Gli scienziati stanno sperimentando attivamente il teletrasporto quantistico

2024 Autore: Seth Attwood | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-16 16:08

Per gli eroi dei film di fantascienza, il teletrasporto è una cosa comune. Basta premere un pulsante - e si dissolvono nell'aria, così che in un paio di secondi si ritrovano a centinaia e migliaia di chilometri di distanza: in un altro paese o addirittura su un altro pianeta.

È davvero possibile un simile movimento o il teletrasporto rimarrà per sempre un sogno di scrittori e sceneggiatori? C'è qualche ricerca in corso in quest'area - e siamo anche un po' più vicini all'implementazione della tecnologia così familiare agli eroi dei fantastici film d'azione?

La risposta breve a questa domanda è sì, gli esperimenti sono in corso e molto attivamente. Inoltre, gli scienziati pubblicano regolarmente articoli su riviste scientifiche su esperimenti riusciti di teletrasporto quantistico, a distanze sempre maggiori.

E sebbene molti fisici famosi dubitino che saremo mai in grado di teletrasportare le persone, alcuni esperti sono molto più ottimisti e assicurano che i teletrasporti diventeranno una realtà in pochi decenni.

Questo materiale è stato preparato in risposta a uno deidomande di ricerca inviato dai nostri lettori.

Bugie, voci e storie

Innanzitutto, chiariamo di cosa stiamo parlando esattamente. Per teletrasporto intendiamo il movimento istantaneo di oggetti a qualsiasi distanza, idealmente più veloce della velocità della luce.

La parola stessa è stata inventata nel 1931 dal pubblicista americano Charles Fort, appassionato di ricerche sul paranormale. Per analogia con "televisione", derivato dal greco τῆλε ("lontano") e dal latino video ("vedere"), nel suo libro "Vulcani del cielo" inventò un termine per descrivere i movimenti inesplicabili degli oggetti nello spazio (Il latino porto significa "portare")…

"In questo libro, guardo principalmente alle prove che esiste una sorta di forza di trasferimento, che chiamo teletrasporto. Sarò accusato di mettere insieme menzogne, voci, favole, bufale e superstizioni. In un certo senso, penso di sì me stesso. E in un certo senso, no. Sto solo fornendo dati ", scrive Fort.

Esistono davvero molti miti su tali movimenti, ad esempio la leggenda diffusa sull'esperimento di Filadelfia del 1943, durante il quale il cacciatorpediniere americano Eldridge sarebbe stato teletrasportato a 320 km.

Lo stesso cacciatorpediniere che si sarebbe mosso nello spazio

Tuttavia, in pratica, tutte queste storie si rivelano nient'altro che speculazioni dei teorici della cospirazione, secondo le quali le autorità nascondono al grande pubblico qualsiasi prova di casi di teletrasporto come segreto militare.

In realtà, è vero il contrario: tutti i risultati ottenuti in questo settore sono ampiamente discussi nella comunità scientifica. Ad esempio, solo una settimana fa, gli scienziati americani hanno parlato di un nuovo esperimento di successo nel teletrasporto quantistico.

Passiamo dalle leggende metropolitane e dalla letteratura fantastica alla scienza rigorosa.

Dal punto A al punto B…

La storia del teletrasporto reale, non fittizio, iniziò nel 1993, quando il fisico americano Charles Bennett matematicamente - usando formule - dimostrò la possibilità teorica di spostamenti quantistici istantanei.

Naturalmente, questi erano calcoli puramente teorici: equazioni astratte che non hanno applicazione pratica. Tuttavia, allo stesso modo - matematicamente -, ad esempio, sono stati già scoperti buchi neri, onde gravitazionali e altri fenomeni, la cui esistenza è stata confermata sperimentalmente molto più tardi.

Così i calcoli di Bennett divennero una vera sensazione. Gli scienziati hanno iniziato a condurre attivamente ricerche in questa direzione e il primo esperimento riuscito di teletrasporto quantistico è stato effettuato in pochi anni.

Va sottolineato qui che stiamo parlando di teletrasporto quantistico, e questa non è esattamente la stessa cosa che siamo abituati a vedere nei film di fantascienza. Da un luogo all'altro, non viene trasmesso l'oggetto materiale stesso (ad esempio un fotone o un atomo - dopotutto, tutto è costituito da atomi), ma informazioni sul suo stato quantistico. Tuttavia, in teoria, questo è sufficiente per "ripristinare" l'oggetto originale in una nuova posizione, dopo averne ricevuto una copia esatta. Inoltre, tali esperimenti vengono già condotti con successo nei laboratori, ma ne parleremo più avanti.

