Teleportacja to zdolność do wysyłania informacji kwantowych z jednej części wszechświata do drugiej, bez podróżowania przez przestrzeń pomiędzy nimi. Wysyłając wszystkie informacje opisujące pojedynczą cząstkę i przekazując je innej, ta druga cząstka przyjmuje wszystkie cechy pierwszej.

Jest fizycznie nie do odróżnienia od pierwszej iw pewnym sensie staje się pierwszą cząstką, choć w innej części wszechświata. Stąd nazwa teleportacja, zademonstrowana po raz pierwszy w latach 90.

Dziś teleportacja jest standardowym zjawiskiem w laboratoriach optyki kwantowej i stała się podstawową technologią stojącą za powoli powstającym kwantowym Internetem.

Przesył energii

Ale ma inne zastosowanie. W 2000 roku zadzwonił japoński fizyk Masahiro Hotta z Tohoku University rozwinął ten pomysł sugerując, że jeśli teleportacja może przekazywać informacje, to powinna być również zdolna do przesyłania energii. Następnie opracował teoretyczne podstawy teleportacji energii kwantowej.

Teraz Kazuki Ikeda ze Stony Brook University w stanie Nowy Jork mówi, że po raz pierwszy udało mu się teleportować energię za pomocą zwykłego komputera kwantowego. „Zgłaszamy pierwszą realizację i obserwację teleportacji energii kwantowej na prawdziwym sprzęcie kwantowym”, mówi, dodając, że zdolność do teleportacji energii może mieć głębokie implikacje dla przyszłego internetu kwantowego.

Kluczową ideą teleportacji energii kwantowej jest to, że energia każdego układu kwantowego podlega ciągłym wahaniom. To właśnie te naturalne fluktuacje energii można wykorzystać na poziomie kwantowym.

Hotta początkowo zwrócił uwagę, że pomiar części układu kwantowego nieuchronnie wprowadza energię do układu. W świecie kwantowym energię tę można następnie wydobyć z innej części systemu bez przemieszczania się energii przez przestrzeń pomiędzy nimi. Żadna energia nie jest uzyskiwana ani tracona; jest po prostu przenoszony.

Demonstracja tego pomysłu wymaga zestawu cząstek kwantowych, które mają ten sam stan kwantowy, a więc są splątane.

Trudno było je zdobyć, kiedy Hotta rozwijał swoje pomysły. Ale Ikeda zauważył, że systemy splątanych cząstek stały się łatwo dostępne w ostatnich latach z powodu pojawienia się komputerów kwantowych.

Rzeczywiście, komputery kwantowe IBM są oparte na kubitach nadprzewodzących i można uzyskać do nich dostęp przez Internet. Ikeda po prostu napisał algorytm kwantowy, który wciela w życie pomysł Hotty, a następnie użył komputera kwantowego IBM do jego uruchomienia. „Wyniki są zgodne z dokładnym rozwiązaniem teorii” – mówi.

Wewnątrz komputera kwantowego IBM Ikeda był w stanie teleportować energię tylko na odległości mniej więcej wielkości chipa komputerowego. Mówi jednak, że po zademonstrowaniu pomysłu natychmiast powinno być możliwe teleportowanie energii na znacznie większe odległości.

Sieci kwantowe

Wskazuje, że technologia jest już dostępna, aby to zrobić na istniejących połączeniach, takich jak 158-kilometrowe połączenie między Stony Brook University a Brookhaven National Laboratory. Poza tym powinno być możliwe teleportowanie energii przez internet kwantowy, gdy tylko stanie się dostępny, prawdopodobnie w latach 30. XXI wieku, mówi Ikeda.

To będzie miało głębokie implikacje, mówi. „Zdolność do przesyłania energii kwantowej na duże odległości przyniesie nową rewolucję w technologii komunikacji kwantowej”, mówi Ikeda.

Wyobraża sobie, że energia i informacje będą wymieniane w Internecie kwantowym, a handlowcy będą wybierać, gdzie je zdobyć najbardziej ekonomicznie. To doprowadzi do nowej nauki, ekonomii informacji kwantowej, mówi.

Oczywiście istnieje wiele kroków na drodze do osiągnięcia tego celu, między innymi pokazanie, że teleportacja może przenosić użyteczne ilości energii. Innym interesującym pytaniem jest, w jakim stopniu teleportacja energii różni się od teleportacji informacji i gdzie leży różnica. To powinno pomóc rozebrać głębszą naturę wszechświata i prawdziwe role, jakie w naszej rzeczywistości odgrywają informacje, energia i inne prymitywy.

Ref: Pierwsza realizacja teleportacji energii kwantowej na sprzęcie kwantowym: arxiv.org/abs/2301.02666