Kvante-teleporterer med lys

Nå kan forskerne bruke en lysstråle som kalles Schrödingers kattunge til teleportering.

Published
I tre år har Jonas Neergaard-Nielsen arbeidet med kvanteoptikk i Japan. Nå er han postdoktor på DTU. (Foto: Kazuhiro Hayasaka)
I tre år har Jonas Neergaard-Nielsen arbeidet med kvanteoptikk i Japan. Nå er han postdoktor på DTU. (Foto: Kazuhiro Hayasaka)

Hvis man har lest om kvantefysikk, har man sikkert støtt på Schrödingers katt. Dette forunderlige dyret er både levende og dødt på samme tid, helt til man ser etter.

Slik er kvantemekanikkens lover. Objekter kan være i to forskjellige tilstander samtidig.

Først når man foretar en måling og dermed forstyrrer systemet, velger det side – katten vil da være enten død eller levende.

Schrödingers katt er bare er tankeeksperiment for å illustrere de mystiske og kontraintuitive konsekvensene av kvantemekanikken.

Jonas Neergaard-Nielsen, som er postdoktor ved institutt for fysikk på Danmark Tekniske Universitet, har ikke eksperimentert med en katt, men med en lysstråle forskerne kaller Schrödingers kattunge.

Kattungene er lysbølger

Ingen dyr kom imidlertid til skade under forsøket som ble foretatt på Japans nasjonale institutt for informasjon- og kommunikasjonsteknologi (NICT) i Tokyo. Forsøket er nettopp blitt beskrevet i det vitenskapelige tidsskriftet Nature Photonics.

Man kan fortsatt ikke teleportere gjenstander, slik man gjør i Star Trek. (Foto: Jonas Neergaard-Nielsen)
Man kan fortsatt ikke teleportere gjenstander, slik man gjør i Star Trek. (Foto: Jonas Neergaard-Nielsen)

– Vi starter med å smelte sammen to lysbølger som er ute av fase med hverandre. Da har vi en bølge som svinger opp-ned-opp-ned og en bølge som svinger ned-opp-ned-opp, forteller Neergaard-Nielsen.

En slik lysstråle kaller fysikerne for Schrödingers kattunge – en liten Schrödingers katt. Den befinner seg i grenseområdet mellom mikroskopiske og makroskopiske objekter.

Teleportering av informasjon

I forsøket i Tokyo ville forskerne finne ut om en slik kattunge kan brukes til teleportering. Det kan den.

– Vi tar en kattunge og splitter den opp, og så bruker vi den ene av de to delene til å måle på en input-lysstråle som vi vil teleportere. Og så gjør vi det, sier Neergaard-Nielsen.

Det krever litt forklaring.

– Vi tar en lysstråle og sender den gjennom et halvgjennomsiktig speil. Så deler den seg i to, og de to strålene er sammenfiltrede. Det er et fellesskap mellom dem – de er i samme tilstand. Det betyr at hvis du gjør noe med den ene, vil du med det samme påvirke hvordan den andre oppfører seg.

– Ved hjelp av dette kvantemekaniske fenomenet, som kalles entanglement (sammenfiltring), kan vi overføre informasjon fra et sted til et annet med kvanteteleportering.

Oppdagelsen gjør at man i framtiden kanskje kan bygge en optisk kvantecomputer som kan foreta visse former for beregninger langt raskere enn dagens datamaskiner. (Foto: Jonas Neergaard-Nielsen)
Oppdagelsen gjør at man i framtiden kanskje kan bygge en optisk kvantecomputer som kan foreta visse former for beregninger langt raskere enn dagens datamaskiner. (Foto: Jonas Neergaard-Nielsen)

Det lyder eksotisk, men Neergaard-Nielsen skynder seg å si at det ikke er snakk den typen teleportering som er kjent fra Star Trek, hvor man flytter ting og mennesker fra sted til sted. Det er bare informasjon som kan teleporteres.

Kvantedatamaskiner er målet

I tillegg til å lære mer om hvordan verden henger sammen på det aller mest grunnleggende nivået, er målet for forskerne å utvikle teknologier i framtidens datamaskiner og kommunikasjonsnettverk.

Forskerne bak det nye resultatet håper resultatet på sikt kan føre til sikker kvantekommunikasjon over svært lange avstander.

På enda lenger sikt kan det bli mulig å konstruere en optisk kvantedatamaskin som kan foreta visse former for beregninger langt raskere enn de datamaskinene som finnes i dag.

– Man kan lage en datamaskin som baserer seg på en kvantelogikk, hvor man koder kvantebits inn i disse bølgetilstandene. For å kunne foreta slike regneoperasjoner må man kunne teleportere – og det viser vi hvordan man kan gjøre, avslutter Neergaard-Nielsen.

Referanse:

Quantum tele-amplification with a continuous variable superposition state. Nature Photonics, doi:10.1038/nphoton.2013.101

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.