Era teleportacija

Informacije su prve došle na red. Slijede ih virusi i bakterije, a potom će i složeniji organizmi, zahvaljujući teleportaciji, od točke A do točke B stizati - odmah.

Tekst: Darija Tabulov-Truta
Foto: Dražen Lapić

Kada su u svibnju prošle godine kineski znanstvenici sa Sveučilišta Tsinghua u Pekingu i Nacionalnog laboratorija za fizikalne znanosti u He Feiu u prestižnom znanstvenom časopisu Nature Photonics objavili članak o uspješno obavljenoj kvantnoj teleportaciji na udaljenosti od 16 kilometra, bio je to doista velik korak za znanost, no još ipak iznimno malen za sve koji su se ponadali da će automobile, avione, željeznicu... ili svoje noge uskoro moći zamijeniti teleporterom poput onog kakav koristi posada svemirskog broda Enterprise iz tv-serijala Zvjezdane staze. Ta je činjenica, možda, pomalo razočaravajuća za nestrpljive ljubitelje novih tehnologija, one koji nakon noćnih provoda ili napornog radnog dana vape za trenutačnim transferom do svog doma, no svejedno, riječ je o eksperimentu koji je s razlogom uvršten u najznačajnije znanstvene uspjehe u prošloj godini.

Dakle, što su to zapravo Kinezi napravili?
Posebnost njihova eksperimenta ne leži samo u činjenici da je riječ o kvantnoj teleportaciji na do sada najvećoj udaljenosti, već i u tome što je ovaj intrigantan fenomen demonstriran u slobodnom prostoru, a ne preko optičkih vlakana, kako je to bilo kod dosadašnjih eksperimenata. No, je li teleportacija koju su demonstrirali kineski znanstvenici uistinu ‘teleportacija’ za kojom u SF filmovima likovi tako olako posežu krećući se svjetlosnim kilometrima svemirskog prostora? S dr. sc. Borisom Kožnjakom, s Fizičkog odsjeka Zavoda za povijest, filozofiju i sociologiju znanosti Prirodoslovno-matematičkog fakulteta u Zagrebu, razgovarali smo o tome što je to zapravo kvantna teleportacija i koje su moguće posljedice takvog otkrića.

- Fenomen kvantne teleportacije koji su demonstrirali kineski znanstvenici nije dematerijalizacija nekog objekta na jednom mjestu i njegova materijalizacija na drugom, udaljenom mjestu, već se ovdje radi o prijenosu stanja jedne kvantne čestice, odnosno, njezinih svojstava, na drugu kvantnu česticu, u konkretnom slučaju između fotona, objekata koji  zapravo ‘ne teže ništa’, odnosno, koji nemaju masu mirovanja - tumači Kožnjak.
Princip koji su koristili Kinezi dobro je poznat u kvantnoj mehanici. Riječ je o sljedećem: prvo se isprepletu čestice B i C, a potom čestica B s česticom A. Nakon što je B preuzela stanje suprotno izvornom stanju čestice A, čestica A biva uništena. Posljedica toga je da je čestica C, koja je isprepletena s česticom B, poprima stanje suprotno onom čestice B, a koje je sada identično izvornom stanju čestice A.

- Tako se zapravo svojstva jedne čestice ‘teleportiraju’ drugoj čestici uz posredovanje treće. Ono što su napravili Kinezi, dakle, nije dematerijalizacija nekog objekta na jednom mjestu i njegova materijalizacija na drugom udaljenom mjestu, već se radi o prijenosu stanja jedne čestice, odnosno njezinih svojstava na drugu kvantnu česticu. Doduše, i kvantna teleportacija atoma i nekih iona također je već demonstrirana, iako ne na tako spektakularnim udaljenostima. No, može li se sada ova vrsta teleportacije smatrati teleportacijom u smislu Zvjezdanih staza, pitanje je interpretacije – objašnjava Kožnjak.
Ugrubo rečeno, dodaje, ako kvantne čestice imaju ista svojstva, onda se na njih i može gledati kao na zapravo identične čestice. U tome bi se smislu, nastavlja, identična replikacija svojstava jedne čestice na drugom mjestu i mogla predstaviti kao točno dupliciranje prvog objekta. Bi li se ovako mogli teleportirati i nešto masivniji objekti pa naposljetku i sami ljudi?

