Teleportatie binnenkort realiteit?

Teleportatie zoals in Star Trek ligt misschien niet meer zo veraf als we zouden denken. Wetenschappers van de universiteit van Cambridge hebben namelijk een oplossing bedacht die teleportatie efficiënter maakt. Hun oplossing is op dit moment nog puur theoretisch maar zou wel eens kunnen leiden tot kwantumcomputers die ook de teleportatie van grotere objecten - en mensen -  mogelijk zou maken.

Om te begrijpen wat de wetenschappers precies hebben bedacht, kunnen we misschien best eerst het begrip 'teleporteren' toelichten. Bij teleportatie denk jij waarschijnlijk onmiddellijk aan series als Star Trek waarin mensen van de ene plaats naar de andere worden 'gestraald'. De teleportatie waar de onderzoekers van Cambridge over spreken, werkt wel ietsje anders. Deze vorm van teleportatie is eigenlijk niets anders dan het met de snelheid van het licht transporteren van een kwantumtoestand. Om teleportatie mogelijk te maken vertrouwen onderzoekers op kwantumverstrengeling. Verstrengeling is het vreemde  kwantumfenomeen waarbij twee of meer deeltjes of stukjes informatie dusdanig met elkaar verbonden raken dat ze hetzelfde bestaan delen en zich dus  precies hetzelfde gedragen, ongeacht hoe ver ze zich van elkaar bevinden. Als men dus de toestand van het ene deeltje verandert, verandert ook de toestand van het andere deeltje. Er wordt dus niet echt materie geteleporteerd, maar er wordt een kwantumtoestand geteleporteerd. Dankzij die verbinding kan kwantuminformatie (informatie die wordt beschreven door een toestand in een kwantummechanisch systeem) met enorme snelheden worden doorgegeven. "Je kunt kwantumverstrengeling zien als de brandstof die de teleportatie aandrijft," vertelt onderzoeker Sergii Strelchuck.

Op dit moment zijn er eigenlijk twee manieren om informatie te teleporteren. Bij de ene methode kan er alleen door elkaar gehusselde informatie worden verstuurd die bij ontvangst nog gecorrigeerd moet worden. Dat is natuurlijk niet helemaal wenselijk. De andere methode behoeft geen correctie, maar heeft weer een ander nadeel: elke object dat verzonden wordt, vernietigt de verstrengeling (de 'brandstof'). Daardoor is voor het teleporteren van informatie dus enorm veel van die 'brandstof' nodig.

Wetenschappers hebben zich nu over die laatste aanpak gebogen en komen ook met een oplossing. Ze tonen aan dat het mogelijk is om de verstrengelde staat te 'recyclen'. Met andere woorden: de onderzoekers hebben een manier gevonden om ervoor te zorgen dat de poort tussen de deeltjes niet na één verzending vernietigd wordt maar nog een tijdje open blijft en er meerdere objecten kunnen worden verstuurd. Sterker nog: de onderzoekers komen ook met een idee om meerdere stukjes kwantuminformatie – qubits – tegelijkertijd te teleporteren. Wel merken ze op dat beide oplossingen de staat van de kwantumverstrengeling wel enigszins aantast: hoe meer qubits in beide situaties verstuurd worden, hoe sneller de verstrengelde staat achteruit gaat.

Het werk van Strelchuck en zijn collega's is op dit moment nog puur theoretisch. Maar dat geldt niet voor teleportatie. Wetenschappers zijn reeds in staat om informatie gedragen door een atoom te teleporteren. Vorig jaar nog teleporteerden Chinese onderzoekers fotonen over een recordafstand van 143 kilometer. Het teleporteren van grote objecten zoals mensen blijft voorlopig nog verre toekomstmuziek. Maar dit onderzoek kan ons (indirect) wel helpen om die toekomstmuziek wat dichterbij te brengen: wellicht kunnen we met de enorme rekenkracht van de snelle kwantumcomputer een manier bedenken om teleportatie à la Star Trek mogelijk te maken.

Teleportatie is trouwens al lang geen sciencefiction meer: in 2004 al slaagden twee onafhankelijke teams van wetenschappers uit de VS en Oostenrijk erin de kwantumtoestand van atomen te kopiëren en te verzenden. "We zijn erin geslaagd een object zonder fysieke link te verzenden wanneer we dat wensen", verklaarde professor Rainier Platt van de universiteit van Innsbruck toen. "Dat wil zeggen: bij een druk op de knop." En in 2010 zijn onderzoekers van de prestigieuze Amerikaanse universiteit MIT (Massachusetts Institute of Technology) er na jaren onderzoek in geslaagd kleine objecten en eenvoudige levensvormen te teleporteren over een korte afstand.

Na zes jaar intensief onderzoek bereikte men in 2010 in de VS eindelijk de grote doorbraak. Maar ook dat ging niet zonder slag of stoot: "Het aantal variabelen waarmee je rekening moet houden is enorm", verklaarde MIT-professor Charles H. Fort. "Teleportatie wordt kwantummechanisch bekeken: je teleporteert geen fysieke deeltjes, maar hun eigenschappen. Bij levende wezens zou je niet alleen hun uiterlijke kenmerken opslaan, maar ook hun dromen, wensen en gevoelens. Deze berg informatie kopieer je naar andere atomen, waarna je het origineel vernietigt. Om het nog lastiger te maken, zijn sommige van die variabelen ook schijnbaar incompatibel."

Toch was deze ontdekking opzienbarend: de Amerikanen teleporteerden succesvol stofdeeltjes, paperclips en zelfs verschillende (weliswaar overleden) fruitvliegjes. "We concentreren ons eerst op levenloze objecten", voegde Fort er nog toe. "Bewegende lichamen verhogen immers enkel de moeilijkheidsgraad. Grotere stillevens zijn nu eerst aan de orde: fruit, balpennen of zelfs actiepoppen komen op onze testtafel." Maar ook dat team heeft er alle vertrouwen in. "Binnen enkele jaren zou het mogelijk moeten zijn kleine levensvormen zoals konijnen, katten en vissen succesvol van de ene plek naar de andere te teleporteren".