13.04.2012-13:16:00   |   Jana Chupáčová
#Kozmos
#In tech

Potreba izolácie

Kvantové počítače. Na jednej strane niečo nepredstaviteľné, no v budúcnosti môžu tvoriť motor svetovej ekonomiky. Bohatstvo národov bude raz možno závisieť na Schrödingerovej mačke. V tejto dobe budú naše počítače prevádzať akékoľvek výpočty v paralelných svetoch. A možno to nebudú počítače, ale samotné atómy, ktoré budeme využívať prostredníctvom celkom novej počítačovej architektúry. Dnešné počítače fungujú na princípe binárnej sústavy pozostávajúcej z jednotiek a núl. Ale atómy môžu mať svoj spin orientovaný hore, dole i do strán, a to súčasne. Počítačové bity nahradia kvantové (čokoľvek medzi jednotkou a nulou), preto budú ďaleko výkonnejšie, než sú tie dnešné.



Napriek tomu, že je teoretický potenciál kvantových počítačov priam ohromujúci, jeho realizácii stojí v ceste rovnako veľký rozmer problémov. V dnešnej dobe je rekord, že sa podarilo zostaviť kvantový počítač zo siedmych atómov. Takým počítačom dokážeme násobiť trikrát päť a áno, výsledok je pätnásť. Nie je to ale nič obzvlášť fascinujúce. Ak sa má kvantový počítač vyrovnať napríklad dnešnému notebooku, musel by obsahovať stovky, možno i milióny koherentne vibrujúcich atómov. A pritom jediná zrážka s čo i len jednou molekulou vzduchu by krehkú koherenciu atómov mohla narušiť. Preto bude nutné atómy veľmi dobre izolovať od okolitého prostredia.

EPR paradox

Samozrejme, existuje aj iná praktická aplikácia zdanlivo zbytočných a abstraktných diskusií o kvantových paralelných svetoch, ktoré vedú dnešní fyzici. Je ňou kvantová teleportácia. Predstavme si, že by bolo možné cestovať priestorom na obrovské vzdialenosti ako v Star Treku alebo iných vedecko-fantastických príbehoch. Táto myšlienka je nesmierne lákavá, ale fyzikov už dlho provokuje, keďže vyzerá, že narušuje princíp neurčitosti.

Aká bláznivá však kvantová teória je? Na túto otázku sa snažil odpovedať Albert Einstein so svojimi kolegami Borisom Podolskym a Nathanom Rosenom (EPR paradox). Predpokladajme, že dôjde k explózií a opačnými smermi z nej takmer rýchlosťou svetla vyletia dva elektróny. Tieto elektróny majú spin, ktorý reprezentuje ich vlastnú rotáciu. Je možné predpokladať, že pokiaľ je spin jedného elektrónu orientovaný napríklad smerom hore, potom spin druhého elektrónu bude mieriť naopak, nadol (ich súčet je tým pádom nulový). Pokiaľ, samozrejme, nevykonáme meranie, nevieme, akým smerom je spin elektrónov orientovaný.

Počkajme teda nejaký čas. Elektróny sa medzitým od seba vzdialili o niekoľko svetelných rokov. Ak vykonáme meranie spinu jedného z elektrónov teraz a zistíme, že je orientovaný nahor, automaticky vieme, že spin druhého elektrónu mieri nadol. Čo sme tým zistili? V jednej chvíli sme zistili niečo o stave elektrónu, ktorý je od nás niekoľko svetelných rokov ďaleko. Einstein pomocou svojich ďalších úvah dokonca ukázal, že by bolo možné princíp neurčitosti porušiť. Najdôležitejšie ale je, že ukázal, aká je kvantová mechanika – je ďaleko bizarnejšia, než si ktokoľvek predtým myslel.



