teleportaatio
Lähetetty: 21.8.2007 20:19
Valonsäde Marsiin lähtee laiturilta 2 (teleportaatio)
Teleportaation uudet kujeet – aine ratsastaa valonsäteessä
Makroskooppinen aineaalto (atomilaserpulssi) voidaan siirtää paikasta toiseen valon avulla suhteellisen luotettavasti ja olemassa olevalla tekniikalla. Ei tarvita perinteisesti välttämättömiä välineitä (kvanttikietoutuneita hiukkasjoukkoja ja erinäisiä mittausvaiheita), sillä atomien kvanttitiloja ei tutkita. Ne vain ”muutetaan valoksi”, valo lähetetään toisaalle, ja kvanttitilat palautetaan valosta. Kylmä tulee, sillä lähetys- ja vastaanottolaitureina toimivat liki absoluuttisen nollapisteen tuntumassa olevat ainekeskittymät. Ja sitten menee fysiikaksi:
(Pst. Tutkijat tiedostavat, että menetelmän tekninen toteutus hipoo teleportaation klassisen määritelmän rajoja, koska kvanttikietoutumista ei tarvita).
Kvanttiteleportaatio ja sen ongelmat julmasti yksinkertaistettuna
Kvanttiteleportaatiossa hyödynnetään kvanttikietoutumista, kvanttimekaniikkaan kuuluvaa omituista ilmiötä. Sen mukaan kaksi hiukkasta voivat olla ”kietoutuneita” tai ”lomittuneita” toisiinsa niin, että muutos toisessa aiheuttaa vastaavan muutoksen toisessa – vaikka hiukkaset olisivat äärettömän kaukana toisistaan.
Tarvitaan siis toisiinsa kietoutuneiden hiukkasten ryhmä, joka jaetaan puoliksi lähetysaseman ja vastaanottoaseman kesken. Lähettäjä Liisa lisää siirrettävän hiukkasen omaan hiukkasryhmäänsä, ja Liisan hiukkasryhmän kvanttitila siirtyy vastaanottajana toimivan Pekan hiukkasryhmään. Liisan alkuperäisen hiukkasen kvanttitila tuhoutuu, ja teleportaatio on tapahtunut.
Tätä periaatetta soveltamalla on teleportoitu yksittäisiä fotoneja, valonsäteitä, vangittuja ioneja ja atomien ytimien spinejä. Kvanttikietoutuminen ei kuitenkaan ole täydellistä, joten paraskin teleportaatiotarkkuus on ollut 85 %.
Teleportaatio ilman kvanttikietoutumista
Optista kenttää käyttävä teleportaatio poikkeaa edellä kuvatusta. Lähettäjällä ja vastaanottajalla ei tarvitse olla toistensa kohtaloihin sidottuja hiukkasia, joten teleportaation onnistuminen ei riipu kvanttikietoutumisen laadusta.
Lähetys- ja vastaanottolaitureina toimivat Bose-Einsteinin kondensaatit (BEC). BEC on olomuoto, jonka atomit ottavat lämpötilan hipoessa absoluuttista nollapistettä. Tässä olomuodossa atomit ”unohtavat” itsenäisyytensä ja alkavat käyttäytyä kuten makroskooppinen aineaalto.
Lähetysasemalla suunnataan atomit (laskelmissa jopa 5 000 atomin ryhmä) kohti Bose-Einsteinin kondensaattia. Kondensaatti absorboi ne ja lähettää eteenpäin optisen signaalin, joka sisältää atomien kvanttitilan. Vastaanottajan kondensaatti absorboi optisen signaalin ja käyttää sen sisältämiä tietoja muodostaakseen lähes alkuperäisen atomiryhmän pulssin.
Tutkijoiden esittämä teknisempi kuvaus
Kvanttitilan siirtäminen atomilaserpulssista toiseen optisen välikentän kautta eli makroskooppisten aineaaltojen siirtäminen teleportaatiolla ilman kvanttikietoutumista.
Viittaukset atomien tiloihin – (1) atomi, johon magneettikenttä vaikuttaa, (2) atomi, johon magneettikenttä ei vaikuta, (3) virittynyt atomi.
Siirrettävä pulssi (2)-tilan atomeja suunnataan kohti magneettikentillä hallittua Bose-Einsteinin kondensaattia. Kondensaatti on valaistu lasersäteellä (kontrollisäteellä). Kun atomit törmäävät lasersäteeseen, ne absorboivat fotonin, joka siirtää ne tilaan (3). Kondensaatin läsnäolo ja kontrollisäteen hienosäätö pakottaa atomit liittymään kondensaattiin ja emittoimaan fotonin tiettyyn suuntaan. Kaikki atomit siis päätyvät tilaan (1), ja syntyy signaalisäde. Kontrollisädettä säätämällä pystytytään koodaamaan atomipulssin kvanttitila signaalisäteeseen. Ihannetapauksessa signaalisäteen fotonien lukumäärä vastaa tarkalleen alkuperäisen pulssin atomien lukumäärää. Tieto ”sädetetään” toiseen Bose-Einsteinin kondensaattiin, joka on valaistu samanlaisella kontrollisäteellä. Kondensaatin atomit absorboivat fotonin signaalisäteestä ja emittoivat sen edelleen kontrollisäteeseen siirtäen osan kondensaatin atomeista tilaan (2). Fotonien momentti ”potkaisee” ne pois kondensaatista. Näin tieto alkuperäisestä pulssista kopioituu uuteen pulssiin. Atomien ”teleportaatio” on tapahtunut.
TeknoFys 21.8.2007 20:10 Lähde Teleportation of massive particles without shared entanglement. Bradley et al. arXiv.org Quantum Physics. / Teleportation of Massive Particles. Australian Research Council Centre of Excellence for Quantum-Atom Optics.
