ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ ΚΑΙ ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΔΙΚΤΥΩΣΗ. ΤΟ ΚΒΑΝΤΙΚΟ ΙΝΤΕΡΝΕΤ ΕΙΝΑΙ ΤΟ ΜΕΛΛΟΝ ΤΟΥ ΔΙΑΔΙΚΤΥΟΥ.

ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΗ ΕΝΗΜΕΡΩΣΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΔΙΕΜΠΛΟΚΗ

KΒΑΝΤΙΚΗ ΣΥΜΠΛΕΞΗ: ΤΟ ΠΙΟ ΠΑΡΑΞΕΝΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΚΟΣΜΟΥ, ΠΟΥ ΘΑ ΑΠΑΣΧΟΛΗΣΕΙ ΚΑΘΟΡΙΣΤΙΚΑ ΤΗΝ ΑΝΘΡΩΠΟΤΗΤΑ ΤΟΥ 22ου ΑΙΩΝΑ.

Ο ΑΪΝΣΤΑΪΝ ΕΚΛΕΨΕ ΤΟΝ ΤΥΠΟ Ε=Μ.C² ΑΠΟ ΤΟΝ ΑΥΣΤΡΙΑΚΟ ΦΥΣΙΚΟ ΦΡΙΤΣ ΧΑΖΕΝΕΡΛ (Fritz Hasenöhrl).

ΒΡΗΚΑΜΕ ΜΙΑ ΤΕΤΑΡΤΗ ΧΩΡΙΚΗ ΔΙΑΣΤΑΣΗ. ΜΙΑ ΑΛΗΘΙΝΗ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΑΝΑΚΑΛΥΨΗ.

Με τον όρο τηλεμεταφορά εννοούμε τη διαδικασία της μεταφοράς, σχεδόν ακαριαίας, από έναν χώρο σε ένα άλλο, χωρίς τη χρήση συμβατικών μέσων.

Ο πρώτος που επινόησε αυτόν τον όρο ήταν ο συγγραφέας Charles Fort ο οποίος χρησιμοποίησε τον αγγλικό όρο teleportation ( πρόθεμα "tele-" από την ελληνική ρίζα "Τηλε-" = μακριά και τις τελευταίες συλλαβές του "transportation", δηλαδή μεταφορά).

Η πρώτη αναφορά για ένα σύστημα τηλεμεταφοράς σε ένα διήγημα επιστημονικής φαντασίας έγινε στο έργο The Man Without a Body  (1877) του David Page Mitchell, στο οποίο ένας επιστήμονας ανακαλύπτει μια μέθοδο για την αποδόμηση των ατόμων ενός γάτου και αντίστοιχη μεταφορά τους μέσω τηλεγράφου. Η ιδέα θα ξαναχρησιμοποιηθεί από τους συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας του 20ου αιώνα (από τα πιο επιφανή, το διήγημα The Fly του George Langelaan από το οποίο θα γυριστούν οι δύο ταινίες Το πείραμα του δόκτορα K και Η Μύγα), αγγίζοντας παγκόσμια διάδοση χάρη στην επιτυχία της τηλεοπτικής σειράς Star Trek και από τις κινηματογραφικές παραγωγές που ακολούθησαν.

Οι τρόποι που χρησιμοποίησαν οι συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας μπορούν να διακριθούν σε δύο τύπους :

μέσω αποδόμησης και αναδόμησης της ύλης

μέσω Πυλών (με ή χωρίς πέρασμα μέσω διαστατικών πυλών).

ΑΥΣΤΡΙΑΚΟΙ  ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΕΣ:  ΠΙΟ  ΚΟΝΤΑ  ΣΤΗΝ  ΣΥΝΘΕΤΗ  ΚΒΑΝΤΙΚΗ  ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ  

5 Νοεμβρίου 2018   Επιμέλεια Κειμένου: Κατερίνα Καλτσά  Ecozen.gr

Η πειραματική γνώση σύνθετων κβαντικών συστημάτων απαιτείται για μελλοντικές τεχνολογίες όπως οι κβαντικοί υπολογιστές και η κβαντική κρυπτογράφηση.

Οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου της Βιέννης και της Αυστριακής Ακαδημίας Επιστημών επιδίωξαν να χρησιμοποιήσουν πιο σύνθετα κβαντικά συστήματα από τα δισδιάστατα «entangled qubits» και έτσι μπορούν να αυξήσουν την ικανότητα πληροφόρησης με τον ίδιο αριθμό σωματιδίων.

Οι εξελιγμένες μέθοδοι και τεχνολογίες θα μπορούσαν στο μέλλον να επιτρέψουν τη τηλεμεταφορά σύνθετων κβαντικών συστημάτων. Τα αποτελέσματα της δουλειάς τους, «Experimental Greenberger-Horne-Zeilinger εμπλοκή πέρα ​​από τα qubits», δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο περιοδικό Nature Photonics.

Παρόμοια με τα bits σε συμβατικούς υπολογιστές, τα qubits είναι η μικρότερη μονάδα πληροφοριών σε κβαντικά συστήματα. Μεγάλες εταιρείες όπως η Google και η IBM ανταγωνίζονται ερευνητικά ινστιτούτα σε όλο τον κόσμο για να παράγουν έναν αυξανόμενο αριθμό εμπλεγμένων qubits και να αναπτύξουν έναν λειτουργικό κβαντικό υπολογιστή. Ωστόσο, η ερευνητική ομάδα ακολουθεί μια νέα πορεία για την αύξηση της ικανότητας πληροφόρησης των σύνθετων κβαντικών συστημάτων.

Η ιδέα πίσω από αυτό είναι απλή: Αντί να αυξάνεται μόνο ο αριθμός των σωματιδίων που εμπλέκονται, η πολυπλοκότητα κάθε συστήματος αυξάνεται. «Το ιδιαίτερο στο πείραμά μας είναι ότι για πρώτη φορά εμπλέκονται τρία φωτόνια πέρα ​​από τη συμβατική δισδιάστατη φύση», εξηγεί ο Manuel Erhard, πρώτος συγγραφέας της μελέτης.

Για το σκοπό αυτό, οι βιεννέζοι φυσικοί χρησιμοποίησαν κβαντικά συστήματα με περισσότερες από δύο πιθανές καταστάσεις – στη συγκεκριμένη περίπτωση, τη γωνιακή ορμή των επιμέρους ελαφρών σωματιδίων. Αυτά τα μεμονωμένα φωτόνια έχουν τώρα μεγαλύτερη ικανότητα πληροφόρησης από τα qubits.

Ωστόσο, η εμπλοκή αυτών των ελαφρών σωματιδίων αποδείχθηκε δύσκολη σε εννοιολογικό επίπεδο. Οι ερευνητές ξεπέρασαν αυτή την πρόκληση με μια πρωτοποριακή ιδέα: έναν αλγόριθμο υπολογιστή που αναζητά αυτόνομα μια πειραματική εφαρμογή.

Με τη βοήθεια ενός αλγόριθμου υπολογιστή που ονομάζεται Melvin, οι ερευνητές βρήκαν μια πειραματική ρύθμιση για να παράγουν αυτό το είδος εμπλοκής. Καταρχάς, αυτό ήταν πολύ περίπλοκο, αλλά λειτούργησε κατ ‘αρχήν. Μετά από κάποιες απλουστεύσεις, οι φυσικοί εξακολουθούσαν να αντιμετωπίζουν σημαντικές τεχνολογικές προκλήσεις.

Η ομάδα μπόρεσε να τα λύσει με τεχνολογία λέιζερ τελευταίας τεχνολογίας και ειδικά σχεδιασμένο multi-port. «Αυτό το πολυ-λιμάνι είναι η καρδιά του πειράματός μας και συνδυάζει τα τρία φωτόνια έτσι ώστε να εμπλέκονται σε τρεις διαστάσεις», εξηγεί ο Manuel Erhard.

