Fysikere oppdager hvordan energi kan 'teleporteres'
Først teleporterte de fotoner, deretter atomer og ioner. Nå har en fysiker utarbeidet hvordan gjøre det med energi, en teknikk som har dyptgripende konsekvenser for for fysikkens fremtid.
I 1993 viste Charlie Bennett ved IBMs Watson Research Center i New York State og et par kompiser hvordan å overføre kvante-informasjon fra ett punkt i rommet til et annet uten traversere mellomliggende rom.
Teknikken er avhengig av det merkelige kvante fenomenet som kalles sammenfiltring, der to partikler deler samme eksistens. Denne dype forbindelsen innebærer at en måling på en partikkel umiddelbart influerer den andre, selv om de er lysår unna hverandre. Bennett og selskapet utarbeidet hvordan de kunne utnytte dette til å sende informasjon. (Påvirkningen mellom partiklene kan være umiddelbar, men prosessen ødelegger ikke relativiteten fordi noe informasjon må sendes klassisk i lysets hastighet.) De kalte teknikken teleportering.
Bilde 1. Skjematisk fremstilling av energi-teleportering
Det er egentlig ikke en overdrivelse av dens potensiale. Siden kvante-partikler er identiske, bortsett fra informasjonen de bærer, er det ikke nødvendig å overføre dem selv. En mye enklere ide er å sende den informasjon de inneholder i stedet, og sikre at det er en klar tilførsel av partikler i den andre enden til å påta deres identitet. Siden da har fysikere brukt disse ideene til å faktisk teleportere fotoner, atomer og ioner. Og det er ikke så vanskelig å forestille seg at molekyler og kanskje til og med virus kan bli teleportert i en ikke altfor fjern fremtid.
Men Masahiro Hotta ved Tohoku University i Japan har kommet opp med en mye mer eksotisk idé. Hvorfor ikke bruke de samme kvante prinsipper for å teleportere energi?
I dag, i det han bygger på en rekke artikler publisert i fjor, skisserer Hotta sin idé og dens implikasjoner. Prosessen med teleportation innebærer å gjøre en måling på hver enkelt sammenfiltret par av partikler. Han påpeker at målingen på den første partikkelen injiserer kvante-energi inn i systemet. Han viser da at ved omhyggelig valg av hva målingen skal gjøre på den andre partikkel, er det mulig å trekke ut den opprinnelige energien.
Alt dette er mulig fordi det alltid er kvante-svingninger i energi av enhver partikkel. Teleportering prosessen gjør det mulig å injisere kvanteenergi på ett punkt i universet og deretter utnytte kvante-energisvingninger å trekke det fra et annet punkt. Selvfølgelig er energien av systemet som helhet uforandret.
Han gir eksempel på en streng av viklet ioner oscillerende frem og tilbake fanget i et elektrisk felt, litt som Newtons baller. Måling av tilstanden i det første ion injiserer energi inn i systemet i form av et fonon, et oscillasjons-kvante. Hotta sier at om du utfører riktig type måling på det siste ionet, trekker du ut denne energien. Siden dette kan gjøres ved lysets hastighet (i prinsippet), reiser ikke fononen på tvers av de mellomliggende ioner, så det er ingen oppvarming av disse ionene. Energien har blitt overført uten å reise på tvers av det mellomliggende rom. Det er teleportering.
Akkurat hvordan vi kan utnytte muligheten til å teleportere energi er ikke klart ennå.
Men det virkelig spennende stoffet er konsekvensene dette har for grunnlaget for fysikk. Hotta sier at hans tilnærming gir fysikerne en måte å utforske forholdet mellom kvante-informasjon og kvante-energi for første gang.
Det er en voksende følelse at egenskapene i universet er best beskrivet, ikke av lovene som styrer materie, men av lovene som styrer informasjon. Dette ser ut til å være sant for kvante-verdenen, er visselig sant for spesiell relativitetsteori, og blir nå undersøkt for generell relativitet. Å ha en måte å håndtere energi på like fot, kan bidra til å knytte disse ulike tilnærmingene sammen.
Refleksjon: Interessant stoff. Det er umulig å vite hvor denne type tenkning kan vise vei.
Ref: arxiv.org/abs/1002.0200: Energi-sammenfiltrings relasjon for kvante-energy teleportering.
Stoffutvalg og bilder ved Asbjørn E. Lund