Nel mondo a cui siamo abituati, questa tecnologia è più facile da confrontare con una fotocopiatrice o un fax: non si invia il documento stesso, ma le informazioni su di esso in formato elettronico, ma di conseguenza il destinatario ha una copia esatta. Con la differenza essenziale che nel caso del teletrasporto, l'oggetto materiale inviato stesso viene distrutto, cioè scompare - e ne rimane solo una copia.

Proviamo a capire come ciò avvenga.

Dio gioca a dadi?

Hai sentito parlare del gatto di Schrödinger, quello che sta nella scatola né vivo né morto? Questa metafora originale è stata inventata dal fisico austriaco Erwin Schrödinger per descrivere la misteriosa proprietà delle particelle elementari: la sovrapposizione. Il fatto è che le particelle quantistiche possono trovarsi contemporaneamente in più stati contemporaneamente, cosa che nel mondo siamo abituati a escluderci completamente a vicenda. Ad esempio, un elettrone non ruota attorno al nucleo di un atomo, come si pensava, ma si trova contemporaneamente in tutti i punti dell'orbita (con probabilità diverse).

Fino a quando non abbiamo aperto la scatola del gatto, cioè non abbiamo misurato le caratteristiche della particella (nel nostro esempio, non abbiamo determinato la posizione esatta dell'elettrone), il gatto seduto lì non è solo vivo o morto - è entrambi vivo e morto allo stesso tempo. Ma quando la scatola è aperta, cioè la misurazione è fatta, la particella si trova in uno degli stati possibili - e non cambia più. Il nostro gatto è vivo o è morto.

Se a questo punto hai completamente smesso di capire qualcosa, non preoccuparti, nessuno lo capisce. La natura della meccanica quantistica non è stata spiegata dai fisici più brillanti del mondo per molti decenni

Il fenomeno dell'entanglement quantistico viene utilizzato per il teletrasporto. Questo è quando due particelle elementari hanno la stessa origine e si trovano in uno stato interdipendente - in altre parole, c'è una connessione inesplicabile tra di loro. A causa di ciò, le particelle entangled possono "comunicare" tra loro, anche trovandosi a grande distanza l'una dall'altra. E una volta che conosci lo stato di una particella, puoi prevedere lo stato di un'altra con assoluta certezza.

Per molti anni Albert Einstein ha discusso dell'inspiegabile fenomeno delle particelle entangled con uno dei padri fondatori della teoria quantistica, Niels Bohr (a sinistra). Durante una di queste controversie, Einstein pronunciò la sua famosa frase "Dio non gioca a dadi", a cui ricevette una risposta da Bohr: "Albert, non dire a Dio cosa fare!"

Immagina di avere due dadi che aggiungi sempre fino a sette … Li hai scossi in un bicchiere e ti sei gettato un osso dietro la schiena e l'altro davanti a te e lo hai coperto con il palmo della mano. Alzando la mano, hai visto che hai lanciato, diciamo, un sei - e ora puoi affermare con sicurezza che il secondo osso, dietro la tua schiena, è caduto uno in alto. Dopotutto, la somma di due numeri deve essere uguale a sette.

Sembra incredibile, vero? Con i dadi a cui siamo abituati, un tale numero non funzionerà, ma le particelle entangled si comportano esattamente in questo modo - e solo in questo modo, sebbene anche la natura di questo fenomeno ignori ogni spiegazione.

"Questo è il fenomeno più incredibile della meccanica quantistica, è impossibile persino comprenderlo", afferma il professore del MIT Walter Levin, uno dei fisici più rispettati al mondo. Cinture! Tutto ciò che possiamo dire è che apparentemente è così che funziona il nostro mondo."

Tuttavia, ciò non significa affatto che questo misterioso fenomeno non possa essere utilizzato nella pratica - dopotutto, è ripetutamente confermato sia dalle formule che dagli esperimenti.

Simbolo di entanglement quantistico

Teletrasporto pratico

Esperimenti pratici sul teletrasporto sono iniziati circa 10 anni fa nelle Isole Canarie sotto la guida del fisico austriaco, professore all'Università di Vienna Anton Zeilinger.

In un laboratorio sull'isola di Palma, gli scienziati creano una coppia di fotoni entangled (A e B), quindi uno di essi viene inviato utilizzando un raggio laser a un altro laboratorio situato sulla vicina isola di Tenerife, a 144 km di distanza. Inoltre, entrambe le particelle sono in uno stato di sovrapposizione, cioè non abbiamo ancora "aperto la scatola del gatto".

