Chińscy naukowcy twierdzą, że „teleportowali” cząstkę fotonu z ziemi do satelity krążącego w odległości 1400 km (870 mil).

Dla wielu jednak teleportacja kojarzy się z czymś znacznie bardziej egzotycznym. Czy świat wcześniej ograniczony do fantastyki naukowej staje się teraz rzeczywistością?

W pewnym sensie. Ale w najbliższym czasie raczej nie będziemy przesyłać się do biura lub na plażę na Bahamach. Przykro mi.

Jak to działa?

Praktycznie rzecz ujmując, teleportacja to przekazywanie stanu rzeczy, a nie wysyłanie samej rzeczy.

Niektórzy fizycy podają przykład faksu – wysyła on informacje o znakach na kartce papieru, a nie o samym papierze. Faks odbierający otrzymuje te informacje i stosuje je do surowca w postaci papieru, który już tam jest.

Nie jest to teleportacja w sensie Star Treka – natychmiastowe przenoszenie materii z jednej lokalizacji do drugiej – tak wielu instynktownie to postrzega.

W zamian za to opiera się na zjawisku znanym jako splątanie kwantowe.

Co to jest splątanie kwantowe?

Zjawisko to powstaje, gdy dwie cząstki są w stanie się połączyć. Zjawisko to powstaje, gdy dwie cząstki są tworzone w tym samym czasie i miejscu, a więc efektywnie mają to samo istnienie.

To splątanie trwa nawet wtedy, gdy fotony są następnie rozdzielone. Oznacza to, że jeśli jeden z fotonów się zmieni, zmieni się również drugi foton w innym miejscu.

Prof Sandu Popescu z Uniwersytetu w Bristolu pracuje nad splątaniem kwantowym od lat 90-tych.

„Już wtedy ludzie myśleli o Star Treku. Ale my mówimy o przesyłaniu stanu pojedynczej cząstki, a nie miliardów miliardów miliardów cząstek, które tworzą człowieka”, mówi.

„Jeśli myślisz o odległej planecie, najpierw musiałbyś wymienić miliardy splątanych par cząstek, a potem musisz przesłać także inne informacje. Jest to bardzo nietrywialne. Nie należy się tym ekscytować.”

Jak teleportować cząstkę?

Powróćmy do naszych dwóch splątanych cząstek. Jeśli trzecia cząstka oddziałuje z pierwszą splątaną cząstką, zmiana, która zachodzi w splątanej cząstce jest odzwierciedlona w jej bliźniaku.

Więc bliźniak zawiera informacje o trzeciej cząstce i efektywnie przejmuje jej istnienie.

Brzmi świetnie, w czym problem?

Nie udało się stworzyć długodystansowego połączenia pomiędzy dwiema splątanymi cząstkami, ponieważ splątany foton może pokonać tylko około 150 km w kanale światłowodowym zanim zostanie pochłonięty.

Badacze od dawna widzieli potencjał łącza satelitarnego, ponieważ fotony mogą łatwiej podróżować przez przestrzeń kosmiczną, ale trudno było je przesyłać przez ziemską atmosferę – zmienne warunki atmosferyczne mogą powodować odchylenia cząstek.

• Obliczenia kwantowe: Game changer czy zagrożenie dla bezpieczeństwa?
• 'Martwy lub żywy' kot w fizyce top 10
• Justin Trudeau stawia czoła wyzwaniu kwantowemu
• The pro-baletnica i fizyk kwantowy

Co osiągnął chiński zespół?

Wytworzyli 4,000 par kwantowo splątanych fotonów na sekundę w swoim laboratorium w Tybecie i wystrzelili jeden foton z każdej pary w wiązce światła w kierunku satelity zwanego Micius, nazwanego tak po starożytnym chińskim filozofie.

Micius ma czuły odbiornik fotonów, który może wykryć stany kwantowe pojedynczych fotonów wystrzelonych z ziemi. Ich raport – opublikowany online – mówi, że jest to pierwsze takie połączenie dla „wiernej i ultradalekiej teleportacji kwantowej”.

„To bardzo ładny eksperyment – nie spodziewałbym się, że wszystko zadziała tak szybko i tak gładko”, mówi profesor Anton Zeilinger z Uniwersytetu Wiedeńskiego, który uczył chińskiego głównego naukowca Pan Jianwei.

Jeśli nie można teleportować ludzi, dlaczego jest to ekscytujące?

Głównym celem teleportacji kwantowej jest obecnie stworzenie nie dających się zhakować sieci komunikacyjnych.

„Prawa natury zapewniają ochronę” – mówi prof. Popescu. „Jeśli ktoś chciałby przechwycić informacje, mógłbyś to wykryć, ponieważ zawsze, gdy próbujesz obserwować system kwantowy, zaburzasz go.”

Chińskie miasto Jinan rozpoczęło już próby bezpiecznej sieci opartej na technologii kwantowej, a sieć łącząca Pekin i Szanghaj jest w trakcie opracowywania z tak zwanymi „zaufanymi węzłami” co 100 km, gdzie sygnał kwantowy jest mierzony i wysyłany ponownie, mówi prof. Zeilinger.

„Jest to pierwszy internet kwantowy. Szybkość przesyłania danych jest niska, więc nie jest to przydatne dla obecnego Internetu. Ale jest przydatny do odświeżania klucza kwantowego używanego do przesyłania zaszyfrowanych informacji” – mówi prof. Zeilinger.

Sieć kwantowa mogłaby być wykorzystywana do przesyłania poufnych informacji finansowych lub wyborczych, twierdzi profesor Ian Walmsley z Uniwersytetu Oksfordzkiego.

„Nadal istnieją poważne bariery, które należy pokonać. Ale tak właśnie zaczyna się transformacyjna zmiana” – mówi.