Teleportasi kuantum

Dalam fisika kuantum, Teleportasi kuantum adalah pengangkutan tanpa tubuh dari keadaan kuantum yang tidak diketahui dari satu tempat ke tempat lain.^[1] Teleportasi keadaan kuantum menggunakan fenomena belitan kuantum sebagai sarana transmisi. Ketika dua atau lebih partikel terikat, status kuantumnya saling bergantung, tidak peduli seberapa jauh jaraknya. Akibatnya, mereka bertindak sebagai objek kuantum tunggal, dijelaskan oleh fungsi gelombang tunggal - konstruksi matematika yang mengkodekan semua properti kuantum objek.^[2] Teleportasi kuantum dirancang untuk mengirimkan dua qubit antara dua pihak.^[3]

Dalam pandangan transformasi tele kuantum, teleportasi adalah perubahan satu partikel di ruang, sedangkan pertukaran belitan adalah perubahan satu partikel dari pasangan yang terikat.^[4]

Mekanisme

Pada tahun 1993, sekelompok fisikawan teoretis^[5] mendiskusikan dua subjek yang sangat didiskreditkan pada saat itu: keterikatan dan non-lokalitas. Keterikatan adalah fenomena di mana dua atau lebih partikel kuantum berbagi keadaan yang sama, sehingga setiap partikel tidak bisa dijelaskan secara independen. Non-lokalitas mengacu pada pengamatan bahwa partikel kuantum yang terpisah secara spasial berperilaku dengan cara yang menentang intuisi tentang ruang dan waktu.

Tiba-tiba para ahli teori menyadari bahwa sepasang partikel terikat dapat digunakan untuk menteleportasi status kuantum dari satu lokasi ke lokasi yang jauh, bahkan jika pengirim tidak mengetahui status kuantum atau lokasi penerima. Selama proses teleportasi, materi di lokasi pengirim akan kehilangan strukturnya, dan materi yang tidak terstruktur di lokasi penerima akan memperoleh struktur ini. Oleh karena itu, status kuantum akan menghilang dari pengirim dan muncul kembali ke penerima. Perhatikan bahwa proses ini tidak membuat salinan status kuantum karena status di pengirim hancur - seperti yang diisyaratkan oleh prinsip yang dikenal sebagai teorema tanpa kloning kuantum.^[6]^[7]

Diagram yang menunjukkan teleportasi kuantum.

Selain dua partikel yang terikat, proses teleportasi akan menbutuhkan sejumlah kecil informasi klasik (non-kuantum) yang disiarkan okeh pengirim. Dalam kasus biasa dari keadaan kuantum yang diparameteritisasi oleh dua bilangan biasa (nyata), hanya dibutuhkan dua bit - informasi yang jauh lebih sedikit daripada deskripsi klasik tentang keadaan kuantum. Informasi klasik ini akan menjamin bahwa seluruh proses tidak berjalan lebih cepat dari kecepatan cahaya.

Pada ahli teori menciptakan istilah teleportasi kuantum, dan jurnalis menyebarkannya ke seluruh dunia. Memahami teleportasi kuantum sepenuhnya itu rumit,^[8] dan konsepnya awalnya menyebabkan kebingungan. Tantangan utama yang direalisasi adalah realisasi pengukuran status Bell. Ini mengacu pada pengukuran gabungan dari dua status kuantum: status yang akan diteleportasi dan status salah satu partikel yang terikat. Tujuannya adalah untuk memperoleh informasi tentang hubungan antara dua keadaan, tampa memperoleh informasi apapun tentang keadaan itu sendiri - analog dengan mengukur sudut antara dua panas yang bersentuhan, tanpa mempelajari apapun tentang arah titik panah tersebut. Ini hanya mungkin di dunia kuantum, mengekspoitasi aspek lain dari keterikatan.^[8] Saat ini, diketahui bahwa tidak mungkin melakukan pengukuran status Bell lengkap dengan hanya menggunakan optik linear (yang intensitas cahaya tidak cukup tinggi untuk menghasilkan foton).^[9]

Dua kelompok mencapai prestasi teleportasi kuantum pada tahun 1997 - hanya 4 tahun setelah terobosan teoretis. Pertama, itu adalah tim Boschi et al. berbasis di Italia, diikuti hanya beberapa bulan oleh tim Bouwmeester et al. di Austria. Sandu Propescu, anggota tim yang berbasis di Italia, memiliki ide untuk menyandikan dua status kuantum yang terlibat dalam pengukuran status Bell dalam satu foton.^[10] Harald Weinfurter, anggota tim Austria, menemukan cara melakukan pengukuran (sebagian) status Bell pada dua foton independe.^[11]

Aplikasi

Sejak tahun 1997, teleportasi kuantum telah menjadi bagian utama dari ilmu informasi kuantum. Misalnya, disadari bahwa proses tersebut dapat mengaktifkan komunikasi kuantum melalui jarak yang sangat jauh, berkat perangkat yang disebut repeater kuantum,^[12] atau komunikasi di luar angkasa. Awal tahun ini, teleportasi kuantum didemonstrasikan antara satelit dan stasiun Bumi di China, dengan jarak hingga 1.400 km.^[13]

Dalam teleportasi kuantum, ada tiga jarak kunci: dari pengirim ke penganalisis status Bell (perangkat yang melakukan pengukuran), dari sumber foton terikat ke penganalisi status Bell, dan dari foton terikat ke penerima. Sebagian besar percobaan telah memaksimalkan jarak terakhir ini karena ini adalah yang paling mudah dicapai - meskipun satu percobaan mempertimbangkan ketiga jarak tersebut.^[14] Pekerjaan lain menyarankan untUKk mengeksploitasi teleportasi pada jarak yang sangat pendek (beberapa milimeter), tetapi menggunakan sebagian besar status kuantum.^[15] Ini bisa sangat mempercepat pemrosesan informasi di komputer kuantum dibandingkan dengan apa yang mungkin terjadi.

Dua puluh tahun setelah demonstasi eksperimental pertama, teleportasi kuantum adalah alat yang memungkinkan komunitas fisikawan, insinyur, ilmuwan komputer, dan ahli matematika yang sangat sukses untuk mengembangkan generasi berikutnya dari sistem komunikasi kuantum dan komputer kuantum.