Vildt: Kinesere teleporterer fra Jorden til rummet
Kinesiske forskere har for første gang formået at teleportere en foton – en lyspartikel - fra Jorden til rummet. En »imponerende bedrift« og et vigtigt skridt mod en helt ny form for kommunikation, siger dansk forsker.
kvante teleportation

Forskere har teleporteret lyspartikler, kaldet fotoner, fra Jorden og op til den kinesiske satellit Micius. Det er første gang, det er lykkedes at teleportere fotoner fra Jorden til rummet. (Illustration: Science/Youtube)

Det lyder som ren Star Trek. For første gang er det lykkedes forskere at teleportere et objekt fra Jorden til rummet.

Men før du begynder at drømme om at leve i en Star Trek-verden, må vi desværre skuffe dig: Videnskaben er på ingen måde i nærheden af at kunne teleportere dig eller din svigermor ud i rummet.

De kinesiske forskere har teleporteret en lillebitte lyspartikel – en foton – fra Jorden op til en satellit, som svæver rundt mere end 500 kilometer oppe over vores planet.

Lillebitte eller ej – fysikere er begejstrede over kinesernes teleportation, for det kan være et skridt i retning af en helt ny og langt mere sikker form for kommunikation end vores nuværende internet: Kvanteinternettet.

Kvanteinternet

Forskere verden over arbejder hen imod at kunne skabe et kvanteinternet eller et kvantekommunikationsnetværk.

Det er et kommunikationsnetværk, som bygger på de særlige fænomener fra kvantefysikken – eksempelvis superpositioner og sammenfiltring.

Kvanteinternettet findes ikke endnu, men teoretisk set kan dette netværk blive langt hurtigere og bedre end vores nuværende internet.

Samtidig vil det – på grund af særlige principper i kvantefysikken - være fuldstændig ubrydeligt for hackere eller andre forbrydere, som ønsker at stjæle information fra netværket.

Man vil altså kunne kommunikere 100 procent sikkert via et kvanteinternet.

Kilde: Ulrich Hoff mm.

»Det er en imponerende bedrift. Teknisk set er det meget kompliceret, hvad de har gjort. Det betyder ikke, at vi får en afløser for internettet i næste uge, men det er en vigtig brik i det store puslespil, som engang skal gøre det muligt at lave et kvantekommunikationsnetværk,« siger Ulrich Hoff, som er postdoc og fysiker ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU).

Teleportation har længe været muligt

At teleportere betyder at flytte en genstand direkte fra ét sted til et andet, uden at genstanden bevæger sig gennem det mellemliggende rum – de fleste kender begrebet fra science fiction-genren, hvor mennesker på et splitsekund kan rejse over store afstande.

Det lyder måske komplet urealistisk, men i kvantefysikeres laboratorier er det efterhånden ikke længere noget særligt. I hvert fald ikke når det gælder teleportation af bittesmå atomer og partikler.

»De første eksperimenter med teleportation af lys blev lavet for næsten 20 år siden. Så de kinesiske forsøg bygger i princippet videre på noget, vi har kunnet gøre længe,« siger professor ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet Eugene Polzik, som selv var med til at lave nogle af de første eksperimenter med teleportation af fotoner.

Ulrich Hoff fra DTU er enig i, at det kinesiske forsøg ikke bringer banebrydende ny viden på bordet, men rent ingeniørmæssigt har kineserne gjort en stor bedrift og slået hidtidige rekorder:

»De bruger velkendte teknikker og fysik, men det nye er, at de kan teleportere over så stor en afstand. Det gør det pludselig realistisk at drømme om kvanteinternettet. For hvis kvanteinternettet skal blive til virkelighed, skal vi netop kunne teleportere information over store afstande,« siger Ulrich Hoff.

Kinesisk satellit gør det igen

De kinesiske forskere har brugt en avanceret satellit ved navn Micius til deres eksperiment. Micius har en meget følsom foton-modtager ombord, som kan måle kvantetilstanden på enkelte fotoner.

Fotonerne i eksperimentet blev teleporteret fra en forskningsstation i Tibet og op til Micius-satellitten. En afstand på mellem 500 og 1400 kilometer alt afhængig af, hvor satellitten befandt sig i sin bane omkring Jorden.

Sammenfiltrede fotoner

Sammenfiltring (på engelsk entanglement) er et fænomen fra kvantefysikken.

Det betyder simpelt forklaret, at to partikler kan være sammenfiltrede og dermed påvirke hinanden, selvom de er langt borte fra hinanden.

Hvis man måler på den ene partikel, vil den anden partikels tilstand altså med det samme ændre sig.

Teoretisk set er der ingen grænse for, hvor langt væk to sammenfiltrede partikler kan være fra hinanden, men i praksis kan sammenfiltringen blive forstyrret af forhindringer såsom Jordens atmosfære.

Sammenfiltring er et vigtigt element for at kunne skabe et nyt og moderne form for kommunikationsnetværk – kendt som kvanteinternettet – som gør det muligt at have en 100 procent sikker kommunikation uden aflytning og hacking.

Kilde: Ulrich Hoff mm.

For bare en måned siden brugte de kinesiske forskere Micius til at slå en anden rekord: De demonstrerede, at de kunne sende sammenfiltrede fotoner fra Micius-satellitten ned til Jorden.

Nede på Jorden forblev fotonerne sammenfiltrede til trods for, at der var 1.203 kilometer imellem dem – det vil sige, at hvis man påvirkede den ene foton, ville den anden foton også blive påvirket, den store afstand til trods.

