Teleportatsioonis astuti samm edasi
Ajakirja Science 23. jaanuari numbris teatab rühm Michigani ja Marylandi ülikoolide ühendatud kvantinstituudi teadlasi esimesest edukast katsest siirdada kvantbitti — otsustusraskustega kvantteabe ühikut — kahe teineteisest kauge maa taga paikneva aatomi vahel. Kuna kvantteave hüppab ühelt aatomilt teisele viivitamatult, sattumata hetkekski aatomitevahelisse ruumi, nimetavad uurijad sellist nullsiiret “teleportatsiooniks”.
Uus saavutus võib nende arvates tuua lähemale ultrakiirete kvantarvutite ja äärmiselt pealtkuulamiskindla kvantside kasutuselevõtu. “Meie süsteemil on lootust kujuneda esimeseks sammuks kvantmälu tohutute vahemaade taha siirdava mastaapse “kvantvahendusvõrgu” loomisel,” usub töörühma juhataja, teadur Christopher Monroe. “Pealegi võimaldab meie meetodite rakendamine koos kvantbiti-operatsioonidega konstrueerida kvantarvutuseks vajaliku võtmekomponendi.”
“Kvantteabe juures on selline konks, et seda ei saa lugeda teavet hävitamata,” nendib uurimuse kaasautoreid, Marylandi ülikooli füüsik Steven Olmschenk. “Mingil moel tuleb see ühest punktist teise saata ilma, et seda vahepeal loetaks.”
Aatomis või footonis sisalduva kvantteabe lugemiseks peavad teadlased mõõtma mõnd vastava osakese omadust, kuid kvantmaailma reeglite kohaselt muudab osakese mõõtmine selle käitumist. Kuni seda pole mõõdetud, võib aatom või footon püsida hägusolekus, kus üheaegselt kehtivad kõik selle võimalikud väärtused. Niipea, kui osakest mõõdetakse, “laguneb” võimaluste skaala üheksainsaks, selgelt eristatavaks väärtuseks — toimub nn kollaps. Kaob algupärane sõltumatu olek ehk võime säilitada samaaegselt mitut väärtust, millele rajanebki kvantbittide võimas potentsiaal arvutustehnoloogia vallas.
Rikkumata kvantbitte on teadlastel seni õnnestunud teleportida valgusfootonite ning footonite ja aatomipilvede vahel; teineteisest eemal paiknevate üksikaatomite vahel pole neil seni teavet saata õnnestunud. Tänu valguse suurele kiirusele on footonid head teabetranspordi-vahendid, kuid kvantteabe säilitamiseks on aatomid märksa parem valik, kuna neid endid on hõlpsam talletada.
“See on suur asi,” kommenteerib Ühendkuningriigi teadur, Belfasti ülikooli kvantfüüsik Myungshik Kim. “Kvantolekus teabe salvestamiseks algsel kujul peab kahe paikse kvantbiti vahel olema teleportatsiooniskeem — alles siis saab neid talletada ja hiljem manipuleerida.”
Kvantbiti teleportimiseks ühendas Monroe töörühm esmalt kahe laetud ning elektriväljade abil vaakumkambris fikseeritud üterbiumi-aatomi saatused. Ühe aatomi piitsutamine mikrolaine-impulsiga ergastas sihtaatomi üht elektroni, ajades selle kahe võimaliku oleku segaseisundisse. Seejärel tulistati kumbagi aatomit ultrakiire laseriga, mis sundis mõlemad neist väljastama ühtainsat valgusfootonit. Nende footonite lainepikkused ehk värvid sõltusid sellest, millises olekus olid elektronid. Footonite ristamine kiirepoolitajas — seadmes, millest väljuval footonil on täpselt 50-protsendine tõenäosus sihtmärgilt tagasi põrkuda või see läbida — andis mõnikord tulemuseks elektronide olekute lõimumise, pentsiku kvantfenomeni, mida nimetatakse põimituseks (ingl k entanglement).
Kui kaks osakest põimuvad, ühinevad nende eraldised kvant-identiteedid, nii et üksainus võrrand väljendab mõlemat. Seega tekitas kahe elektroni põimimine põhimõtteliselt olukorra, kus need kaks aatomit jagavad omavahel algset kvantbitti — tundmatut, lahtist segu kahest võimalikust olekust.
Seejärel mõõtsid uurijad esimest aatomit, rikkudes selles sisalduva hapra kvantteabe ning hävitades põimitusseisundi. Nii jäi esialgne kvantbitt alles ainult teises, vastuvõtvas aatomis — ja sulgus teleportatsiooni-tsükkel.
Ehkki teadustöö on fundamentaalseks saavutuseks kvantteabe käitlemise vallas, osutab Kopenhaageni Niels Bohri Instituudi füüsik Eugene Polzik, et protseduuri tõhusus on seni veel liiga madal, et seda praktiliselt kasutada. Praegu õnnestub põimimine vaid ühel katsel sajast miljonist, kuigi Olmschenk on veendunud, et seda määra annab märkimisväärselt parendada.
“Väga madal tõhusus on osaliselt tingitud tehnilistest põhjustest” nagu aatomeist vallandatud footonite püüdmiseks liiga väike lääts ja nende avastamise madal tõhusus, kommenteerib Polzik. “Sellest hoolimata on saavutus tähelepanuväärne.”
