Teleportatsioon – reaalsus: väljaspool ulmet

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Ulmefilmide kangelaste jaoks on teleportatsioon tavaline asi. Üks nupuvajutus – ja nad lahustuvad õhus, nii et paari sekundiga satuvad nad sadade ja tuhandete kilomeetrite kaugusele: mõnele teisele riigile või isegi teisele planeedile.

Kas selline liikumine on tõesti võimalik või jääb teleportatsioon igaveseks kirjanike ja stsenaristide unistuseks? Kas selles valdkonnas tehakse mingeid uuringuid – ja kas oleme isegi veidi lähemal fantastiliste märulifilmide kangelastele nii tuttava tehnoloogia rakendamisele?

Lühike vastus sellele küsimusele on jah, katsed on käimas ja väga aktiivselt. Lisaks avaldavad teadlased regulaarselt teadusajakirjades artikleid edukatest kvantteleportatsiooni katsetest – üha suurematele ja suurematele kaugustele.

Ja kuigi paljud kuulsad füüsikud kahtlevad, kas me kunagi suudame inimesi teleportida, on mõned eksperdid palju optimistlikumad ja kinnitavad, et teleportreerumine saab reaalsus mõne aastakümne pärast.

Valed, kuulujutud ja lood

Kõigepealt teeme selgeks, millest me täpselt räägime. Teleportatsiooni all peame silmas objektide hetkelist liikumist mis tahes kaugusel, ideaalis valguse kiirusest kiiremini.

Sõna enda leiutas 1931. aastal Ameerika publitsist Charles Fort, kellele meeldis uurida paranormaalseid nähtusi. Analoogiliselt "televisiooniga", mis on tuletatud kreeka sõnast τῆλε ("kaugel") ja ladinakeelsest videost ("nägema"), leiutas ta oma raamatus "Taeva vulkaanid" termini, mis kirjeldab objektide seletamatut liikumist ruumis. Ladina porto tähendab "kandma") …

"Selles raamatus vaatlen eelkõige tõendeid selle kohta, et on olemas mingisugune edasikanduv jõud, mida ma nimetan teleportatsiooniks. Mind süüdistatakse otseste valede, kuulujuttude, muinasjuttude, pettuste ja ebausu kokkupanemises. Mõnes mõttes arvan nii. ise. Ja mõnes mõttes ei. Ma lihtsalt esitan andmeid," kirjutab Fort.

Selliste liikumiste kohta liigub tõepoolest palju müüte – näiteks laialt levinud legend 1943. aasta Philadelphia eksperimendist, mille käigus teleporteeriti väidetavalt Ameerika hävitaja Eldridge 320 km kaugusele.

Praktikas osutuvad aga kõik sellised lood vaid vandenõuteoreetikute spekulatsioonideks, mille kohaselt varjavad võimud avalikkuse eest igasuguseid tõendeid teleportatsioonijuhtumite kohta kui sõjasaladust.

Tegelikult on asi vastupidi: teadusringkondades arutatakse laialdaselt kõiki selle valdkonna saavutusi. Näiteks vaid nädal tagasi rääkisid Ameerika teadlased uuest edukast kvantteleportatsiooni eksperimendist.

Liigume linnalegendidelt ja fantastiliselt kirjanduselt range teaduse juurde.

Punktist A punkti B…

Tõelise, mitte väljamõeldud teleportatsiooni lugu sai alguse 1993. aastal, kui Ameerika füüsik Charles Bennett tõestas matemaatiliselt – kasutades valemeid – hetkeliste kvantnihete teoreetilist võimalikkust.

Loomulikult olid need puhtalt teoreetilised arvutused: abstraktsed võrrandid, millel pole praktilist rakendust. Ent samamoodi - matemaatiliselt - avastati juba näiteks mustad augud, gravitatsioonilained ja muud nähtused, mille olemasolu sai katseliselt kinnitust palju hiljem.

Nii said Bennetti arvutused tõeliseks sensatsiooniks. Teadlased hakkasid selles suunas aktiivselt uurimistööd läbi viima - ja esimene edukas kvantteleportatsiooni eksperiment viidi läbi mõne aasta jooksul.