Η ιδιότυπη ιδιότητα της εμπλοκής των τριών φωτονίων σε τρεις διαστάσεις επιτρέπει την πειραματική διερεύνηση νέων θεμελιωδών ερωτημάτων σχετικά με τη συμπεριφορά των κβαντικών συστημάτων. Επιπλέον, τα αποτελέσματα αυτής της εργασίας θα μπορούσαν επίσης να έχουν σημαντικό αντίκτυπο στις μελλοντικές τεχνολογίες, όπως η κβαντική τηλεμεταφορά.

«Πιστεύω ότι οι μέθοδοι και οι τεχνολογίες που αναπτύξαμε σε αυτή την μελέτη μας επιτρέπουν να τηλεμεταφέρουμε ένα υψηλότερο ποσοστό των συνολικών κβαντικών πληροφοριών ενός φωτονίου, το οποίο θα μπορούσε να είναι σημαντικό για κβαντικά δίκτυα επικοινωνίας», λέει ο Anton Zeilinger.

ΚΒΑΝΤΙΚΑ  ΤΗΛΕΣΚΟΠΙΑ

Μια ομάδα ερευνητών από το Harvard δημοσίευσε πρόσφατα μια μελέτη, που υποδεικνύει ότι μια σύνθετη θεωρία της κβαντικής φυσικής θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για τη δημιουργία τεράστιων τηλεσκοπίων υψηλής ανάλυσης.

Οι αστρονόμοι του μέλλοντος θα μπορούν να δουν τις πιο απομακρυσμένες περιοχές του σύμπαντος μέσω τηλεμεταφοράς…

Τεχνικά, ονομάζεται “εμπλοκή”, από το “entanglement,” αλλά θα λειτουργεί σχεδόν σαν τηλεμεταφορά. Πως θα λειτουργεί; Ένα ζευγάρι κβαντικών σωματιδίων θα «εμπλέκονται» μεταξύ τους με τέτοιο τρόπο ώστε οτιδήποτε συμβαίνει στο ένα σωματίδιο θα συμβαίνει στο άλλο, ακόμα κι αν διαχωρίζονται από οποιαδήποτε απόσταση.

Η ιδέα είναι ότι με τη βοήθεια της κβαντικής τεχνολογίας θα μπορούμε να κατασκευάσουμε πολύ μεγάλα τηλεσκόπια. Το μεγαλύτερο τηλεσκόπιο που διαθέτουμε σήμερα ονομάζεται Extremely Large Telescope. Ο καθρέφτης είναι 40 μέτρα και κοστίζει ένα δισεκατομμύριο δολάρια.

Ωστόσο οι μηχανικοί χρησιμοποιούν μια διαφορετική λύση για να μειώσουν τα έξοδα κατασκευής των γιγαντιαίων καθρεπτών των τηλεσκοπίων: προσθέτουν μικρότερους καθρέφτες σε ομάδες που ονομάζονται συστοιχίες. Δυστυχώς, όσο μεγαλύτερες είναι οι συστοιχίες τόσο μεγαλύτερη είναι και η απώλεια δεδομένων.

Αυτά τα συστήματα τηλεσκοπίων μπορούν να κατασκευαστούν με τα σημερινά βιομηχανικά όρια.
Η κβαντική εμπλοκή θα μπορούσε να τα αλλάξει όλα αυτά, αλλά, δυστυχώς, χρειάζεται η λήψη συνεχούς ρεύματος εμπλεγμένων φωτονίων στο χώρο. Παρά τις πρόσφατες ανακαλύψεις, και την αντίληψή μας για τον κβαντικό υπολογισμό, το πλήθος των εμπλεκόμενων φωτονίων φθάνει σε αριθμούς που δεν μπορούμε να διαχειριστούμε.

