Atentie, urmeaza teleportarea!

Alain Aspect s-a nascut in 1947 si a ajuns sa fie fascinat de teoria cuantica pe vremea cand facea munca de voluntar in Camerun, in 1971, imediat dupa absolvirea facultatii. Cand si-a propus sa demonstreze ca Einstein s-a inselat, multa lume l-a privit cu neincredere. In 1982, el si colegii lui au produs prima dovada a unui fenomen atat de ciudat, incat si astazi multi savanti se straduiesc sa-i descopere toate implicatiile: insepararea cuantica. Dincolo de aplicatiile sale futuriste, evidenta insepararii duce cu gandul la legaturi la nivel cosmic. Natura acestor legaturi este departe de a fi intuita macar, ea sfidand limitele normale ale spatiului si timpului. In plus, n-ar putea fi inteleasa pe deplin decat gratie regulilor teoriei cuantice, iar in particular gratie seriei de descoperiri realizate de Louis de Broglie, Erwin Schrödinger si Werner Heisenberg.

Einstein, Podolosky si Rosen au incercat sa realizeze un experiment (botezat EPR, dupa initialele lor) prin care sa demonstreze ca teoria cuantica era incompleta. Aparatorii teoriei au atacat argumentul lui Einstein, fara a produce insa date concrete in sprijinul acesteia. Eventualitatea transarii disputei a aparut in momentul in care irlandezul John Bell a dovedit ca, daca particulele ar avea proprietati permanente (cum afirma Einstein), atunci ar exista o limita a similitudinii lor, data de viteza finita a luminii. Daca Einstein ar fi avut dreptate, corelatia dintre proprietatile particulelor n-ar fi depasit „inegalitatea lui Bell“ (privitoare la numarul si la rezultatele masuratorilor).

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

In 1982, Alan Aspect si colegii lui au reusit in sfarsit sa realizeze Experimentul EPR folosind fotoni de lumina. Ei au descoperit ca inegalitatea lui Bell nu se confirma: doi fotoni separati prin distante mari pareau capabili sa „comunice“ instantaneu, cu un nivel al corelatiei depasind cu mult inegalitatea respectiva. Implicatiile erau majore: cum inegalitatea lui Bell cazuse, cel putin una dintre presupunerile ei – aceea facuta de Einstein – era gresita. Concluzia: fie particulele nu au proprietati definite pana ce nu sunt observate, fie sunt capabile sa comunice cu viteze mai mari decat viteza luminii. Sau si una, si alta. Pentru multi fizicieni, mesajul devenea clar: teoria cuantica era corecta. Mai ramanea de aflat cum comunica particulele inseparate. Experimentul lui Aspect parea sa se dovedeasca insa un fenomen fara nici o valoare practica.

Au urmat alti oameni de stiinta, care, incet-incet, au reusit sa dea anumite aplicatii insepararii. In 1985, David Deutsch a conceput un model de calcul capabil sa rezolve probleme extrem de complexe; in 2002, o echipa de la Universitatea Leiden (Olanda) a aratat ca efectul insepararii poate trece prin metal, iar in 2003, la Viena, profesorul Anton Zeilinger si colegii lui au transmis fotoni inseparati peste Dunare. Acest ultim experiment a constat in scanarea unui obiect si in folosirea unor perechi de particule inseparate pentru a le capta proprietatile. Informatiile astfel obtinute puteau fi folosite pentru a recrea obiectul oriunde ar fi fost trimise perechile inseparate ale primelor particule.

In 1997, Zeilinger si colegii reusisera „teleportarea“ unui singur foton pe distanta de un metru utilizand insepararea cuantica. Patru ani mai tarziu, la Universitatea din Aarhus, Danemarca, o echipa condusa de Eugene Polzik a izbutit sa pregateasca mii de miliarde de atomi intr-o stare de inseparare, gata pentru actul teleportarii. Nimeni nu se asteapta ca acest lucru sa se realizeze prea curand cu fiinte umane. Se estimeaza ca informatia necesara ar incapea pe un set de CD-uri care ar umple o cutie cu latura de 1.000 de kilometri. Dar faptul ca numerosi oameni de stiinta cu renume discuta despre posibilitatea teleportarii indica masura in care insepararea cuantica a revolutionat fizica.

Ideea ca particulele pot fi innodate sau impletite a schimbat de asemenea perceptia asupra naturii Universului. Departe de a fi gol, vidat, Cosmosul este plin de conflicte intre particule care ba exista, ba nu exista. Aceste particule sunt bine inseparate si ultimele date astronomice sugereaza ca, de fapt, de ele depinde soarta intregului Univers. Tabloul pe care-l obtinem este cel al unui Cosmos plin cu materie inseparata si energie comunicand la distanta. In ultimele luni, Caslav Brukner si echipa lui de la Imperial College din Londra au aratat ca insepararea poate strabate chiar si timpul, legand trecutul de viitor.
Poate ca Einstein va ramine cunoscut pentru lucrurile in legatura cu care a avut dreptate. Dar consecintele esecului sau in a dovedi ca teoria cuantica este incompleta ar putea fi cea mai uluitoare mostenire stiintifica a sa.

