ΕΙΝΑΙ ΕΦΙΚΤΗ; Κβαντική τηλεμεταφορά.

Η «διακτίνηση» αντικειμένων στην επιστημονική φαντασία και η πραγματικότητα

Το σκηνικό είναι γνωστό: Μια ομάδα αστροναυτών εξερευνητών μπαίνει σε έναν ειδικό χώρο, φώτα λαμπυρίζουν, ηχητικά εφέ ακούγονται και οι ήρωες της κινηματογραφικής ταινίας παύουν να υπάρχουν στο συγκεκριμένο σημείο και εμφανίζονται αυτοστιγμής, και σα να μη συνέβη τίποτα, στην επιφάνεια ενός πλανήτη!

Είναι το όνειρο της τηλεμεταφοράς, της δυνατότητας δηλαδή μακρινών ταξιδιών, χωρίς την επιβίβαση σε κάποιου είδους μεταφορικό μέσο και την ταλαιπωρία του ταξιδιού. Αν και η τηλεμεταφορά μεγάλων αντικειμένων και ανθρώπων παραμένει φαντασία, η κβαντική τηλεμεταφορά έχει ήδη γίνει πραγματικότητα για τα φωτόνια, τα μεμονωμένα σωματίδια του φωτός.

Η κβαντική τηλεμεταφορά εκμεταλλεύεται ένα από τα πιο θεμελιώδη, αλλά και περίεργα χαρακτηριστικά της κβαντομηχανικής, δηλαδή του κλάδου της φυσικής που δημιουργήθηκε στο πρώτο τέταρτο του 20ού αιώνα, για να εξηγήσει τα φαινόμενα που συμβαίνουν στην ύλη στο επίπεδο των ατόμων και των υποατομικών σωματιδίων. Πολλά από τα συμπεράσματα της κβαντομηχανικής αντιβαίνουν προς την κοινή λογική.

Η τεχνολογική πρόοδος, ιδίως στο τελευταίο τέταρτο του αιώνα επέτρεψε την πειραματική απόδειξη πολλών απ' αυτά τα συμπεράσματα, αλλά ακόμα και τη χρήση τους για την υλοποίηση προηγουμένως ασύλληπτων στόχων, όπως στην περίπτωση της κβαντικής τηλεμεταφοράς.

Οι... ευκολίες της φαντασίας

Στην επιστημονική φαντασία, η αυτοστιγμής τηλεμεταφορά παραβιάζει το όριο ταχύτητας που υπάρχει στη φύση και σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας είναι η ταχύτητα του φωτός, δηλαδή περίπου 300.000 χιλ. την ώρα. Αν αφήσουμε αυτή την παραβίαση κατά μέρος, η τηλεμεταφορά γίνεται ως εξής: Μια συσκευή σαρώνει το αντικείμενο, για να πάρει όλη την πληροφορία που χρειάζεται, ώστε να το περιγράψει.

Ενας πομπός μεταδίδει την πληροφορία στο σταθμό λήψης (στο γνωστό «Star Trek» δεν υπάρχει καν σταθμός λήψης), όπου η πληροφορία χρησιμοποιείται για την κατασκευή ενός ακριβούς αντιγράφου του αντικειμένου. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η ίδια η ύλη του αντικειμένου τηλεμεταφέρεται σαν «ενέργεια» κάποιου είδους, ενώ σε άλλες το αντίγραφο κατασκευάζεται από ύλη που βρίσκεται ήδη στο σταθμό λήψης.

Η κβαντομηχανική κάνει ένα τέτοιο είδος τηλεμεταφοράς αδύνατο. Η αρχή της Απροσδιοριστίας του Χάιζενμπεργκ δεν επιτρέπει την ταυτόχρονη γνώση της θέσης και ταχύτητας ενός αντικειμένου του μικρόκοσμου. Γι' αυτό, η απόλυτα σωστή σάρωση ενός αντικειμένου είναι αδύνατη: η θέση και η ταχύτητα κάθε ατόμου και ηλεκτρονίου θα καταγραφόταν με λάθη. Η ίδια αρχή εφαρμόζεται και σε άλλα ζεύγη φυσικών μεγεθών, απαραίτητων για την πλήρη κβαντική περιγραφή ενός αντικειμένου....οι παραξενιές της Κβαντομηχανικής