(Læs mere om eksperimentet i denne artikel).

Sådan teleporterer fysikerne

Teknikken til at teleportere fotoner udnytter i virkeligheden også dette lettere ubegribelige fænomen fra kvantefysikken, hvor partikler kan være sammenfiltrede – altså hænge sammen og påvirke hinanden, selvom de teoretisk set kan befinde sig i hver sin ende af universet.

»Sammenfiltring er en nødvendig tilstand for at kunne teleportere. Hvis jeg for eksempel vil teleportere et objekt hen til dig, skal jeg bruge tre objekter for at kunne opnå dette. To sammenfiltrede objekter, og så selvfølgelig det originale objekt, som jeg vil teleportere hen til dig,« forklarer Eugene Polzik og uddyber:

»Det ene sammenfiltrede objekt skal være hos mig, og det andet sammenfiltrede objekt skal være hos dig. Herefter laver jeg teleportations-tricket. Resultatet er, at mit oprindelige objekt bliver slettet, og dit sammenfiltrede objekt bliver til det samme objekt, som jeg oprindeligt havde,« forklarer Eugene Polzik.

I forhold til kinesernes eksperiment betyder det altså, at man ikke kan sige, at den oprindelige foton på Jorden pludselig er blevet flyttet op på Micius-satellitten i rummet. I stedet er der tale om, at en anden foton på satellitten pludselig bliver til en tro kopi af den originale foton nede på Jorden. Den overtager så at sige den oprindelige fotons identitet. Og den oprindelige foton udslettes i processen, forklarer Ulrich Hoff.

»Man kan ikke sige, at man fysisk set flytter en foton fra A til B. Det er kun fotonens kvantetilstand, som bliver flyttet,« forklarer Ulrich Hoff.

Kan man teleportere mennesker?

Er du lidt af en Star Trek-fan vil du naturligvis spekulere over, om det samme trick en dag – hvis metoden og teknologien forbedres – vil kunne overføres til mennesker. Her er Ulrich Hoffs svar desværre ikke opløftende:

»Nej, det tror jeg ikke. Vi snakker kun om, at man teleporterer kvantetilstande for enkelte partikler. Hvis man forestiller sig at skulle teleportere et menneske, vil det være ekstremt mange kvantetilstande, der skal teleporteres. Og kvantetilstanden skal hele tiden bevares perfekt for at kunne få det resultat, man ønsker. Så jeg har svært ved at forestille mig, at teleportation kan blive fremtidens transportmiddel. Men det kan helt klart blive en del af fremtidens kommunikationsnetværk,« siger Ulrich Hoff.

Eugene Polzik tilføjer et andet og lidt skræmmende aspekt ved at teleportere mennesker frem for partikler.

star trek scotty captain kirk

BEAM ME UP SCOTTY: I science fiction-filmen Star Trek skal Captain Kirk (billedet) blot kalde på sin ingeniør Scotty, når han vil teleporteres tilbage til sit rumskib. En dansk forsker regner dog ikke med, at den slags bliver til virkelighed. (Foto: Wikipedia Commons)

»Lad os sige, at jeg vil teleportere dig. Prisen vil være, at du er nødt til at blive ødelagt, sådan at din kopi kan blive lavet et andet sted i universet,« siger Eugene Polzik og forklarer:

»Kvantefysikken siger, at jeg ikke bare kan pille dig fra hinanden og sende dig via internettet til et andet sted i verden, hvor du kan blive samlet igen. Det er ikke muligt, for kvantefysikken tillader os ikke at måle alting i detaljer. Der vil altid være lidt slør i målingerne – alt er ikke veldefineret. Men teleportations-princippet tillader os at se bort fra denne begrænsning. Men så skal du – originalen – ødelægges.«

Kineserne er blevet førende

De nye eksperimenter med at teleportere fotoner er offentliggjort på internetserveren arXiv. Det betyder, at de endnu ikke er blevet udsat for andre forskeres faktatjek – det såkaldte peer review, som studier normalt gennemgår, inden de publiceres i videnskabelige tidsskrifter.

Kinesernes seneste bedrift, hvor sammenfiltrede partikler blev sendt ned til Jorden, blev imidlertid publiceret i det prestigefyldte videnskabelige tidsskrift Science. Ligesom det nye teleportations-eksperiment blev Science-artiklen beskrevet som et vigtigt skridt i forhold til at få skabt fremtidens kvanteinternet.

Dermed har kineserne slået fast, at de efterhånden bærer førertrøjen, når det gælder at bane vejen for fremtidens kommunikationsform, påpeger Ulrich Hoff.

»Kineserne er blevet førende inden for feltet, fordi de har en teknisk formåen og en pengetank i ryggen, som lader til at være uudtømmelig. De har virkelig nogle ressourcer, som jeg ikke tror, nogen europæiske og amerikanske forskere har, og de formår at lave nogle ekstremt komplicerede ting på meget kort tid,« siger Ulrich Hoff og tilføjer:

»Men de kopierer ’bare’ kendte teknikker, som de skalerer op til en langt større skala. Så på den måde udvider de ikke den videnskabelige horisont. Men ingeniørmæssigt er det stadig en stor bedrift.«

Grafikken viser et overblik over, hvordan de kinesiske forskere lavede deres set-up, da de skulle teleportere fotoner fra Jorden til Micius-satellitten. (Illustraion: arXiv:1707.00934 [quant-ph])