Siinkohal tuleb rõhutada, et jutt käib kvantteleportatsioonist ja see pole päris sama asi, mida oleme harjunud ulmefilmides nägema. Ühest kohast teise ei edastata mitte materiaalset objekti ennast (näiteks footonit või aatomit - kõik koosneb ju aatomitest), vaid teavet selle kvantoleku kohta. Kuid teoreetiliselt piisab sellest, et "taastada" algne objekt uude asukohta, olles saanud selle täpse koopia. Pealegi tehakse selliseid katseid juba edukalt laborites – aga sellest lähemalt allpool.

Maailmas, millega oleme harjunud, on seda tehnoloogiat kõige lihtsam võrrelda koopiamasina või faksiga: te saadate mitte dokumenti ennast, vaid teavet selle kohta elektroonilisel kujul - kuid selle tulemusena on adressaadil täpne koopia. Selle olemusliku erinevusega, et teleportatsiooni puhul hävib saadetud materiaalne objekt ise ehk kaob - ja jääb vaid koopia.

Proovime välja mõelda, kuidas see juhtub.

Kas Jumal mängib täringut?

Kas olete kuulnud Schrödingeri kassist – sellest, kes istub kastis ei elus ega surnud? Selle algse metafoori leiutas Austria füüsik Erwin Schrödinger, kirjeldamaks elementaarosakeste salapärast omadust – superpositsiooni. Fakt on see, et kvantosakesed võivad olla korraga mitmes olekus, mida me maailmas oleme harjunud üksteist täielikult välistama. Näiteks elektron ei tiirle ümber aatomi tuuma, nagu me varem arvasime, vaid paikneb samaaegselt kõigis orbiidi punktides (erineva tõenäosusega).

Kuni me kassi kasti avasime, st me ei mõõtnud osakese omadusi (meie näites ei määranud me elektroni täpset asukohta), ei ole seal istuv kass lihtsalt elus ega surnud – see on mõlemad elus ja surnud korraga. Aga kui karp on avatud ehk siis mõõtmine tehtud, on osake ühes võimalikust olekust – ja see ei muutu enam. Meie kass on kas elus või surnud.

Kui te ei saanud sel hetkel enam millestki aru - ärge muretsege, keegi ei saa sellest aru. Kvantmehaanika olemust pole maailma säravaimad füüsikud juba pikki aastakümneid selgitanud.

Teleportatsiooniks kasutatakse kvantpõimumise fenomeni. See on siis, kui kaks elementaarosakest on sama päritoluga ja üksteisest sõltuvas olekus – teisisõnu on nende vahel mingi seletamatu seos. Tänu sellele võivad takerdunud osakesed üksteisega "suhelda", olles isegi üksteisest tohutul kaugusel. Ja kui teate ühe osakese olekut, saate absoluutse kindlusega ennustada teise osakese olekut.

Kujutage ette, et teil on kaks täringut, mis annavad alati seitse. Sa raputasid neid klaasi ja viskasid ühe luu selja taha ja teise enda ette ning katsid selle peopesaga. Kätt tõstes nägid, et viskasid näiteks kuue – ja nüüd võid kindlalt väita, et teine luu selja taga kukkus ühe võrra välja. Kahe arvu summa peab ju võrduma seitsmega.

Kõlab uskumatult, eks? Meile harjumuspäraste täringutega selline arv ei tööta, kuid takerdunud osakesed käituvad täpselt nii – ja ainult nii, kuigi ka selle nähtuse olemus trotsib seletust.

"See on kvantmehaanika kõige uskumatum nähtus, seda on võimatu isegi mõista," ütleb MIT-i professor Walter Levin, üks maailma hinnatumaid füüsikuid. Vööd! Võime vaid öelda, et ilmselt meie maailm toimib nii."

See aga ei tähenda sugugi, et seda salapärast nähtust praktikas kasutada ei saaks – ju kinnitavad seda korduvalt nii valemid kui katsed.

Praktiline teleportatsioon

Teleportatsiooni praktilised katsed said alguse umbes 10 aastat tagasi Kanaari saartel Austria füüsiku, Viini ülikooli professori Anton Zeilingeri juhendamisel.

Palma saare laboris loovad teadlased paari takerdunud footoneid (A ja B) ning seejärel saadetakse üks neist laserkiire abil teise laborisse, mis asub 144 km kaugusel naabersaarel Tenerifel. Pealegi on mõlemad osakesed superpositsioonis – ehk me pole veel "kassi kasti avanud".