Strašidelné pôsobenie na diaľku

Do tej doby fyzici verili, že sa vesmír správa lokálne a poruchy vyvolané na jednom mieste sveta sa šíria postupne a len v okolí zdroja. Einstein dokázal, že kvantová mechanika je v podstate nelokálna – že poruchy, ktoré sú zdrojom vyvolané, sa môžu okamžite šíriť aj do vzdialených oblastí vesmíru. Hovoril o tzv. „strašidelnom pôsobení na diaľku“ a pokladal ho za absurdné. Podľa Einsteina boli teda v kvantovej mechanike chyby.

Pokusy, ktoré po tejto teórii nasledovali, však jednoznačne dokazovali, že sa Einstein mýli a vždy zvíťazila kvantová mechanika nad EPR paradoxom.

John Bell, ktorý túto teóriu podroboval experimentom, ju vysvetlil na príklade matematika Bertelsmana. Ten bol známy tým, že si každé ráno obliekol na jednu nohu zelenú ponožku, na druhú modrú, a to v ľubovoľnom poradí. Keď ste si napríklad všimli, že má na ľavej nohe zelenú ponožku, nadsvetelnou rýchlosťou vám bolo jasné, že má na pravej modrú. Táto skutočnosť vám ale nijakým spôsobom neumožňuje prenášať užitočné informácie. Odhalenie nejakej informácie nie je to isté, ako jej prenášanie. EPR experiment nie je prostriedkom k telepatickej komunikácii informácií rýchlosťami vyššími než rýchlosť svetla, nie ešte k cestovaniu v čase.

Na druhej strane z toho plynie, že nie je možné nás samých vydeliť z jednoty celého vesmíru. Núti nás to pozerať sa na vesmír inými očami. Existuje kozmické prepletenie medzi všetkými atómami nášho tela a atómami celého vesmíru. Keďže všetka hmota povstala z jedinej explózie Veľkého tresku, sú v istom zmysle atómy nášho tela viazané s atómami na druhej strane vesmíru do akejsi kozmickej kvantovej pavučiny.

Úspešné teleportovania

V roku 1993 vedci navrhli, že by EPR prepletenie mohlo byť prostriedkom pre kvantovú teleportáciu. V rokoch 1997 a 1998 na Caltechu, Aarhunskej unverzite v Dánsku a na univerzite vo Wales predviedli prvú experimentálnu demonštráciu kvantovej teleportácie, keď týmto spôsobom preniesli fotón na laboratórnom stole. Pokrok v kvantovej teleportácií je rýchly. V roku 2003 dokázali vedci zo Ženevskej univerzity teleportovať fotóny optickým káblom na vzdialenosť takmer 2 kilometre. Fotóny svetla boli z jedného laboratória teleportované a v druhom laboratóriu sa z nich stali fotóny svetla s inou vlnovou dĺžkou. Napriek takým úspechom nebude možné teleportovať skutočne veľké telesá dostupnou technológiou asi ešte dlho.

Ďalší veľký prelom sa podaril v roku 2004, keď vedci z Národného ústavu štandardov a technológií NIST teleportovali nielen kvantum svetla, ale dokonca celý atóm. Potenciálne praktické využitie je ohromné. Treba však zdôrazniť, že kvantová teleportácia sa musí vysporiadať s niekoľkými technickými problémami, ako napríklad: pôvodný objekt je zničený, takže nie je možné ho pri teleportácií rozmnožiť. Takisto nejde objekt teleportovať rýchlejšie ako svetlo, keďže aj pri kvantovej teleportácií zostáva relativita v platnosti. A ten najväčší problém – dekoherencia. To je rovnaký problém, ktorý sužuje i kvantové počítače: zúčastnené objekty musia byť v koherentnom stave. Aj nepatrná porucha spôsobená stykom s okolitým prostredím kvantovú teleportáciu zničí.



Teleportácia ľudských bytostí by čelila ešte závažnejším problémom. Braustein k tomu dodáva: „Kľúčová informácia je zatiaľ objem informácií, ktoré by bolo nutné preniesť. Aj tými najlepšími dnešnými komunikačnými kanálmi by prenos všetkých údajov o ľudskom tele trval celý kozmický vek.“
Páčia sa Vám naše články? Podporte nás

Zdieľajte článok






Za podporu ďakujeme

Pridať e-mail