Πειράματα με Φωτόνια που πάνε και Μπλέκουνε

Σε πρόσφατο κείμενο, απ' αυτήν εδώ την ιστοκόγχη, αναφέρθηκα, λίγο ξώπετσα είναι αλήθεια, στο φυσικό υπόβαθρο μιας πολύ «περίεργης» σχετικά με τον κλασικό τρόπο σκέψης, συνέπειας της Κβαντικής Θεωρίας, η οποία την τελευταία δεκαετία συγκέντρωσε τα φώτα της δημοσιότητας τόσο για τις πολλά υποσχόμενες τεχνολογικές της εφαρμογές, όσο και για την εκμετάλλευση που υπέστη και υφίσταται από τους λογιών λογιών παραφυσικούς, οι οποίοι, πατώντας στη διαφωνία που υπάρχει σχετικά με την ερμηνεία (και όχι λειτουργία) διαφόρων εννοιών της θεωρίας, βρήκαν την ευκαιρία να στήσουν πάνω στο σώμα της μια ολόκληρη βιομηχανία ευφάνταστων εξηγήσεων των ανοησιών που τρέφουν και νοηματοδοτούν τη ζωή τους, αλλά και το πορτοφόλι τους.

Η «περίεργη» αυτή θεωρία είναι το «Κβαντικό Μπλέξιμο», (Quantum Entanglement), η οποία έχει γίνει περισσότερο από οποιαδήποτε άλλη, αντικείμενο εκμετάλλευσης ενός New Age κλάδου της Κβαντομηχανικής, της Κβαντικής Μεταφυσικής. Έκτοτε, οποιοδήποτε τηλε-μυστήριο μπορεί με αριστοτεχνικό τρόπο να βρει την εξήγησή του «στο αρραγές» αυτό οικοδόμημα της Ανθρώπινης Σκέψης.

Σήμερα, σκοπεύω να ανασκαλέψω ολίγα από τα πρακτικά «πώς και διατί» της θεωρίας καθώς και τις (δυνητικές) τεχνολογικές εφαρμογές της, οι οποίες συνοψίζονται στα κάτωθι μεγαλεπήβολα projects.

1. Τηλεμεταφορά
2. Κρυπτογραφία
3. Κβαντικός Υπολογιστής.



Πριν πούμε δυο λόγια για την κάθε μια απ’ αυτές, θα προσπαθήσω να διευκρινίσω ορισμένα πράγματα σχετικά με τη «state of the art» των πειραματικών αποτελεσμάτων που παραθέτω, χωρίς επί πλέον να μπορώ να διεκδικήσω την πληρότητα της παρουσίασης. Επειδή δεν γνωρίζω το χώρο αυτόν από τα μέσα, ώστε να μπορώ να κρίνω εξ’ ιδίων και να καταλαβαίνω με ασφάλεια το τί από όλα αυτά που δημοσιεύονται και ανακοινώνονται στις εφημερίδες και τα εξειδικευμένα επιστημονικά περιοδικά είναι όντως τόσο σημαντικά όσο παρουσιάζονται, θα είμαι αρκετά επιφυλακτική και το ίδιο θα ζητούσα και από εσάς. Το ότι είναι σημαντικά δεν χωράει αμφιβολία, αυτό όμως που αμφιβάλλω είναι το κατά πόσο κοντά είναι σε κάποια εφαρμογή, από αυτές που προανέφερα. Αν αναλογιστούμε το θόρυβο που ξέσπασε πριν από δεκαπέντε περίπου χρόνια σχετικά με την εμφάνιση Υπεραγωγιμότητας σε θερμοκρασία δωματίου και το επακόλουθο φιάσκο, ο καθένας θα πρέπει να είναι αρκετά επιφυλακτικός στους ισχυρισμούς των απανταχού επιστημονικών ομάδων, διότι το θέματα της Τηλεμεταφοράς και του Κβαντικού Υπολογιστή είναι αρκετά πιασάρικα και ο ανταγωνισμός, (για φήμη και συνεπαγόμενη χρηματοδότηση), ως ανεμένετο, ιδιαίτερα οξύς.

Πάντως δεν θα ησύχαζα, αν πρώτα δεν έδινα λίγες περισσότερες διευκρινήσεις σε ορισμένα από τα παρακάτω ερωτήματα, με σκοπό να αποκτήσουμε μια αίσθηση της πραγματικότητας και του πόσο κοντά πηγαίνουν η θεωρία και οι εφαρμογές της. Διότι είναι συχνό το φαινόμενο οι επιδιώξεις μιας θεωρίας να δημιουργούν την εντύπωση ότι έχουν ήδη γίνει και πραγματικότητα.