Seejärel ühendatakse korpusega kolmas footon (C) – see, mida tuleb teleporteerida – ja nad panevad selle interakteeruma ühe takerdunud osakesega. Seejärel mõõdavad füüsikud selle interaktsiooni parameetreid (A + C) ja edastavad saadud väärtuse Tenerifel asuvasse laborisse, kus asub teine takerdunud footon (B).

A ja B vaheline seletamatu seos võimaldab muuta B osakese C täpseks koopiaks (A + C-B) - justkui liiguks see hetkega ühelt saarelt teisele ilma ookeani ületamata. See tähendab, et ta teleporteerus.

"Me eraldame omamoodi teabe, mida originaal sisaldab, ja loome mujal uue originaali," selgitab Zeilinger, kes on juba tuhandeid ja tuhandeid elementaarosakesi sel viisil teleporteerinud.

Kas see tähendab, et tulevikus saavad teadlased niimoodi teleportida mis tahes objekte ja isegi inimesi – me ju koosneme ju ka sellistest osakestest?

Teoreetiliselt on see vägagi võimalik. Peate lihtsalt looma piisava arvu takerdunud paare ja kandma need erinevatesse kohtadesse, asetades need "teleportatsioonikabiinidesse" - näiteks Londonisse ja Moskvasse. Sisenete kolmandasse kabiini, mis töötab nagu skanner: arvuti analüüsib teie osakeste kvantseisundit, võrdleb neid takerdunud osakestega ja saadab selle teabe teise linna. Ja seal toimub vastupidine protsess – ja teie täpne koopia luuakse takerdunud osakestest uuesti.

"Põhiprobleemid lahendatud"

Praktikas on asjad veidi keerulisemad. Fakt on see, et meie kehas on umbes 7 oktiljoni aatomit (pärast seitset on 27 nulli, see tähendab seitse miljardit miljardit miljardit) - see on rohkem kui tähed universumi vaadeldavas osas.

Ja lõppude lõpuks on vaja analüüsida ja kirjeldada mitte ainult iga üksikut osakest, vaid ka kõiki nendevahelisi seoseid - uude kohta tuleb need ju koguda ideaalis õiges järjekorras.

Sellist kogust teavet on peaaegu võimatu koguda ja edastada – vähemalt praegusel tehnoloogia arengutasemel. Pole teada, millal ilmuvad arvutid, mis on võimelised selliseid andmemahtusid töötlema. Nüüd töötatakse igal juhul selle nimel, et suurendada laborite vahemaad, mitte aga teleporteeritavate osakeste arvu.

Seetõttu usuvad paljud teadlased, et unistus inimeste teleporteerumisest on vaevalt teostatav. Kuigi näiteks New Yorgi kolledži professor ja tuntud teaduse populariseerija Michio Kaku on veendunud, et teleportatsioon saab reaalsuseks 21. sajandi lõpuks – ja võib-olla isegi 50 aasta pärast. Konkreetseid kuupäevi nimetamata nõustuvad temaga üldiselt ka mõned teised eksperdid.

"See on tehnoloogia täiustamise ja kvaliteedi parandamise küsimus. Kuid ma ütleksin, et põhiprobleemid on lahendatud – ja täiuslikkusele pole enam piire," ütleb Kopenhaageni ülikooli Niels Bohri instituudi professor Eugene Polzik.

Teel tekib aga palju muid küsimusi. Näiteks, kas sellise teleportatsiooni tulemusena saadud "minu koopia" on tõeline mina? Kas ta mõtleb samamoodi, tal on samad mälestused? Nagu varem mainitud, hävib ju saadetud eseme originaal kvantanalüüsi tulemusena.

"Kvantteleportatsiooni jaoks on teleporteeritava objekti hävitamine protsessis absoluutselt vajalik ja vältimatu," kinnitab Edward Farhi, kes juhtis aastatel 2004–2016 MIT-i teoreetilise füüsika keskust ja töötab nüüd Google'is. "Ma arvan, et te lihtsalt teeksite muutuda neutroniteks, prootoniteks ja elektronideks. Sa ei näeks oma parima välja.

Teisest küljest, puhtalt materialistlikust vaatenurgast ei määra meid mitte osakesed, millest oleme valmistatud, vaid nende olek – ja see teave edastatakse teadlaste sõnul ülitäpselt.

Tahaks uskuda, et see nii on. Ja et inimkonna unistus teleportatsioonist ei muutuks reaalsuseks kuulsas õudusfilmis, kus peategelane ei märganud, kuidas kärbes kogemata tema teleportatsioonikabiini lendas …