Ίσως  όμως  να  βρεθεί  ένας τρόπος,  για  να μειωθεί ο αριθμός των εμπλεγμένων φωτονίων που απαιτούνται.

ΚΙΝΕΖΟΙ  ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΕΣ:  ΚΒΑΝΤΙΚΗ  ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ  ΜΕΣΩ  ΘΑΛΑΣΣΙΝΟΥ  ΝΕΡΟΥ.  

Ερευνητές του Πανεπιστημίου της Σαγκάης Jiao Tong δημοσίευσαν πρόσφατα ένα έγγραφο που ισχυρίζεται ότι έστειλαν σωματίδια φωτός μέσω θαλασσινού νερού, κάτι που δεν έχει γίνει ποτέ πριν.

Η ομάδα μπόρεσε να μεταδώσει σωματίδια διεμπλοκής σε πάνω από τρία μέτρα θαλασσινού νερού σε απομονωμένο περιβάλλον. Αν και το γεγονός δεν πρόκειται να εξασφαλίσει τις επικοινωνίες μας στις θάλασσες, είναι το πρώτο βήμα για να φέρουμε τη λύση κβαντικού διαδικτύου σε μια υδρόγειο που καλύπτεται από ωκεανούς.

Η κβαντική διεμπλοκή είναι μια εξαιρετικά πολύπλοκη διαδικασία που απαιτεί τη λήψη ενός laser μέσω κρυσταλλικού οπτικού δικτύου για τη δημιουργία εμπλεγμένων φωτονίων.

Σύμφωνα με την ομάδα της Σαγκάης, θα είναι σε θέση να επεκτείνουν το φάσμα της επικοινωνίας από τα τρία μέτρα νερού που πειραματίστηκαν αρχικά σε τουλάχιστον 900 μέτρα.

Εάν η κβαντική δικτύωση είναι το μέλλον του Διαδικτύου (πολλοί ειδικοί πιστεύουν ότι είναι) θα πρέπει να καταλάβουμε πώς να ξεπεράσουμε τους περιορισμούς των καλωδίων οπτικών ινών.


ΚΙΝΕΖΟΙ  ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΕΣ:  ΚΒΑΝΤΙΚΗ  ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ  ΓΗΣ  ΣΕ  ΔΟΡΥΦΟΡΟ. 

Πέτυχαν κβαντική τηλεμεταφορά σε απόσταση 1203 χιλιομέτρων

Kινέζοι επιστήμονες ανακοίνωσαν ότι πέτυχαν το φαινόμενο της κβαντικής διεμπλοκής (ή κβαντικού εναγκαλισμού) δύο φωτονίων σε απόσταση 1.203 χιλιομέτρων, πετυχαίνοντας ένα νέο παγκόσμιο ρεκόρ και καταρρίπτοντας κατά πολύ το προηγούμενο ρεκόρ που ήταν περίπου 100 χιλιόμετρα.

Οι Κινέζοι ερευνητές ανέφεραν την επιτυχή δορυφορική μετάδοση των κβαντικά «διαπλεκόμενων» φωτονίων (σωματιδίων του φωτός) μεταξύ της Γης και του διαστήματος. Με αυτό τον τρόπο, έκαναν ένα άλμα προς τον τελικό στόχο της δημιουργίας κρυπτογραφημένων κβαντικών δικτύων τηλεπικοινωνιών και Ίντερνετ, τα οποία θεωρούνται αδύνατο να πέσουν θύμα χάκερ.

