně předpovědět, co budoucnost přinese. Současný směr výzkumu a vývoje teleportačních technologií nám však dává pochopit, že půjdeme jiným směrem.
Je budoucnost teleportace spojena s kvantovými počítači?
Existuje tedy budoucnost v teleportaci a co to je? Další průlom v tomto tématu nastal v roce 2019. Jak jsme již zmínili, teleportace kvantového stavu je teoreticky možná na libovolnou vzdálenost. Pouze teoreticky, protože to ještě nebylo plně prozkoumáno, ale samotný fakt pohybu částice na vzdálenost více než 500 kilometrů to může dokázat. Víme také, že zdaleka nejsložitější jednotkou informace je nejmenší qubit (tj. známý „bit“ v superpozici).
Navzdory tomu se nám díky kolapsu pravděpodobnostní vlny během pozorování zatím podařilo teleportovat do stavu 0 nebo 1 a nic jiného. Před časem se dvěma nezávislým týmům vědců podařilo vyslat současně superpozici tří států, kterou nazvali cutter. Nebylo to však úplně úspěšné, ale samotný pokus dobře ukazuje, že vědci na teleportaci nezapomněli. Co to pro nás znamená? V kostce to znamená, že velmi pomalu, ale stále zvyšujeme výkon, což v budoucnu může vést k prvnímu plnému přenosu informací.
Na konci roku 2019 byla situace ještě zajímavější. Tým vědců z Curychu se podařilo teleportovat kvanta dat. Mezi nezávisle pracujícími počítačovými systémy bylo během jedné sekundy přeneseno 10000 XNUMX kvantových bitů (qubitů). Postavili počítačový čip s elektronikou o velikosti tří mikronů. Dva byly vysílače, zatímco třetí byl přijímač. Provázané elektrony při teplotách blízkých absolutní nule znamenaly, že se data odeslaná do vysílače objevila i v přijímači, tedy podle principů kvantové fyziky. A proč se bavíme o teleportaci a nejen o přenosu dat? No, protože mezi systémy nebyl žádný drát nebo jiná určená cesta.
Domnívám se, že všechny výše diskutované problémy vytvářejí spíše pesimistickou verzi událostí, která zase bude odrážet vaše nadšení pro toto téma. Ale není čas propadnout panice a ztratit zájem o téma teleportace. Věda nestojí na místě. S rozvojem výzkumu teleportace stavu kvantových částic se konečně začalo objevovat zařízení v podobě kvantových počítačů. "Co to má společného s naším tématem?" - ptáš se. No, s jejich pomocí chceme dosáhnout vytvoření samostatného kvantového kanálu. Díky tomu bude možné informace teleportovat, namísto jejich odesílání, jako je tomu nyní, mimo jiné pomocí optických vláken (hovoříme samozřejmě o „tradiční distribuci“, nikoli o kvantových částicích) . Ano – jde o způsob domnělého vlivu „odesilatele mince“ na výsledek jejího oběhu na minci příjemce.
Práce takových počítačů je zajímavé popsat, pokud chápete, že kvantový počítač nelze srovnávat s obyčejným stolním PC. To je stejné, jako kdybychom řekli, že žárovka je jen „silnější svíčka“. Jde o zcela odlišné technologie, které si nejsou ani podobné. A stejně jako moderní počítače pracují se dvěma stavy ve dvojkové soustavě (0 a 1), mohou kvantové počítače pracovat se stavy, které jsou v superpozici. Mohou tedy být například 60 % nula a 40 % jedna zároveň. To zní složitě, takže přejdeme k jinému příkladu.
S počítačem si hrajeme „obverse or reverse“ (už jsem zmínil, že je to oblíbený příklad vědců při vysvětlování kvantových stavů). Avers je standardně na stole. V prvním kole může počítač hodit mincí nebo ji nechat beze změny, ale výsledek konečného rozhodnutí neznáme. Pak dostaneme stejnou příležitost a počítač také nezná výsledek. Po několika kolech se zkontroluje stav mince. Pokud se avers změnil, vyhrává počítač, jinak vyhráváme my. To nám dává přesně 50% šanci na výhru.