Foto: Guliver

FACTS

Extrasenzorial

Conform teoriei cuantice, particulele inseparate se comporta de parca ar „sti“ ce se intampla cu perechile lor, chiar si atunci cand le separa distante enorme. Cum tot ceea ce ne inconjoara (inclusiv noi insine) este alcatuit din particule, ar putea oare insepararea sa explice fenomene „paranormale“ precum telepatia?
Multi savanti considera intrebarea neavenita, socotind telepatia o pura fantezie. Totusi, experimente ale unor cercetatori de la universitati de renume au produs dovezi ca telepatia exista. Chiar si asa, ideea ca insepararea ar putea fi cauza ei este negata de inexistenta conditiilor propice in corpurile vii. Cercetari din ultimii ani au sugerat insa ca insepararea este mult mai stabila decat se credea. Sir Roger Penrose, matematician la Oxford, a lansat ideea ca insepararea ar putea juca un rol important in functionarea mintii umane. Iar fizicianul Brian Josephson, profesor la Cambridge (Premiul Nobel in 1973), a mers chiar mai departe, sugerind ca insepararea ar putea fi cauza telepatiei.

Experimentul EPR

In 1935, Albert Einstein, Boris Podolosky si Nathan Rosen au propus un experiment care sa demonstreze ca teoria cuantica era incompleta. Sa ne imaginam o molecula care se separa in doua particule identice, acestea indepartandu-se apoi in directii opuse. Conform teoriei cuantice, nici una dintre particule nu va avea proprietati bine definite pana ce acestea nu vor fi masurate. Sa presupunem ca vrem sa determinam pozitia unei particule: o observam, iar rezultatele ar trebui sa-i confere anumite proprietati. Folosind legile lui Newton, se poate determina si pozitia perechii sale, fara a fi nevoie s-o vedem. Pe scurt, zice Einstein, particulele au intotdeauna proprietati definite, fie ca vedem aceste particule, fie ca nu. Faptul ca teoria cuantica nu poate explica asta ne arata ca ea este incompleta.

Exista insa o posibilitate: poate ca prima particula, cea observata, a reusit sa-i transmita celeilalte o informatie care s-o faca sa capete o anumita stare. Einstein are aici un contraargument: propria-i teorie a relativitatii, care spune ca nici un semnal nu se poate deplasa cu o viteza mai mare decat a luminii. Acest fapt inlatura posibilitatea unei comunicari intre cele doua particule, astfel incat singura explicatie ar fi aceea ca cele doua particule au proprietati bine definite tot timpul.

In anul 2002

Michael Freedman, Alexei Kitaev, Michael Larson si Zhenghan Wang au aratat cum se poate construi un calculator cuantic topologic dupa o tehnologie inca valabila.

Padmanabhan Aravind a inventat jocul patratelor magice, in sprijinul teoriei privind aplicarea insepararii cuantice in domeniul telepatiei.

Teleportarea in date

1924
Fizicianul francez Louis de Broglie introduce ideea ca particulele au proprietati de unda.

1935
Einstein incearca sa dovedeasca incompletitudinea teoriei cuantice (Experimentul EPR).

1935
Fizicianul austriac Erwin Schrödinger, a carui ecuatie descrie comportamentul functiei unda, consacra termenul de inseparare (Verschrankung).

1964
John Bell dovedeste ca existenta insepararii poate fi demonstrata si masurata in laborator.

1982
Alain Aspect si colegii de la Universitatea din Paris demonstreaza insepararea pentru prima oara, proband faptul ca Einstein se inselase in privinta teoriei cuantice.

1985
David Deutsch arata ca insepararea poate sta la baza calculatorului cuantic.

1993
O echipa internationala condusa de Charles Bennet de la IBM arata ca insepararea poate permite teleportarea de tip Star Trek – cel putin la nivelul particulelor subatomice.

1997
Profesorul Anton Zeilinger, de la Universitatea din Viena, teleporteaza in laborator un foton.

2001
O echipa condusa de Eugene Polzik (Universitatea Aarhus, Danemarca) reuseste sa pregateasca mii de miliarde de atomi de cesiu intr-o stare de inseparare.

2003
Profesorul Anton Zeilinger si colegii lui teleporteaza fotoni inseparati peste Dunare.

2004
Caslav Brukner si colegii lui de la Imperial College din Londra arata ca teoria cuantica permite insepararea atat in spatiu, cat si in timp.

Insepararea cuantica

In anii ’20 ai secolului trecut, savantii admiteau ca teoria cuantica se referea la particule care isi dezvaluiau proprietatile numai atunci cand erau masurate. Einstein a insistat ca teoria cuantica era incompleta, motiv pentru care a planuit un experiment care s-o dovedeasca.

Atunci cand, in sfarsit, in 1982, experimentul a fost realizat, el a relevat faptul ca Einstein se inselase: particulele pot fi „inseparate“, ele corelandu-si proprietatile una cu alta instantaneu, indiferent de distanta care le separa. Prin urmare, se pot afla amanunte despre o particula chiar si in cazul in care nu o avem sub observatie directa.

Departe de a fi o chestiune esoterica, insepararea cuantica se dovedeste un fenomen foarte solid, unul dintre conceptele de baza ale tehnologiei secolului XXI. Particulele inseparate sunt deja folosite in crearea unor sisteme de comunicatii sigure, in construirea de calculatoare ultrarapide si chiar in realizarea unor aparate pentru teleportarea de tip Star Trek.

Teoreticienii cred acum ca insepararea ar putea fi o stare relativ comuna in natura, sporind posibilitatea ca noi sa traim intr-o adevarata retea cosmica, intinsa peste timp si spatiu.