- Za sadašnji je tehnološki stupanj razvoja to još presloženo, zamislite samo milijarde čestica od kojih smo sastavljeni, koje treba dovesti u navedena stanja i to sinkronizirano. No teorijskih zapreka nema, kažu znanstvenici. Neki se i nadaju da bi u budućnosti moglo postati realno teleportiranje živih organizama, barem virusa i bakterija za prvu ruku - dodaje Kožnjak.
Grupa američkih znanstvenika lani je prvi put potvrdila vrlo zbunjujući zakon kvantne mehanike, prema kojemu se molekule i atomi mogu istovremeno nalaziti na dva mjesta, odnosno mirovati i kretati se. Fizičar Adrew Cleland s Kalifornijskog sveučilišta izazvao je kvantno stanje u predmetu milijardama puta većem od dosad testiranih dokazujući da se kvantna mehanika može primijeniti i na svakodnevne predmete. Da ne zalazimo u detalje, uspio je utjeloviti tzv. paradoks Schroedingerove mačke, odnosno dovesti čestice u istovremeno više stanja (superpoziciju) - istovremeno kretanje i mirovanje. Cleland je za svoj eksperiment upotrijebio metalnu lopaticu koja obično vibrira kada struja prolazi kroz nju. Ovi lanjski uspjesi kvantnih fizičara posebice su  važni u istraživanju nanomehanike.

- Ovo sve otvara vrata razvijanju nove klase superbrzih kvantnih računala koja će moći računati milijunima puta brže nego i najbrža današnja. Osim toga i novim i čini se posve sigurnim načinima kriptografije, čiju važnost u suvremenom svijetu ne treba posebno naglašavati, kako u vojnoj i diplomatskoj domeni, tako i u komercijalnoj primjeni  kod elektroničkog poslovanja. Slaba točka klasične kriptografije leži u paradoksu da se sigurna komunikacija može odvijati tek nakon što se sigurno razmijeni kriptografski ključ između pošiljatelja i primatelja. No, nikada  zapravo niste sigurni da je ključ poslan sigurno, tj. da on prisluškivanjem nije ukraden i razbijen, što  je danas sve manji problem. Za razliku od toga, temeljna specifičnost kvantne kriptografije sastoji se u tome da siguran prijenos kriptografskih ključeva osiguravaju fundamentalni zakoni kvantne mehanike koje nije moguće prevariti. Oni, naime, osiguravaju da eventualno špijuniranje sigurnog kanala nepovratno mijenja informaciju koju kodiraju isprepleteni fotoni, pa će pošiljatelj i primatelj otkriti nazočnost neželjene treće osobe. Isto tako osiguravaju i nemogućnost kloniranja informacija kodiranih uz pomoć isprepletenih fotona - kaže Kožnjak.

Kvantna kriptografija primjenjuje se još od 2004. godine, kada je u bečkoj Bank Austria Creditanstalt pomoću nje ostvaren prvi bankarski transfer, a informacije su slane posredstvom kabla od staklenih vlakana. Važnost kvantne kriptografije potvrđuje i činjenica da je iste godine Europska unija pokrenula projekt zaštite vlastitih komunikacijskih kanala kao odgovor na moguće špijunske aktivnosti ‘velikog američkog uha’,  satelita Echelon. Danas mnoge tvrtke intenzivno rade na implementaciji komercijalnih sustava kvantne kriptografije.

U tom kontekstu, kinesko otkriće predstavlja ne samo važan korak u razvoju novih tehnoloških rješenja i postaje Sveti gral kvantne kriptografije. Demonstriravši kvantnu teleportaciju u slobodnom prostoru na velikoj udaljenosti, bez potrebe za dugim optičkim vlaknima, Kinezi su otvorili prostor implementaciji sigurnih satelitskih komunikacija sa zemljom, a isto tako i podvodnoj komunikaciji. Vjerojatno nije slučajno da baš Kina posljednjih godina troši golem novac na modernizaciju vlastite podmorničke flote. Doduše, u toj utrci kineski znanstvenici nisu sami. Još je 2005. godine skupina američkih znanstvenika s različitih sveučilišta i obrambenih korporacija predvođenih visokotehnološkom tvrtkom BBN Technologies (tvrtke u kojoj je, među ostalim, razvijen koncept elektroničke pošte i gdje je uveden znak @), uspjela u kvantnoj teleportaciji kriptografskog ključa u slobodnom prostoru na udaljenosti od 23 km u  Cambridgeu, Massachusetts.  No, činjenica da su američki znanstvenici koristili manje prodoran infracrveni laser, kineskim znanstvenicima ipak daje određenu prednost. Na pomolu je čini se novi hladni rat, no sada glavnu ulogu više ne vode nuklearne bojeve glave i satelitski navođeni projektili već visoka tehnologija i sofisticirana znanost.