Komunikacja kwantowa w kosmosie może być możliwa

Czym jest komunikacja kwantowa?

Kiedy na początku XX wieku pojawiły się pierwsze teorie fizyki kwantowej^mi wieku, naukowcy w tamtym czasie musieli być dalecy od wątpliwości, że pewnego dnia będziemy rozmawiać o komunikacji kwantowej i możliwości kontaktu z możliwymi formami inteligentnego życia. Wydaje się jednak, że fizycy zrobili fundamentalny krok, potwierdzając hipotezy fizyki kwantowej i stosując te zasady do komunikacji.

Przeczytaj także: Oto pierwsza kwantowa teleportacja informacji!

Możliwości te nie byłyby możliwe bez pomocy matematyki i wykorzystania koncepcji splątania kwantowego i kwantowego transferu stanu. Splątanie kwantowe jest ważną koncepcją w fizyce kwantowej, która umożliwiła opis wielu wcześniej niewytłumaczalnych zjawisk. Splątanie kwantowe Zjawisko, w którym dwie cząstki są w tym samym stanie i mają te same właściwości kwantowe. Kiedy mierzymy stan cząstki, druga splątana cząstka automatycznie przyjmuje tę samą wartość. Ta osobliwa właściwość istnieje bez względu na odległość między cząsteczkami w stanie splątanym.

Na przykład dwa fotony w przypadku splątania kwantowego mają te same właściwości. Jeśli jeden z fotonów oddalonych o kilka tysięcy lat świetlnych od drugiego zmienia swój stan kwantowy, drugi również robi to natychmiast.

Zaskakujący jest również pomysł transferu stanu kwantowego, znany jako teleportacja kwantowa. Jest to przeniesienie stanu kwantowego z jednego miejsca na drugie, ale bez przenoszenia materii. Definicja ta pozwala szybko uświadomić sobie, że pojęcia splątania kwantowego i transferu stanu kwantowego są ze sobą ściśle powiązane.

Niezwykle „czysta” przestrzeń międzygwiezdna

Fizycy z Uniwersytetu w Edynburgu opisali właśnie podróż fotonów przemierzających przestrzeń międzygwiezdną bez doświadczania dekoherencji. Aby zrozumieć teorię dekoherencji kwantowej, musimy pamiętać, co oznacza superpozycja stanów: właściwości atomu lub układu kwantowego kształtują jego stan. Jednak w fizyce kwantowej układ może znajdować się w kilku stanach jednocześnie, jest to superpozycja stanów.

W 1982 roku fizyk zaproponował ideę interakcji między układem kwantowym a jego otoczeniem. Oznacza to, że cząstki kwantowe nigdy nie są izolowane od niczego, co może wchodzić w interakcje z układem, w którym się znajdują, czyli od urządzenia pomiarowego lub cząstek w powietrzu lub w przestrzeni międzygwiazdowej w przypadku fotonów przechodzących przez przestrzeń. Wielokrotne interakcje cząstek kwantowych z otoczeniem powodują szybkie zniszczenie interferencji kwantowej. Kiedy te interferencje kwantowe zostaną zniszczone, Krajowe nakładki Są one eliminowane i pozostają tylko proste przypadki fizyki klasycznej.

Naukowcy szacują, że fotony wytwarzane na przykład w gwiazdach mogą z łatwością podróżować w przestrzeni kosmicznej na przestrzeni tysięcy lat świetlnych, nie ulegając dekoherencji kwantowej, czyli nie napotykając przeszkód na swojej drodze.

Wcześniejsze badania wykazały, że przestrzeń międzygwiezdna jest czystym środowiskiem, czyli prawie nic nie zawiera. Niektóre badania szacują, że próżnia kosmiczna zawiera mniej niż jedną czwartą protonu na metr sześcienny.

Przeczytaj także: Tunele czasoprzestrzenne, skróty w czasoprzestrzeni?

Możliwość ilościowej komunikacji z cywilizacjami pozaziemskimi

Matematyka pokazuje, że przestrzeń międzygwiezdna jest wystarczająco czysta, aby umożliwić komunikację kwantową. Jeśli w galaktyce lub w innym miejscu na skraju wszechświata istnieją inne inteligentne istoty, mogą one być w stanie komunikować się z nami za pośrednictwem komunikacji kwantowej.

Te wiadomości kwantowe wysyłane przez zaawansowaną cywilizację mogą przebyć miliardy kilometrów bez przechodzenia przez dekoherencję z powodu pustki kosmosu, która prawie nic nie zawiera. W tych warunkach przesyłana wiadomość nie ucierpi na swoich właściwościach kwantowych. Arjun Pereira, jeden z naukowców zaangażowanych w to badanie, mówi: „Stany kwantowe są na ogół bardzo wrażliwe, ponieważ w przypadku najmniejszej interakcji zewnętrznej stany te mogą zostać szybko zniszczone”.

Gdy te wiadomości kwantowe zostaną wysłane poza Ziemię, nadal muszą zostać odszyfrowane, aby odkryć ich zawartość. Niektórzy badacze uważają, że światło przemieszczające się przez czasoprzestrzeń, która jest zatem układem kwantowym, można rozszyfrować za pomocą komputerów kwantowych.

Wszystko to w tej chwili jest tylko spekulacją i hipotezą, ale otwiera drogę do ekscytujących odkryć, które pewnego dnia mogą doprowadzić do zrozumienia tego, co mówią nam niektóre stworzenia żyjące w innej części wszechświata!

Przeczytaj także: Nie, grawitacja nie będzie przyczyną dekoherencji kwantowej

Źródło: Arjun Berera i Jaime Calderón-Figueroa, „Quantum Communicability Across Interstellar Distances”, Physical Review D, 105, 123033, opublikowany 28 czerwca 2022, https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.105.123033