A teleportálás hogyan működhetne?

> Jó, de mégis át tudják vinni a kapcsolatot a fénynél gyorsabban.

Ahogy írtam, nem…

A kvantumteleportálás a kvantum-összefonódásra épül. Létrehozunk két részecskét, amik összefonódott állapotban vannak, az együttes spinjük nulla. (A spin – a részletekbe bele nem menve – nagyon hasonlít a forgáshoz, meg lehet mérni az X és az Y tengelyre vetített forgásirányt.) Mivel garantált, hogy a két részecske együttes spinje nulla, így ha megmérjük az egyik spinjét egy adott irányban, akkor a másik spinjét ezzel ellentétesnek fogjuk találni ugyanebben az irányban mérve. Ha egy másik tengelyen mérjük a spint, akkor is ez adódik. Ez eddig nem tűnik különösebben érdekesnek.

De a kvantumfizika addigi eredményeinek tükrében érdekes ez, ugyanis a határozatlansági reláció szerint egy részecske spinje két, egymásra merőleges irányban egyszerre nem mérhető meg. Az egyik megmérése megváltoztatja – mondjuk azt, hogy elrontja, véletlenszerűvé teszi – a másik irányú spint. Viszont így az összefonódott részecskék mindkét spinje mérhető lenne, hiszen az A megfigyelő megmérhetné a saját részecskéjének az X tengely irányú spinjét, ezt a B megfigyelővel is tudatni tudná, a B megfigyelő meg meg tudná mérni a saját részecskéjének az Y tengely irányú spinjét. Ezért paradoxon a helyzet (ez az Einstein–Podolsky–Rosen-paradoxon, röviden EPR-paradoxon).

Einsteinék pont azért publikálták ezt a gondolatkísérletet, hogy rámutassanak, hogy a kvantumfizika nem lehet egyszerre lokális, realista és teljes elmélet. Valami tehát szerintük nem stimmel a kvantumfizika addigi eredményeivel.

Einstein azon az állásponton volt, hogy nincs itt semmi látnivaló. Ha csinálok egy bal- és egy jobbkezes kesztyűt, bedobozolom őket, akkor nincs semmi meglepő azon, hogy ha az egyik dobozban egy balkezes kesztyűt találtam, akkor a másikban egy jobbkezest fogok találni, akármilyen távol is legyen, és akármennyire is igyekszem egyszerre kibontani a két dobozt. Viszont ez azt jelenti, hogy a határozatlansági reláció – meg úgy az addigi kvantumfizika zöme – az valamiféle tévedés, félreértés, lehet, hogy valami rejtett paraméterről van szó, ami miatt úgy néz ki a kvantumfizika, ahogy, de a részecskék fizikája ennek mélyén ugyanolyan egzakt, mint amilyenek a klasszikus fizika összefüggései.

Niels Bohr meg azon az állásponton volt, hogy a márpedig amíg nem mérjük meg a részecske adott tulajdonságát, addig a részecske szuperpozícióban van, a mérés során dől el, hogy ilyen vagy olyan irányú spint mérünk. Mintha kesztyűk helyett forgó érmék lennének a dobozba, amik csak a doboz kibontásának pillanatában válnának fejjé vagy írássá. Ekkor viszont valahogy az összefonódott részecskepár másik tagjának állapota is eldől. Ehhez viszont valamiféle „élő” kapcsolat kell a részecskepár tagjai között, ami az egyik dobok kinyitásának hatására a másik dobozban forgó érmét is „lecsapja”.

Életükben nem sikerült pontot tenni a kérdéskör végére, de később John Bell adott elméleti módszert arra vonatkozóan, hogy hogyan lehetne eldönteni, hogy Einstein vagy Bohr értelmezése-e a helyes. A mérések, kísérletek Bohr-t igazolták.

~ ~ ~

Einstein a két részecske kapcsolatát kísérteties távolhatásnak nevezte. Azért találó ez a név, mert valahogy az egyik részecske hat a másik kvantumállapotára, távolságtól függetlenül azonnal, de anélkül, hogy tetten lehetne érni, meg lehetne nevezni, hogy milyen információ is az, ami átment. Egyszerűen nincs ilyen információ, nincs hordozója sem ennek a „neminformációnak”.

