Contenuto
- Radici di teletrasporto: fisica e meccanica quantistica
- Regola fondamentale: principio di incertezza di Heisenberg
- Azione spettrale a distanza e Schrödingers Cat
- Teletrasporto quantistico e fantascienza
- Cosa riserva il futuro per il teletrasporto
Il teletrasporto è il trasferimento di materia o energia da una posizione all'altra senza che nessuno dei due attraversi la distanza nel senso fisico tradizionale. Quando il capitano James T. Kirk della serie TV e dei film di "Star Trek" disse per la prima volta all'ingegnere della Starship Enterprise, Montgomery "Scotty" Scott di "raggirarmi" nel 1967, gli attori non sapevano che nel 1993 lo scienziato IBM Charles H. Bennett e colleghi avrebbero proposto una teoria scientifica che suggeriva la possibilità di teletrasporto nella vita reale.
Nel 1998, il teletrasporto divenne realtà quando i fisici del California Institute of Technology teletrasportarono una particella di luce da una posizione all'altra in un laboratorio senza che attraversasse fisicamente la distanza tra le due posizioni. Mentre esistono alcune somiglianze tra fantascienza e realtà scientifica, il teletrasporto nel mondo reale differisce notevolmente dalle sue radici immaginarie.
Radici di teletrasporto: fisica e meccanica quantistica
Il ramo della scienza che ha portato a quel primo teletrasporto nel 1998 ha le sue radici dal padre della meccanica quantistica, il fisico tedesco Max Planck. Il suo lavoro nel 1900 e nel 1905 in termodinamica lo portò alla scoperta di distinti pacchetti di energia che chiamò "quanti". Nella sua teoria, ora nota come costante di Planck, ha sviluppato una formula che descrive come i quanti, a livello subatomico, si comportano sia come particelle che come onde.
Molte regole e principi nella meccanica quantistica a livello macroscopico descrivono questi due tipi di eventi: la doppia esistenza di onde e particelle. Le particelle, essendo esperienze localizzate, trasmettono sia massa che energia in movimento. Le onde, che rappresentano eventi delocalizzati, si diffondono nello spazio-tempo, come le onde luminose nello spettro elettromagnetico, e trasportano energia ma non massa mentre si muovono. Ad esempio, le palle su un tavolo da biliardo - oggetti che puoi toccare - si comportano come particelle, mentre le increspature su uno stagno si comportano come onde dove non c'è "nessun trasporto netto di acqua: quindi nessun trasporto netto di massa", scrive Stephen Jenkins, professore di fisica all'Università di Exeter nel Regno Unito
Regola fondamentale: principio di incertezza di Heisenberg
Una regola fondamentale dell'universo, sviluppata da Werner Heisenberg nel 1927, ora nota come principio di incertezza di Heisenberg, afferma che esiste un dubbio intrinseco associato alla conoscenza della posizione esatta e della spinta di ogni singola particella. Più è possibile misurare uno degli attributi delle particelle, come la spinta, più non chiare le informazioni sulla posizione delle particelle. In altre parole, il principio dice che non puoi conoscere entrambi gli stati della particella allo stesso tempo, e tanto meno conoscere gli stati multipli di molte particelle contemporaneamente. Di per sé, il principio di incertezza di Heisenberg rende impossibile l'idea del teletrasporto. Ma è qui che la meccanica quantistica diventa strana, ed è grazie al fisico Erwin Schrödingers che studia l'entanglement quantistico.
Azione spettrale a distanza e Schrödingers Cat
Riassumendo nel più semplice dei termini, l'entanglement quantico, che Einstein chiamava "azione spettrale a distanza", afferma essenzialmente che la misurazione di una particella aggrovigliata influisce sulla misurazione della seconda particella aggrovigliata anche se c'è una grande distanza tra le due particelle.
Schrödinger descrisse questo fenomeno nel 1935 come un "allontanamento dalle linee di pensiero classiche" e lo pubblicò in un documento in due parti in cui chiamò la teoria "Verschränkung", o entanglement. In quel documento, in cui parlava anche del suo paradossale gatto - vivo e morto allo stesso tempo fino a quando l'osservazione non ha fatto crollare l'esistenza dello stato dei gatti in esso sia morto che vivo - Schrödinger ha suggerito che quando due sistemi quantistici separati si intrecciano o quanticamente collegata a causa di un precedente incontro, una spiegazione delle caratteristiche di un sistema o stato quantistico non è possibile se non include le caratteristiche dell'altro sistema, indipendentemente dalla distanza spaziale tra i due sistemi.
L'entanglement quantistico costituisce la base degli esperimenti di teletrasporto quantistico che gli scienziati conducono oggi.
Teletrasporto quantistico e fantascienza
Il teletrasporto da parte degli scienziati oggi si basa sull'entanglement quantistico, in modo che ciò che accade a una particella accada all'altra istantaneamente. A differenza della fantascienza, non comporta la scansione fisica di un oggetto o di una persona e la sua trasmissione in un'altra posizione, poiché attualmente è impossibile creare una copia quantistica precisa dell'oggetto o della persona originale senza distruggere l'originale.
Invece, il teletrasporto quantico rappresenta lo spostamento di uno stato quantico (come le informazioni) da un atomo a un atomo diverso attraverso una notevole differenza. Team scientifici dell'Università del Michigan e del Joint Quantum Institute dell'Università del Maryland hanno riferito nel 2009 di aver completato con successo questo particolare esperimento. Nel loro esperimento, le informazioni da un atomo si sono spostate su un altro a un metro di distanza. Durante l'esperimento gli scienziati hanno tenuto ciascun atomo in contenitori separati.
Cosa riserva il futuro per il teletrasporto
Mentre l'idea di trasportare una persona o un oggetto dalla Terra in una posizione distante nello spazio rimane per il momento nel regno della fantascienza, il teletrasporto quantico di dati da un atomo a un altro ha il potenziale per applicazioni in più arene: computer, sicurezza informatica , Internet e altro ancora.
Fondamentalmente qualsiasi sistema che si basa sulla trasmissione di dati da una posizione a un'altra potrebbe vedere le trasmissioni di dati avvenire molto più velocemente di quanto le persone possano iniziare a immaginare. Quando il teletrasporto quantico si traduce in dati che si spostano da una posizione all'altra senza alcun lasso di tempo a causa della sovrapposizione - i dati esistenti in entrambi i doppi stati di 0 e 1 in un sistema binario di computer fino a quando la misurazione crolla lo stato in 0 o 1 - i dati si spostano più veloce della velocità della luce. Quando ciò accade, la tecnologia informatica subirà una rivoluzione completamente nuova.