Ωστόσο, το 1993, μια ομάδα φυσικών από τις ΗΠΑ, τον Καναδά και το Ισραήλ ανέτρεψε ως ένα βαθμό το σκηνικό των απαγορευτικών περιορισμών, χρησιμοποιώντας την ίδια την κβαντομηχανική, για να πετύχει την τηλεμεταφορά! Ανακάλυψαν, ότι ένα από τα παράξενα της κβαντομηχανικής, ο εναγκαλισμός (λέγεται και συσχέτιση) σωματιδίων, μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι, βέβαια, για την παραβίαση της αποδεδειγμένης αρχής της Απροσδιοριστίας, αλλά για την παράκαμψή της.

Ο Αϊνστάιν είχε ονομάσει τον κβαντικό εναγκαλισμό «παράξενη εξ αποστάσεως επίδραση», γιατί αυτό το φαινόμενο προβλέπει ότι οσοδήποτε μακριά και αν βρίσκονται δύο εναγκαλισμένα σωματίδια, μια αλλαγή στην εναγκαλισμένη ιδιότητα του ενός προκαλεί ακαριαία την ίδια αλλαγή στην ίδια ιδιότητα του άλλου. `Η πιο σωστά, η μέτρηση της εναγκαλισμένης ιδιότητας του ενός εξασφαλίζει ότι την ίδια μέτρηση θα δώσει και το άλλο.

Ας υποθέσουμε ότι έχουμε δύο εναγκαλισμένα φωτόνια ως προς την πόλωση (ιδιότητα του φωτός). Αν ένας πειραματιστής π.χ. στον Αλφα Κενταύρου συνδυάσει το ένα απ' αυτά με ένα τρίτο φωτόνιο, μετρήσει τη σχέση των πολώσεών τους και μεταδώσει το αποτέλεσμα της μέτρησης σε πειραματιστή που βρίσκεται στη Γη και διαθέτει το δεύτερο εναγκαλισμένο φωτόνιο, ο πειραματιστής αυτός μπορεί να συνδυάσει την πληροφορία της σχέσης των πολώσεων με την κατάσταση του εναγκαλισμένου φωτονίου (που εξασφαλισμένα είναι ίδια με εκείνη του «αδερφού» του στον Κένταυρο) και να αναπαραγάγει στη Γη την κατάσταση του τρίτου φωτονίου στον Κένταυρο.

Επειδή σε καμία φάση της διαδικασίας δε μετράται απευθείας η πόλωση των φωτονίων, δεν παραβιάζεται η αρχή της Απροσδιοριστίας. Ούτε η θεωρία της Σχετικότητας παραβιάζεται, αφού για τη μετάδοση της μέτρησης από τον Κένταυρο στη Γη πρέπει να χρησιμοποιηθούν συμβατικά μέσα, που υπόκεινται στο όριο της ταχύτητας του φωτός. Το σενάριο αυτό έχει ήδη πραγματοποιηθεί όχι βέβαια μεταξύ Αλφα Κενταύρου και Γης, αλλά σε επιτραπέζια πειραματική διάταξη, με την ίδια, όμως, αποδεικτική αξία.... και οι δυσκολίες της πραγματικότητας

Η κβαντική τηλεμεταφορά δε σημαίνει ότι είναι εφικτή η τηλεμεταφορά μακροσκοπικών αντικειμένων. Για την πραγματοποίησή της προϋποθέτει καθαρές κβαντικές καταστάσεις. Κι αν τα φωτόνια δεν αλληλεπιδρούν πολύ με τον αέρα, το ίδιο δε συμβαίνει με τα άτομα και τα μόρια των αντικειμένων. Αρα, λοιπόν, τηλεμεταφορά ανθρώπων σε κενό αέρος;...

Επιπλέον, όσο μεγαλύτερο είναι ένα αντικείμενο, τόσο πιο εύκολα διαταράσσεται η κβαντική του κατάσταση (π.χ. από τη θερμική ακτινοβολία του περιβάλλοντος) γι' αυτό άλλωστε και δε βλέπουμε κβαντικά φαινόμενα στην καθημερινή μας ζωή. Τέλος, η ποσότητα της πληροφορίας για την πλήρη καταγραφή της κβαντικής κατάστασης είναι τεράστια.