Ο κινεζικός δορυφόρος Micius, ο οποίος είχε τεθεί σε τροχιά πέρυσι το καλοκαίρι, είναι ο πρώτος διεθνώς που έχει εφοδιασθεί με τον κατάλληλο εξοπλισμό για κβαντικά πειράματα. Χρησιμοποιήθηκε για την κβαντική επικοινωνία με τρεις επίγειους κινεζικούς σταθμούς που απείχαν μεταξύ τους απόσταση περίπου 1.200 χλμ., ενώ η απόσταση του δορυφόρου από τους σταθμούς ποίκιλε από 500 έως 2.000 χλ

Η τηλεμεταφορά,  (γνωστή και ως «διακτινισμός» από το θρυλικό Star Trek),  αποτελούσε και αποτελεί ένα από τα πλέον τρελά όνειρα της επιστήμης και της επιστημονικής φαντασίας- ωστόσο το επίτευγμα Κινέζων επιστημόνων που εργάζονται πάνω στο φαινόμενο της κβαντικής διεμπλοκής (quantum entanglement- η αλλόκοτη «σύνδεση» ανάμεσα σε δύο σωματίδια που δημιουργούνται μαζί, τα οποία παρουσιάζουν παρόμοια συμπεριφορά, ασχέτως του πού μπορεί να βρίσκεται το ένα στον χώρο σε σχέση με το άλλο) δημιουργεί ελπίδες ότι βρισκόμαστε ένα βήμα πιο κοντά σε αυτόν τον στόχο. 

Πέρυσι, ένας πύραυλος Long March 2D εκτοξεύτηκε από το κέντρο εκτόξευσης Τζιουκουάν στην έρημο Γκόμπι, ο οποίος έφερε τον δορυφόρο Micius. Ο δορυφόρος τέθηκε σε ηλιοσύγχρονη τροχιά, έτσι ώστε να περνά πάνω από το ίδιο σημείο στη Γη την ίδια στιγμή κάθε μέρα.

Όπως σημειώνεται σε δημοσίευμα του MIT Technology Review, ο Micius είναι ένας εξαιρετικά ευαίσθητος δέκτης φωτονίων, που μπορεί να εντοπίζει την κβαντική κατάσταση μεμονωμένων φωτονίων που εκπέμπονται από το έδαφος- κάτι που επιτρέπει την επιστημονική μελέτη φαινομένων που σχετίζονται με την κβαντική διεμπλοκή, την κβαντική κρυπτογράφηση και την κβαντική τηλεμεταφορά.

Η ομάδα των ερευνητών ανακοίνωσε πρόσφατα τα αποτελέσματα των πρώτων πειραμάτων της: Οι Κινέζοι ερευνητές δημιούργησαν το πρώτο κβαντικό δίκτυο επικοινωνίας δορυφόρου- εδάφους, διαδικασία κατά την οποία έσπασαν το ρεκόρ μεγαλύτερης απόστασης όσον αφορά στη μέτρηση διεμπλοκής. Επίσης, χρησιμοποίησαν το δίκτυο αυτό για να τηλεμεταφέρουν το πρώτο αντικείμενο από έδαφος σε τροχιά.

Το φαινόμενο της κβαντικής διεμπλοκής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επικοινωνία σε μεγάλες αποστάσεις, με το ένα σωματίδιο (φωτόνιο) να χρησιμοποιείται ως «πομπός» και το άλλο ως «δέκτης». Η κεντρική ιδέα είναι το «κατέβασμα» όλων των πληροφοριών που σχετίζονται με ένα φωτόνιο σε ένα σημείο του χώρου και η μετάδοσή τους μέσω του δεσμού αυτού σε άλλο φωτόνιο, σε άλλο σημείο του χώρου. Πρακτικά, αυτό που συμβαίνει είναι το δεύτερο φωτόνιο να αναλαμβάνει πρακτικά την «ταυτότητα» του πρώτου, έχοντας λάβει τα απαιτούμενα δεδομένα- και έχει επιτευχθεί ουκ ολίγες φορές σε εργαστήρια στη Γη. Η «τηλεμεταφορά» αυτή αποτελεί τη βάση για ένα μεγάλο εύρος τεχνολογιών, καθώς, θεωρητικά δεν υπάρχει όριο απόστασης που να λειτουργεί περιοριστικά.  Η διεμπλοκή  όμως  είναι εύθραυστο πράγμα, επειδή τα φωτόνια αλληλεπιδρούν με ύλη μέσα στην ατμόσφαιρα ή εντός οπτικών ινών, προκαλώντας αναταραχή σε αυτήν.