Ε1: Πώς μπορούν να δημιουργηθούν πεπλεγμένα σωματίδια, (entangled particles);
Α1: Όσον αφορά τα φωτόνια, σήμερα παράγονται στο εργαστήριο με μεγάλη ευκολία, βάσει ενός πολύ γνωστού μηχανισμού ο οποίος ονομάζεται parametric down conversion. Γενικά, υπάρχουν ορισμένα κρυσταλλικά υλικά με έντονες μη-γραμμικές ιδιότητες, έτσι ώστε οποιοδήποτε φωτόνιο στέλνεται σ’ αυτά να δημιουργεί στην έξοδο δύο διαφορετικής ενέργειας, συσχετισμένα ή πεπλεγμένα, ως προς τη γωνία πόλωσής τους, φωτόνια.
Ένας τρόπος να παραχθούν συσχετισμένα άτομα, διαδικασία που ακόμα είναι στα σπάργανα, είναι να ακινητοποιηθούν σε οπτικές παγίδες με τη βοήθεια lasers.
Μια άλλη πιο γενική και πολλά υποσχόμενη μέθοδος, με την βοήθεια διαχωριστή δέσμης έχει προταθεί από τον Sougato Bose του πανεπιστημίου της Οξφόρδης, (Phys. Rev. Lett. 88, 050401, 2002).

Ε2: Τί είδους σωματίδια έχουν ως τα τώρα καταφέρει οι πειραματικοί να συσχετίσουν;
Α2: Μέχρι σήμερα ο πιο εύκολος τρόπος να φτιάξει κανείς συσχετισμένα ζεύγη είναι με φωτόνια. Η ομάδα του πανεπιστημίου της Βιέννης, υπό τον Anton Zeilinger παλεύει, ανάμεσα στα άλλα, να δημιουργήσει τέτοιες συσχετίσεις και ανάμεσα σε μεγαλύτερα αντικείμενα, όπως ανάμεσα σε φωτόνια και μικροσκοπικούς καθρέπτες.
Οι συσχετίσεις είναι αρκετά ευκολότερο να γίνονται ανάμεσα σε ομοειδή σωματίδια, όπως ηλεκτρόνια με ηλεκτρόνια, ή φωτόνια με φωτόνια ή άτομα με άτομα, ενώ είναι ακόμα δύσκολο ανάμεσα σε μη ομοειδή. Αρκετή πρόοδος πάντως προς αυτή την κατεύθυνση έχει σημειωθεί από ομάδες των Πανεπιστημίων της Κοπεγχάγης, της Βιέννης και του Georgia Institute of Technology στην Αμερική, όπου οι πρώτοι κατάφεραν για πρώτη φορά να συσχετίσουν άτομα Καισίου με φωτόνια, (Eugene Polzik, Nature 443, p.557, 2006) για μια απόσταση μισού περίπου μέτρου. Στην Georgia το ίδιο πείραμα επαναλήφθηκε με άτομα Ρουβιδίου, (Alex Kuzmitch, Science, October 22, 2004 issue), ενώ ομάδα στο πανεπιστήμιο του Σικάγο (Sayantani Ghosh et al., Nature 425, p.48, 2004) ανακοίνωσε ότι διέγνωσε κβαντικό συσχετισμό ανάμεσα σε holmium άτομα διαλυμένα σε μαγνητικά άλατα.

E3: Πόσο μακριά έχουν μεταφερθεί χωρίς να χάσουν τον συσχετισμό τους;
Α3: Καθένα φωτόνιο από το ζεύγος των πεπλεγμένων φωτονίων μεταφέρεται κυρίως μέσα σε οπτικές ίνες. Η μεγαλύτερη απόσταση που έχει επιτευχθεί μέχρι τώρα ήταν στα 150 Κm, προτού το φωτόνιο απορροφηθεί από την ίνα. (New Scientist, 28 June, 2003). Σύμφωνα με την ίδια δημοσίευση, όμως, η ίδια πρωτοπόρος ομάδα του πανεπιστημίου της Βιέννης κατόρθωσε να μεταφέρει πεπλεγμένα φωτόνια από τη μία όχθη του Δούναβη στην άλλη, σε απόσταση δηλαδή 600 μέτρων, χωρίς τη χρήση οπτικών ινών, εργαζόμενοι κάτω από δυνατούς ανέμους και θερμοκρασίες κάτω του μηδενός.

Τις τρεις σπουδαίες εφαρμογές της κβαντικής συσχέτισης σκοπεύω να τις αναπτύξω σε ξεχωριστά ισάριθμα κείμενα, όταν έρθει το πλήρωμα του χρόνου, δηλαδή του χρόνου!.

ΧΡΟΝΙΑ ΣΑΣ ΠΟΛΛΑ