Je kvantová teleportácia transportom budúcnosti?

V poslednej dobe sa hromadia fantastické správy, vedcom sa podarilo teleportovať časticu na obrovskú vzdialenosť, súčasný rekord je niečo vyše sto kilometrov. Teleportácia patrila donedávna len do reálií sci-fi literatúry a filmov, znamenajú tieto novinky zo sveta technológii, že sa blíži revolúcia v preprave materiálu, či dokonca ľudí?

Podľa definície je teleportácia premiestnenie hmoty medzi dvomi bodmi priestoru, ľudovo povedané tu niečo zmizne a tam sa to objaví. Pri takomto fungovaní by dochádzalo k rozporom s najzákladnejšími fyzikálnymi zákonmi a tie sa nám, aspoň momentálne, javia ako neprekonateľné. No s tou ľudovou formuláciou by sa trochu popracovať dalo. Predstavte si takúto situáciu: máte doma doma hrad postavený z Lega, váš sused má len kôpku kociek. Niečo spravíte a zrazu je to naopak, vy máte kôpku kociek a sused postavený hrad – nepreniesla sa samotná hmota, len informácia o usporiadaní, a s tým už fyzika problém nemá.

Teleportácia, ktorú sa podarilo úspešne demonštrovať, sa nazýva kvantová, a to z dvoch dôvodov. Za prvé k nej dochádza k prenosu kvantových stavov, napríklad qubitov (čiže kvantových bitov) a za druhé je pri nej klúčovým kvantové previazanie, o ktorom sme písali minule. Stručne zhrnuté, kvantová častica sa môže nachádzať vo viacerých stavoch naraz a keď ju zmeriame, vyberie si náhodne jeden z nich. Ak dôjde ku kvantovému previazaniu dvoch častíc, zmeraním jednej časti páru sa dozvieme niečo aj o tej druhej – napríklad pre tzv. EPR pár, ak má prvá častica spin hore, druhá ho bude mať určite dole (pričom výsledok prvého merania bol ale náhodný).

Kvantová informácia je v qubite uložená v parametroch, ktoré určujú, s akými pravdepodobnosťami nameriame rôzne možné stavy. Keď stav častice zmeriame, uvidíme ju v jednom z nich a kvantová informácia o možných pravdepodobnostiach sa stráca. Práve preto je výzvou vedieť presúvať kvantové stavy bez toho, aby došlo k ich zmeraniu (a teda zničeniu) – a práve toto dokáže kvantová teleportácia, vysvetlime si ako funguje.

Predstavme si nasledovnú situáciu: Alica má časticu v (kvantovom) stave A a chce docieliť, aby ju mal Bohuš. Dokážu to tak, že si najprv rozdelia jeden previazaný pár častíc, Alica potom previaže časticu v stave A so svojou polovicou páru a pozrie sa, v akom sú vzájomnom vzťahu. Zistenú informáciu vtesná do 2 klasických bitov, ktoré pošle Bohušovi. Ten vďaka tomu vie, ktorú z možných operácií musí aplikovať na svoju polovicu páru, aby ho dostal práve do stavu A. Prvá fáza, rozdelenie si páru, bola iba distribúciou materiálu, ktorá môže prebehnúť roky pred prenesením informácie a teda samotnou kvantovou teleportáciou stavu.

Takýmto spôsobom sa podarilo preteleportovať kvantovú časticu na vzdialenosť 143 kilometrov, momentálne sa chystajú aj experimenty s družicami na obežnej dráhe. Zatiaľ ide len o prenos qubitov, ale v princípe bude v budúcnosti možné prenášať aj zložité kvantové systémy. Do vesmírneho plavidla si posádka zoberie niekoľko polovíc previazaných párov, druhú časť nechajú na Zemi, a pomocou klasickej rádiokomunikácie si prenesú to, čo aktuálne potrebujú. Teoreticky nič nebráni tomu, aby sa tak prenášali aj ľudia (tu sa rozložia a tam sa poskladajú), no to je technologicky ešte v nedohľadne.