Για ένα σώμα βάρους μερικών γραμμαρίων είναι σε bits ο αριθμός 1 με 24 μηδενικά! Και όλα αυτά χωρίς να ληφθούν υπόψη τεχνολογικά προβλήματα, όπως η σάρωση και η χρήση της πληροφορίας για την ανασύνθεση του αντικειμένου.                                                           Γερμανοί επιστήμονες πραγματοποίησαν «τηλεμεταφορά» αντικειμένου [βίντεο]

Η τηλεμεταφορά, ή αλλιώς «διακτινισμός», όπως έγινε γνωστή από το «Star Trek», αποτελεί ένα από τα πιο παλιά όνειρα της επιστημονικής φαντασίας, και κατ'επέκτασιν της επιστήμης και τεχνολογίας γενικότερα (ακόμα και αν σε κάποιες περιπτώσεις η χρήση της δεν είχε και τόσο ευχάριστες επιπτώσεις, αν κρίνει κανείς από την κινηματογραφική «Μύγα» - «The Fly» του 1986).

 

Η συσκευή που δημιούργησαν Γερμανοί επιστήμονες δεν «τηλεμεταφέρει» ακριβώς αντικείμενα, από την άποψη ότι δεν μεταφέρει το ίδιο το αντικείμενο σε άλλο σημείο του χώρου, ωστόσο κατά κάποιον τρόπο καταφέρνει να παρέχει μια τέτοια υπηρεσία, σαρώνοντας ένα αντικείμενο και στη συνέχεια (ανα)δημιουργώντας το σε άλλο σημείο, μέσω τρισδιάστατης εκτύπωσης.

 

Όπως αναφέρεται σε σχετικό δημοσίευμα της Telegraph, από τη στιγμή που η συσκευή αποτελεί, τρόπον τινά, ένα πολύ πρώιμο «πρωτότυπο» για έναν τηλεμεταφορέα σαν αυτούς του Star Trek, οι δημιουργοί του το ονόμασαν «Scotty» (από το διάσημο «Beam me up, Scotty!» του πλοιάρχου Κερκ, που αποτελεί μια από τις πλέον χαρακτηριστικές φράσεις της σειράς).

 

Η συσκευή σαρώνει μικρά αντικείμενα με κάμερα στρώμα-στρώμα, καθώς παράλληλα το καταστρέφει. Η διαδικασία αυτή, που γίνεται σε στρώματα, καθιστά δυνατή τη δημιουργία μίας λεπτομερούς εικόνας/ μοντέλου του αντικειμένου, περιλαμβανομένων και κοιλοτήτων στο εσωτερικό του.

 

Το ακριβές αυτό μοντέλο στη συνέχεια κρυπτογραφείται και μεταδίδεται μέσω του Ίντερνετ σε μια δεύτερη συσκευή, η οποία το αναδομεί μέσω 3D εκτύπωσης. Όλη αυτή η διαδικασία δεν γίνεται εύκολα αντιληπτή από τον χρήστη, ο οποίος το μόνο που έχει να κάνει είναι να τοποθετήσει το αντικείμενο στη συσκευή- αποστολέα, να κατονομάσει τον παραλήπτη και να πατήσει το κουμπί «μεταφοράς».

 

Οι δημιουργοί του αναφέρουν ότι η μηχανή τους πρακτικά «μετεγκαθιστά φυσικά αντικείμενα σε μεγάλες αποστάσεις». 

«Ο Scotty εγγυάται ότι ένα προσωπικό, χειροποίητο δώρο παραμένει μοναδικό όταν αποστέλλεται σε μεγάλες αποστάσεις, καθώς δεν μένει άλλο αντίγραφο- μία σημαντική διάσταση, η οποία δίνει έμφαση στη σχέση οικειότητας μεταξύ του αποστολέα και του παραλήπτη» αναφέρεται στο σχετικό paper.

 

Η ομάδα του Ινστιτούτου Hasso Plattner στη Γερμανία, σχεδιάζει την ανάπτυξη πιο εξελιγμένων εκδόσεων της συσκευής, που θα επιτρέπουν ακριβέστερη αναδόμηση αντικειμένων.