Quindi il terzo fotone (C) viene collegato al case - quello che deve essere teletrasportato - e lo fanno interagire con una delle particelle entangled. Quindi i fisici misurano i parametri di questa interazione (A + C) e trasmettono il valore risultante a un laboratorio a Tenerife, dove si trova il secondo fotone entangled (B).

L'inspiegabile connessione tra A e B consentirà di trasformare B in una copia esatta della particella C (A + C-B) - come se si spostasse istantaneamente da un'isola all'altra senza attraversare l'oceano. Cioè, si è teletrasportata.

Anton Zeilinger supervisiona il teletrasporto pratico

"In un certo senso estraiamo le informazioni che trasporta l'originale e creiamo un nuovo originale altrove", spiega Zeilinger, che ha già teletrasportato migliaia e migliaia di particelle elementari in questo modo.

Questo significa che in futuro gli scienziati saranno in grado di teletrasportare qualsiasi oggetto e persino le persone in questo modo - dopotutto, anche noi siamo composti di tali particelle?

In teoria, questo è molto possibile. Hai solo bisogno di creare un numero sufficiente di coppie impigliate e portarle in luoghi diversi, mettendole in "cabine di teletrasporto" - diciamo, a Londra e Mosca. Entri nella terza cabina, che funziona come uno scanner: il computer analizza lo stato quantico delle tue particelle, confrontandole con quelle entangled, e invia queste informazioni a un'altra città. E lì avviene il processo opposto - e la tua copia esatta viene ricreata dalle particelle entangled.

Problemi fondamentali risolti

In pratica, le cose sono un po' più complicate. Il fatto è che ci sono circa 7 ottalioni di atomi nel nostro corpo (dopo sette ci sono 27 zeri, cioè sette miliardi di miliardi di miliardi) - questo è più delle stelle nella parte osservabile dell'Universo.

E dopotutto, è necessario analizzare e descrivere non solo ogni singola particella, ma anche tutte le connessioni tra di loro - dopotutto, in un nuovo posto devono essere raccolte in un ordine idealmente corretto.

È quasi impossibile raccogliere e trasmettere una tale quantità di informazioni, almeno al livello attuale di sviluppo tecnologico. Non è noto quando appariranno computer in grado di elaborare tali volumi di dati. Ora, in ogni caso, si sta lavorando per aumentare la distanza tra i laboratori, e non il numero di particelle teletrasportabili.

Ecco perché molti scienziati credono che il sogno del teletrasporto umano sia difficilmente realizzabile. Anche se, ad esempio, un professore al New York City College e un noto divulgatore scientifico Michio Kaku è convinto che il teletrasporto diventerà una realtà entro la fine del 21° secolo - e forse anche 50 anni dopo. Senza nominare date specifiche, alcuni altri esperti generalmente sono d'accordo con lui.

"Si tratta di migliorare la tecnologia, migliorare la qualità. Ma direi che i problemi fondamentali sono stati risolti e non c'è limite alla perfezione ulteriore", afferma Eugene Polzik, professore presso l'Istituto Niels Bohr dell'Università di Copenaghen.

Tuttavia, molte altre domande sorgono lungo la strada. Ad esempio, la "copia di me" ottenuta come risultato di tale teletrasporto sarà il vero me? Penserà allo stesso modo, avrà gli stessi ricordi? Dopotutto, come accennato in precedenza, l'originale dell'oggetto inviato viene distrutto a seguito dell'analisi quantistica.

"Per il teletrasporto quantistico, la distruzione dell'oggetto teletrasportabile nel processo è assolutamente necessaria e inevitabile", conferma Edward Farhi, che ha diretto il Center for Theoretical Physics al MIT dal 2004 al 2016 e ora lavora per Google. "Penso che faresti semplicemente trasformarsi in un mucchio di neutroni, protoni ed elettroni. Non staresti al meglio."

D'altra parte, da un punto di vista puramente materialistico, non siamo determinati dalle particelle di cui siamo fatti, ma dal loro stato - e questa informazione, dicono gli scienziati, viene trasmessa in modo estremamente accurato.

Vorrei credere che sia così. E che il sogno dell'umanità sul teletrasporto non si trasformerà in realtà nel famoso film horror, in cui il personaggio principale non ha notato come una mosca sia volata accidentalmente nella sua cabina di teletrasporto …