Frekvenca X

Kvantna prihodnost 2/3: Teleportacija? Tudi to je mogoče!

O neslutenih novih možnostih za razvoj materialov in zdravil, miniaturnih kvantnih merilnih napravah in le navidezno magični teleportaciji

kvantne-tehnologije
Laboratorij za hladne atome, Inštitut Jožef Stefan
foto: Arne Hodalič in Katja Bidovec

Človeštvo je začelo korakati proti svetu, ki ga bodo opisovale in spreminjale drugačne tehnologije. Drugačne zato, ker delujejo po drugačnih načelih kot dosedanje klasične tehnologije in ker posegajo na področja, ki jih do zdaj nismo niti slutili. Tu in tam delujejo, kot da bolj spadajo na področje magije kot znanosti. Pa vendar je magičnost kvantnih tehnologij le navidezna, saj so te že trdno zasidrane v naš resnični svet.

V drugem delu serije Kvantna prihodnost smo s strokovnjaki razmišljali o kvantnih simulacijah, ki nam bodo omogočile izjemne nove možnosti pri razvoju materialov in zdravil, ter o kvantnih merilnih napravah, ki bodo ne le precej manjše od klasičnih naprav, ampak bodo ponujale tudi veliko večjo natančnost. V studiu sta nas tako kot v prvem delu obiskala strokovna sodelavca z Inštituta Jožefa Stefana dr. Peter Jeglič in dr. Rok Žitko, ki se v svojem raziskovalnem delu ukvarjata s kvantnimi tehnologijami.

Pravzaprav bi lahko rekli, da sta se do radijskega studia teleportirala, saj je bila začetna tema tokratne epizode prav teleportacija. Ta velikokrat buri našo domišljijo, a običajno ob podobnih mislih le zamahnemo z roko in si prigovarjamo, da to pač ni mogoče. A kot pove dekan Fakultete za matematiko in fiziko dr. Anton Ramšak, temu ni tako.

"Danes je že mogoče teleportirati snov na najnižjem nivoju. Seveda je vprašanje, ali bomo kdaj napredovali do molekul, predmetov ali živih stvari, vendar teoretično to ni nemogoče." - dr. Anton Ramšak

Prvi poskus s teleportacijo elektronov in fotonov so izvedli leta 2007 na Dunaju, pri čemer je sodeloval tudi eden izmed naših sogovornikov. Dr. Reiner Kaltenbaek, takrat raziskovalec na dunajski univerzi, danes pa predavatelj na ljubljanski Fakulteti za matematiko in fiziko, pravi, da so takrat fotone teleportirali čez reko Donavo, kar je predstavljajo razdaljo 600 metrov. Poskus je uspel.

"Od takrat naprej je bilo na tem področju doseženih že nekaj novih mejnikov. Kitajci so pred nekaj leti izstrelili satelit, s katerim so uspeli dokazati, da lahko prepletene delce razporedimo tudi med dvema zelo oddaljenima lokacijama s pomočjo satelitske povezave. Uspelo jim je pokazati, da lahko to prepletenost uporabijo tudi za teleportacijo." - Dr. Reiner Kaltenbaek

Razen teleportacije pa so seveda zanimiva tudi druga področja kvantnih tehnologij, na primer simulacija. Ta nam je v pomoč predvsem, kadar želimo izdelati nov material, ki bo na nekam področju ali na nek način boljši od obstoječega, denimo bolj vzdržljiv, bolj prilagojen na ekstremne vremenske pogoje ali lažje obnovljiv. Tega se lahko lotimo po klasični poti v laboratoriju, ki ima sicer precej pomanjkljivosti. Postopek je namreč zahteven, dolgotrajen, rezultati pa so nepredvidljivi. Druga pot je računanje, a tudi ta ni optimalna, saj so ti računi po besedah dr. Ramšaka izjemno zahtevni. "Narava je tako kompleksna, sestavnih delov v molekulah pa je toliko, da realističnih materialov enostavno ni mogoče preračunati v kratkem času." S kvantnimi računalniki, ki so bili glavni predmet debate prejšnjega dela serije Frekvence X, bi šlo po prepričanjih stroke veliko hitreje.

Kvantne tehnologije pa bodo omogočile tudi povsem drugačno zaznavanje tega sveta. Prinesle bodo precej bolj natančno opazovanje in preučevanje našega okolja. S tem področjem se ukvarja naslednji steber kvantnih tehnologij, ki ga sestavljata kvantna senzorika in meroslovje. Kot poudarjata strokovna sodelavca, si strokovnjaki želijo, da bi takšne naprave oz. senzorji delali bolje od najboljših obstoječih klasičnih senzorjev po vsaj enem izmed naslednjih kriterijev: velikost, občutljivost, natančnost, delovno okolje, specifičnost, ali pa časovni interval za rekalibracijo. Nekaj takih naprav je že na trgu, na primer atomske ure ali atomski gravimetri, večino pa zaenkrat preizkušajo v laboratoriju.

Dr. Samo Beguš, član Laboratorija za metrologijo in kakovost na Fakulteti za elektrotehniko, izpostavlja eno izmed prednosti takšnih naprav. Optične magnetometre uporabljajo za ugotavljanje tega, kakšni materiali in rudnine se nahajajo pod zemeljskim površjem na nekem območju.

"Če vzamemo magnetometer na letalo ali helikopter in preletavamo neko območje, lahko ugotovimo, kje se nahaja kakšna rudnina, ki vpliva na magnetno polje". - dr. Samo Beguš

Druge zelo zanimive primere uporabe takih merilcev magnetnega polja najdemo v medicini. Kvantni senzorji bodo namreč omogočili tudi boljše poznavanje za nas ene največjih skrivnosti vesolja, delovanja človeških možganov. Strokovni sodelavec dr. Rok Žitko opozori še na eno zelo pomembno prednost, ki bi jo kvantna senzorika lahko ponudila.

"Po prvih ocenah bi lahko z interferometri, ki sicer merijo hitrost vrtenja Zemlje ali spremembe v gravitacijskem polju, zaznavali tudi potrese in tektonske premike. Ker se sprememba gravitacijskega polja širi s svetlobno hitrostjo, potresni valovi pa imajo tipično hitrost nekaj km/s, bi tako imeli pri potresu, oddaljenem 100 km, nekaj deset sekund časa, da na primer ugasnemo jedrsko elektrarno." – dr. Rok Žitko

Gosti druge oddaje: Dr. Philippe Bouyer (CNRS), dr. Rainer Kaltenbaek (FMF), dr. Samo Beguš (FE), Jaka Perovšek (Univerza v Bremnu), dr. Anton Ramšak (FMF)