KWANTOWA TELEPORTACJA, CZYLI NAJKRÓTSZA DROGA OD A DO B
Termin teleportacja często pojawia się w powieściach fantastycznonaukowych i w pracach szarlatanów zajmujących się paranauką. Oznacza natychmiastowe przeniesienie obiektu z jednego miejsca do drugiego; efekt, zdawałoby się, sprzeczny ze wszystkimi kanonami współczesnej nauki. Tymczasem najpoważniejsze czasopisma naukowe, „Nature" i „Physical Review Letters", doniosły właśnie o doświadczalnym potwierdzeniu istnienia zjawiska teleportacji przez dwie niezależne grupy naukowców: austriacką pod kierownictwem Antona Zeilingera i włoską Francesco De Martini. Oczywiście, rzeczywistość fizyczna okazała się dużo bardziej skomplikowana i znacznie ciekawsza niż najśmielsze wyobrażenia fantastów.
Idea eksperymentu przeprowadzonego przez Zeilingera i De Martini (obie grupy zastosowały nieco różniące się układy doświadczalne) została zaproponowana i szczegółowo przeanalizowana w teoretycznej pracy międzynarodowej grupy fizyków, opublikowanej kilka lat temu. Polegała ona na wykorzystaniu znanego od wielu lat i potwierdzonego eksperymentalnie zjawiska „kwantowego splecenia" (entanglement): w układzie dwóch cząstek istnieją zazwyczaj niezmienne wielkości charakteryzujące go jako całość, a będące w pewnym sensie złożeniem elementarnych własności obu cząstek. Jeśli zmienić własność jednej z cząstek, to zgodnie z przewidywaniami mechaniki kwantowej własności drugiej ulegną również natychmiastowej zmianie, niezależnie od dzielącej je odległości. Można to sobie wyobrazić następująco: w pokoju dziecięcym mamy dwa pudełka z klockami i wiemy, ile jest wszystkich klocków (np. 100). Jeśli więc zostawimy dziecko samo i po powrocie do domu każemy mu posprzątać, to wystarczy policzyć klocki w jednym pudełku (np. 39), żeby natychmiast wiedzieć, ile znajduje się w drugim (w tym przypadku 61).
Zjawisko to można wykorzystać do przekazywania informacji następująco. Przypuśćmy, że nadawca Alicja i odbiorca Jacek, oddaleni od siebie o lata świetlne, dysponują po jednej ze splecionych ze sobą cząstek. Splecenie to jest bardzo delikatnej natury i cząstki muszą być bardzo dokładnie odizolowane od otoczenia. Karolina, trzecia postać w naszym eksperymencie, przekazuje Alicji inną cząstkę; informacja o jej stanie ma dotrzeć do Jacka. Cząstka Karoliny oddziałuje z cząstką Alicji, zmieniając stan tej ostatniej. Oznacza to jednak, że w tym samym momencie zmienia się również stan cząstki Jacka, wskutek czego może on wydedukować, jaką informację podała Karolina. Okazuje się również, że w trakcie eksperymentu cząstka Karoliny ulega w pewnym sensie zniszczeniu: informacje o jej pierwotnym stanie zostają wymazane, jakby za pomocą „kwantowej gumki". Tak, więc cząstka Karoliny „znika" w miejscu, w którym znajduje się Alicja, a „pojawia" się u Jacka. Słowem teleportuje się z jednego miejsca do drugiego jak kapitan Kirk w Star Trek.
Czy oznacza to, że, w sprzeczności z teorią względności Einsteina, można przekazywać informację szybciej niż z prędkością światła? Okazuje się, że nie. Wiadomość otrzymana przez Jacka nie określa w pełni stanu cząstki Karoliny; Alicja musi dosłać mu resztę informacji metodami konwencjonalnymi najszybciej z prędkością światła. To tak jakby Jacek dostał zaszyfrowaną wiadomość, ale aby ją odczytać, musi poczekać na dotarcie kodu szyfrującego.
Dokładna analiza procesu kwantowej teleportacji wykazuje, że nie da się go wykorzystać, jak chcą autorzy powieści fantastycznych, do natychmiastowego przenoszenia ludzi lub też statków kosmicznych z jednego do drugiego miejsca we Wszechświecie. Może mieć jednak zastosowanie przy budowie tzw. komputerów kwantowych, które rozwiązywałyby niektóre problemy znacznie szybciej niż komputery klasyczne.
Ponieważ istnieją przesłanki, że mózg ludzki może być w istocie komputerem kwantowym (dokładną analizę tej hipotezy znaleźć można w znakomitej książce Rogera Penrose'a Nowy umysł cesarza), zrozumienie zjawiska kwantowej teleportacji może mieć fundamentalne znaczenie dla neurologii i analizy ludzkiego umysłu. Ponadto „kwantowe teleportatory", być może, da się wykorzystać do niezawodnego przekazywania informacji w sytuacjach, kiedy występują bardzo duże szumy i zakłócenia oraz do jej efektywnego gromadzenia.