Ως εκ τούτου, η απόσταση στην οποία επιστήμονες είχαν καταφέρει να προβούν σε μετρήσεις πάνω στο φαινόμενο αυτό ήταν περιορισμένη. «Προηγούμενα πειράματα τηλεμεταφοράς ανάμεσα σε μακρινούς προορισμούς περιορίζονταν σε απόσταση της τάξης των 100 χλμ, εξαιτίας της απώλειας φωτονίων σε οπτικές ίνες ή επίγεια κανάλια ελεύθερου χώρου» αναφέρει η ομάδα.

Ο Micius το άλλαξε αυτό, καθώς βρίσκεται σε τροχιά σε ύψος 500 χλμ. Για να ελαχιστοποιήσουν την ποσότητα της ατμόσφαιρας που παρεμβάλλεται, οι ερευνητές έστησαν σταθμό εδάφους στο Νγκάρι στο Θιβέτ, σε υψόμετρο άνω των 4.000 μέτρων. Οπότε η απόσταση από το έδαφος στον δορυφόρο ποικίλλει, από 1.400 χλμ. όταν βρίσκεται κοντά στον ορίζοντα, σε 500 όταν βρίσκεται απευθείας από πάνω.

Για να πραγματοποιήσουν το πείραμα, οι Κινέζοι ερευνητές δημιούργησαν ζεύγη φωτονίων σε διεμπλοκή στο έδαφος, σε ρυθμό 4.000 ανά δευτερόλεπτο. Μετά εξέπεμψαν ένα από αυτά στον δορυφόρο, που περνούσε από πάνω κάθε μεσάνυχτα, και κράτησαν το «ζευγάρι» του στο έδαφος. Εν τέλει, προέβησαν σε μετρήσεις στα φωτόνια στο έδαφος και σε τροχιά για να επιβεβαιώσουν ότι διεμπλοκή λάμβανε χώρα. Μέσα σε 32 ημέρες, απέστειλαν εκατομμύρια φωτόνια και σημειώθηκαν θετικά αποτελέσματα σε 911 περιπτώσεις. «Αναφέρουμε την πρώτη κβαντική τηλεμεταφορά ανεξάρτητων qubits μεμονωμένου φωτονίου από παρατηρητήριο στο έδαφος σε δορυφόρο σε χαμηλή τροχιά- μέσω ενός καναλιού up-link- σε απόσταση μέχρι 1.400 χλμ» αναφέρουν οι Κινέζοι ερευνητές.

Όπως υπογραμμίζεται στο δημοσίευμα του MIT Technology Review, πρόκειται για την πρώτη φορά που αντικείμενο τηλεμεταφέρεται από τη Γη σε τροχιά, σπάζοντας το προηγούμενο ρεκόρ διεμπλοκής- και επιβεβαιώνοντας την υπεροχή της Κίνας πάνω στον συγκεκριμένο τομέα έρευνας, που αναμένεται να ανοίξει νέους ορίζοντες όσον αφορά σε νέες μορφές τηλεπικοινωνιών, όπου οι πληροφορίες θα «κωδικοποιούνται» βάσει των κβαντικών καταστάσεων φωτονίων σε διεμπλοκή. Το κύριο πλεονέκτημα μιας τέτοιας μεθόδου θα είναι πως θα είναι αδύνατη η υποκλοπή, καθώς οποιαδήποτε απόπειρα θα προκαλεί αναταραχή στην κατάσταση των φωτονίων, αποκαλύπτοντας ότι κάποιος «κρυφακούει». 

ΖΗΝΩΝ  ΠΑΠΑΖΑΧΟΣ