Beam me up!

Danske forskere udvikler en teknik, hvormed man kan teleportere lysstråler


Af Robin Engelhardt

Alle der har set Star Trek kender til fænomenet: Nede i rumskibets transporterrum står Scottie (nu i The Next Generation er det Jordi), som teleporterer besætningsmedlemmerne til og fra planeterne. 'Beam me up Scottie!', bliver der råbt, når klingonerne eller romulanerne går til angreb, og teleportationen plejer da også at forløbe upåklageligt.

Nu har en gruppe forskere fra Århus Universitet i samarbejde med en gruppe fra Caltech i Californien formået at gøre science-fiction klassikeren kunststykket efter ­ ikke med rigtige objekter, der har en masse, men med lysstråler. I et eksperiment, offentliggjort i det sidste nummer af Science, har de kunnet flytte en lysstråle fra ét sted til et andet ved hjælp af teleportation, og vel at mærke uden at ødelægge eller kende informationen om den oprindelige lysstråle. En bedrift, der i Star Treks annaler allerede står beskrevet som en af de mest betydningsfulde tekniske vidundere i flere årtusinder.

Forudsætningen for, at det kan lade sig gøre, kan findes i kvantemekanikkens dunkle katakomber af ubestemthed og tvetydighed 'Dette er den første sande ubetingede form for teleportation,' siger lektor Eugene Polzik fra Quantum Optics Laboratory ved Instituttet for Fysik og Astronomi i Århus, der sammen med forskningsadjunkt Jens Lykke Sørensen og et forskerhold fra Caltech i Californien har opfundet metoden.

I korte træk går ideen ud på, at man bruger to såkaldt kvante-korrelerede stråler, der er i stand til at transportere informationen om tilstanden af en tredje stråle, uden at man kender dens informationsindhold. Man transporterer altså ikke et rigtigt objekt, men snarere en kvante-kogebog, hvorefter man med de rette midler kan regenerere den originale lysstråle i den anden ende.

Man kunne frygte, at de teleporterede objekter i givet fald kunne kopieres i det uendelige, men det er ikke tilfældet præcis på grund af de specielle kvante-kanaler: Hvis de kvante-korrelerede stråler brydes op, vil deres korrelation ­ eller entanglement ­ forsvinde, og teleportationen vil ikke fungere. Det er, hvad der kaldes for ikke-kloningsloven.

'Alt, vi ved, er, at for at få kvante-teleportation til at fungere, skal vi have entanglement,' siger lektor Eugene Polzik fra Århus. Entanglement, dvs. en slags sammenfiltring af partiklers information, er det trylleord, hele projektet afhænger af. Einstein kaldte fænomenet for en 'spøgelsesagtig påvirkning fra lange afstande'.

SAMMENFILTRING
I 1930 erne formulerede Einstein, Podolsky og Rosen et tankeeksperiment, som skulle modbevise kvantemekanikkens besynderlige ubestemtheder. At en elektron både kan beskrives som en bølge og som en partikel var for Einstein ikke det værste problem. Værre var det, at et samtidigt kendskab til forskellige egenskaber ved denne elektron forbød sig på grund af det, der kaldes Heisenbergs usikkerhedsrelation. 'Gud spiller ikke terninger,' var Einsteins reaktion, og han brugte det meste af sit resterende liv på at forsøge at modbevise teorien.

Det såkaldte EPR tankeeksperiment fra 1935 var designet til det formål: To kvante-korrelerede partikler fra samme kilde bliver skudt afsted i modsat retning. Venter man længe nok, er de lysår fra hinanden, hvorefter man kan måle forskellige egenskaber hos dem. Hvis man for eksempel måler momentet af den første partikel og positionen af den anden, så er ræsonnementet i EPR-artiklen, at fordi momentet bevares, kan man bestemme både moment og position af den anden partikel, hvilket egentlig forbydes af kvantemekanikken. Et paradoks, der kun kan accepteres af kvantemekanikere, hvis man antager, at partikler kan kommunikere hurtige end lysets hastighed, hvilket jo er i modstrid med relativitetsteorien.

I mange år var sagen henlagt, indtil den franske fysiker Alain Aspect udførte et rigtigt EPR-eksperiment i 1982. Hans resultat var, at 'selv hvis information, der bevæger sig hurtigere end lyset, er nødvendigt(...), er det ikke muligt på samme tid at bestemme både positionen og momentet af en partikel.' Kvantemekanikken holdt altså vand, men det betød ikke, at relativitetsteorien var modbevist. Det betød kun, at der ikke blev udvekslet information, og at de to partikler er i en tilstand af sammenfiltring , eller entanglement , hvor de ved hvad hinanden gør , eller formuleret på en mindre mystisk måde: Hvor deres tilstand er kvante-korreleret i form af en informations-overlejring, således at deres information er indskrevet i deres fælles egenskaber. To partikler, som er i sådan en sammenfiltret tilstand, opfører sig ligesom tvillinger, hvor den ene kun kender sig selv i den andens billede: Hvis 'den ene bliver kildret, griner den anden'.

Men præcis ved hjælp af disse sammenfiltrede stråler bliver teleportation mulig: Afsenderen ­ som fysikerne insisterer på altid at kalde Alice ­ tager den originale lysstråle, som skal transporteres, og kombinerer den med én af de sammenfiltrede Einstein-Podolski-Rosen stråler (EPR-stråler).

BOB GENSKABER OBJEKTET
'I vores situation betyder entanglement to støjende elektromagnetiske felter, hvor intensiteten og svingningsfasen er korrelerede,' siger Eugene Polzik. Resultatet af kombinationen er noget støj uden mening, og uden at man kender til dets indhold. Den kombinerede stråle sendes så ved hjælp af normale kommunikationskanaler (som telefonliner eller andre elektriske kabler) til modtageren ­ som forskerne insisterer på at kalde Bob. Bob bruger så den anden halvdel af EPR-strålerne til at fjerne den første, hvorved støjen forsvinder, og det teleporterede objekt kan genskabes i dens oprindelige kvantetilstand.

Eksperimentet viser, at Bob modtager en meget god kopi af den oprindelige stråle. Forskernes konklusion er derfor, at teleportation af lys foregår meget mere nøjagtigt end enhver normal sender-modtager proces. Forskernes mål i Århus er på længere sigt at teleportere samlinger af atomer, eller rettere deres samlede information.

Hvis det en gang i fremtiden var muligt at teleportere rigtige mennesker, skulle de først dræbes og smadres i atomer. Deres information ville så blive sendt til en modtager, som ved hjælp af en udefinerlig skraldebunke og noget vand ville kunne genskabe en kopi af dem. Måske bliver det svært at finde frivillige forsøgspersoner.

0 comments:

There was an error in this gadget