Maradjunk a kesztyűs példánál. Te fogod a dobozt, nem tudod, hogy milyen kesztyű van benne. Kinyitod, és azt találod, hogy balkezes. Vagy éppen azt, hogy jobbkezes. Erre nem tudsz hatni és nem tudod előre. Ha valaki előtted nyitná ki a dobozt, akkor ő tudná, de azzal meg is szűnne a két kesztyű összefonódottsága, a másik fél egy random, a te megfigyelésedtől független irányultságú kesztyűt találna a dobozában. De tegyük fel, hogy nem piszkálta senki a dobozt. A másik tőled nagyon távol kinyitja a másik dobozt és a tieddel ellentétes kesztyűt talál a dobozában. Hogy lehet ezt információátvitelre használni? Sehogy. Legyen egy egybites információ, mondjuk egy csatában legyen ez a „Támadás!”/„Még ne támadjunk!” információ. Nem tudod befolyásolni és nem tudod előre, hogy milyen kesztyű van a dobozodban, így arra sem tudsz hatni, hogy milyen kesztyűt fog a másik fél tőled távol a dobozában találni. Teljesen esetleges, hogy te találsz jobbkezest és a másik balkezest, vagy te találsz balkezest, a másik meg jobbkezest. Akkor a másik miből tudja meg, hogy most akkor kell-e támadni, vagy sem. Az EPR-paradoxon publikálása óta eltelt majdnem 90 év, de senki még egy elméleti, hipotetikus lehetőséget sem talált arra, hogy információátvitelre használja a kvantum-összefonódást.

~ ~ ~

Ráadásul van itt még gond. Az összefonódott részecskék ugyanúgy részecskék, mint a nem összefonódottak, ha még információátvitelre is akarnánk valamilyen eddig ismeretlen módon használni, akkor is csak el kellene vinni az egyik részecskét a célállomáshoz. Oké, esetleg ebből be lehet tankolni előtte, de ez is eléggé problémás.

A nagyobb gond az, amit pedzegettünk az előbb, hogy még így sem lehet átvinni információt ezzel. Esetleg úgy mégis át lehet vinni információt, hogy megegyeztek, hogy a balkezes kesztyű jelenti azt, hogy „Támadunk”. Egy pénzfeldobással eldöntöd, hogy milyen irányban méred meg a spint. Mondjuk véletlenül az jött ki, hogy X tengely irányában. Megméred, és ha azt kapod, hogy balkezes a kesztyűd, akkor megtelefonálod a másiknak, hogy „az X irányú spin ellentétét vedd”. Ha meg jobbkezes a kesztyűd, akkor megtelefonálod a másiknak, hogy „az X irányú spint vedd”.

Így ha valaki le is hallgatja a telefont, számára nem derül ki semmi, hiszen nincs nála a részecskepár másik fele. De ehhez kell a fénysebességnél nem gyorsabb kommunikációs vonal is.

> Nem konkrét információt, csak a készülék érzékelné a kvantumállapot változást, amire bekapcsolna.

Ahhoz mérni kellene a kvantumállapotot, mondjuk valamilyen irányú spint. A mérés viszont megváltoztatná azt. Az első mérés viszont megszüntetné az összefonódott állapotot, tehát a második méréstől kezdve mindentől független random eredményeket kapnál. Pont ez a lényege a kvantum-teleportálásnak, hogy az információt egyetlen ember tudja csak és egyetlen egyszer megszerezni. Ezért lehet tökéletes titkosításra használni, viszont továbbra is csak fénysebességnél nem gyorsabb sebességgel.

> Nem tudom, nekem ez az egész kvantumfizika valami kitalációnak tűnik, ami még át sincs gondolva.

Ezt bárki elmondhatja bármiről, amit nem ismer. Ha nem tudom hogyan működik a számítógép és nem is láttam még számítógépet, akkor számomra tűnhet kitalációnak az egész. Ha a nagymamám mondta volna ezt, hogy ez a számítógép dolog egy humbug, én meg csak úgy random nyomogatom a billentyűzetet, mindenféle cél és koncepció nélkül, akkor még elnézően legyintenék.

Nem, nyilván a kvantumfizika történetének nagyjából száz éve alatt senki nem gondolta át az egészet. Ugyan több tucat jól ismert fizikus hozott újabb és újabb eredményeket, de mind csak a hasára ütött, senki nem ellenőrizte az ötleteik helyességét. A nagy részecskegyorsítót is ilyen átgondolatlan dolgok miatt építették hatalmas összegeket beleölve, és az ott dolgozó kutatók sem csinálnak semmit.