Teleportaation uudet kujeet – aine ratsastaa valonsäteessä
Makroskooppinen aineaalto (atomilaserpulssi) voidaan siirtää paikasta toiseen valon avulla suhteellisen luotettavasti ja olemassa olevalla tekniikalla. Ei tarvita perinteisesti välttämättömiä välineitä (kvanttikietoutuneita hiukkasjoukkoja ja erinäisiä mittausvaiheita), sillä atomien kvanttitiloja ei tutkita. Ne vain ”muutetaan valoksi”, valo lähetetään toisaalle, ja kvanttitilat palautetaan valosta. Kylmä tulee, sillä lähetys- ja vastaanottolaitureina toimivat liki absoluuttisen nollapisteen tuntumassa olevat ainekeskittymät. Ja sitten menee fysiikaksi:
(Pst. Tutkijat tiedostavat, että menetelmän tekninen toteutus hipoo teleportaation klassisen määritelmän rajoja, koska kvanttikietoutumista ei tarvita).
Kvanttiteleportaatio ja sen ongelmat julmasti yksinkertaistettuna
Kvanttiteleportaatiossa hyödynnetään kvanttikietoutumista, kvanttimekaniikkaan kuuluvaa omituista ilmiötä. Sen mukaan kaksi hiukkasta voivat olla ”kietoutuneita” tai ”lomittuneita” toisiinsa niin, että muutos toisessa aiheuttaa vastaavan muutoksen toisessa – vaikka hiukkaset olisivat äärettömän kaukana toisistaan.
Tarvitaan siis toisiinsa kietoutuneiden hiukkasten ryhmä, joka jaetaan puoliksi lähetysaseman ja vastaanottoaseman kesken. Lähettäjä Liisa lisää siirrettävän hiukkasen omaan hiukkasryhmäänsä, ja Liisan hiukkasryhmän kvanttitila siirtyy vastaanottajana toimivan Pekan hiukkasryhmään. Liisan alkuperäisen hiukkasen kvanttitila tuhoutuu, ja teleportaatio on tapahtunut.
Tätä periaatetta soveltamalla on teleportoitu yksittäisiä fotoneja, valonsäteitä, vangittuja ioneja ja atomien ytimien spinejä. Kvanttikietoutuminen ei kuitenkaan ole täydellistä, joten paraskin teleportaatiotarkkuus on ollut 85 %.
Teleportaatio ilman kvanttikietoutumista
Optista kenttää käyttävä teleportaatio poikkeaa edellä kuvatusta. Lähettäjällä ja vastaanottajalla ei tarvitse olla toistensa kohtaloihin sidottuja hiukkasia, joten teleportaation onnistuminen ei riipu kvanttikietoutumisen laadusta.
Lähetys- ja vastaanottolaitureina toimivat Bose-Einsteinin kondensaatit (BEC). BEC on olomuoto, jonka atomit ottavat lämpötilan hipoessa absoluuttista nollapistettä. Tässä olomuodossa atomit ”unohtavat” itsenäisyytensä ja alkavat käyttäytyä kuten makroskooppinen aineaalto.
Lähetysasemalla suunnataan atomit (laskelmissa jopa 5 000 atomin ryhmä) kohti Bose-Einsteinin kondensaattia. Kondensaatti absorboi ne ja lähettää eteenpäin optisen signaalin, joka sisältää atomien kvanttitilan. Vastaanottajan kondensaatti absorboi optisen signaalin ja käyttää sen sisältämiä tietoja muodostaakseen lähes alkuperäisen atomiryhmän pulssin.
Tutkijoiden esittämä teknisempi kuvaus
Kvanttitilan siirtäminen atomilaserpulssista toiseen optisen välikentän kautta eli makroskooppisten aineaaltojen siirtäminen teleportaatiolla ilman kvanttikietoutumista.
Viittaukset atomien tiloihin – (1) atomi, johon magneettikenttä vaikuttaa, (2) atomi, johon magneettikenttä ei vaikuta, (3) virittynyt atomi.
Siirrettävä pulssi (2)-tilan atomeja suunnataan kohti magneettikentillä hallittua Bose-Einsteinin kondensaattia. Kondensaatti on valaistu lasersäteellä (kontrollisäteellä). Kun atomit törmäävät lasersäteeseen, ne absorboivat fotonin, joka siirtää ne tilaan (3). Kondensaatin läsnäolo ja kontrollisäteen hienosäätö pakottaa atomit liittymään kondensaattiin ja emittoimaan fotonin tiettyyn suuntaan. Kaikki atomit siis päätyvät tilaan (1), ja syntyy signaalisäde. Kontrollisädettä säätämällä pystytytään koodaamaan atomipulssin kvanttitila signaalisäteeseen. Ihannetapauksessa signaalisäteen fotonien lukumäärä vastaa tarkalleen alkuperäisen pulssin atomien lukumäärää. Tieto ”sädetetään” toiseen Bose-Einsteinin kondensaattiin, joka on valaistu samanlaisella kontrollisäteellä. Kondensaatin atomit absorboivat fotonin signaalisäteestä ja emittoivat sen edelleen kontrollisäteeseen siirtäen osan kondensaatin atomeista tilaan (2). Fotonien momentti ”potkaisee” ne pois kondensaatista. Näin tieto alkuperäisestä pulssista kopioituu uuteen pulssiin. Atomien ”teleportaatio” on tapahtunut.
TeknoFys 21.8.2007 20:10 Lähde Teleportation of massive particles without shared entanglement. Bradley et al. arXiv.org Quantum Physics. / Teleportation of Massive Particles. Australian Research Council Centre of Excellence for Quantum-Atom Optics.