Pokud budeme hrát stejnou hru s kvantovým počítačem, bude mít počítač v podstatě 100% šanci na výhru (ve studii vyhrál 97 % ve více než 300 různých hrách, zbývající 3 % jsou pravděpodobně… kvůli systémové chybě). Ale jak je to možné? Představte si, že si počítač každé kolo zachovává svoji superpozici, protože ho nevidí žádný pozorovatel (nikdo z okolí včetně nás). Automat přitom rozhodne 30 % pro avers a 70 % pro opuštění současného stavu, v dalším kole volí jiný. Nejdůležitější ale je, že kvantový počítač volí vždy dva různé stavy (když vybereme jen jeden). Na samém konci hry, když je výsledek odhalen, se vlna pravděpodobnosti zlomí a... vyhraje.
Klame nás kvantový počítač? Ne! Vím, že je to těžké pochopit, ale představte si, že během těchto několika kol počítač nalije do jedné misky dvě různé šťávy v různém poměru a na samém konci oddělí obě složky směsi, doslova „překoná“ pravděpodobnost a vždy správná volba. Je těžké tomu uvěřit, ale v praxi se to přesně děje.
Obskurní jev, ale je dobrým příkladem síly kvantové fyziky. Na úrovni kvantových molekul by takový počítač mnohem lépe vyvíjel například nové léky. Určitě by se nám to v podmínkách pandemie a k překonání dalších nemocí hodilo. Nejdůležitější ale je, že takový počítač bude užitečný při vývoji teleportačních informačních technologií. A to nejsou triviální slova! Až bude na světě mnoho kvantových počítačů, kvantové molekuly každého z nich se budou moci vzájemně mísit (párovat). Pokud pak změníme vlastnost jednoho z nich, změníme i stav párové molekuly. Konečně bude možné zasílat informace, protože ihned po jejich odeslání lze určit počáteční a konečný stav. V každém případě si připomeňme úspěchy kvantového superpočítače od Googlu. Za 200 sekund provedl výpočty, které by vyžadovaly... 10 let provozu nejrychlejšího „normálního“ superpočítače. Takže můžete vidět obrovský potenciál a sílu, kterou v sobě nese.
Vznikl by tak zcela nový přenosový kanál, o kterém se nám ani nesnilo. Stejně jako nyní optické vlákno nebo rádiový kanál. A protože, jak již bylo zmíněno, teoreticky neexistuje žádná hranice pro teleportační vzdálenost kvantového stavu, budeme také schopni v okamžiku komunikovat s jinými planetami. A to extrémně bezpečným způsobem. Díky teleportaci by bylo i teoreticky nemožné „chytit“ informace. Na druhou stranu, kdyby byla teleportace možná, inteligentní člověk by našel způsob, jak to udělat. Možná toho ještě tolik nevíme, a proto nejsme tak docela homo sapiens...
A nyní jsme se dostali na konec rozhovoru o současném a budoucím stavu vývoje teleportace. Nutno přiznat, že plány do budoucna vypadají mnohem zajímavěji, tím spíše, že ne všechny jsou tak daleko, jak si možná myslíte. Je třeba si také uvědomit, že nemůžeme předvídat, jaká bude budoucnost ve skutečnosti. Moderní svět dokázal, že to, co se před 30 lety zdálo jako fantazie, se dnes stává realitou. Všechny teze (zejména ty, které se týkají teleportace člověka) vycházejí z dostupných informací a prognóz vývoje výzkumu. Proto doufáme, že technologie kvantových počítačů bude brzy dostupnější a srozumitelnější. A samozřejmě chceme, aby tato revoluce proběhla ještě za našeho života. Opravdu chci vidět, jak se člověk může okamžitě přesunout na Mars nebo Alfa Centauri. Sny, sny, sny...
Přečtěte si také: