"Beam me up" is een van de bekendste slogans uit de Star Trek-serie. Het is het commando dat wordt gegeven wanneer een personage vanaf een afgelegen locatie terug naar de Starship Enterprise wil teleporteren.

Hoewel menselijke teleportatie alleen in sciencefiction bestaat, teleportatie is mogelijk in de subatomaire wereld van de kwantummechanica - zij het niet op de manier die typisch wordt weergegeven op tv. In de kwantumwereld teleportatie omvat het transport van informatie, in plaats van het transporteren van materie.

Vorig jaar bevestigden wetenschappers dat informatie tussen fotonen op computerchips kan worden uitgewisseld, zelfs als de fotonen niet fysiek met elkaar verbonden zijn.

Nutsvoorzieningen, volgens nieuw onderzoek van de Universiteit van Rochester en Purdue University, teleportatie kan ook mogelijk zijn tussen elektronen.

In een paper gepubliceerd in Natuurcommunicatie en een om in te verschijnen Fysieke beoordeling X , de onderzoekers, waaronder John Nichol, een assistent-professor natuurkunde in Rochester, en Andrew Jordan, een professor in de natuurkunde in Rochester, nieuwe manieren verkennen om kwantummechanische interacties tussen verre elektronen te creëren. Het onderzoek is een belangrijke stap in het verbeteren van quantum computing, die, beurtelings, heeft het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in de technologie, medicijn, en wetenschap door snellere en efficiëntere processors en sensoren te bieden.

'Spookachtige actie op afstand'

Kwantumteleportatie is een demonstratie van wat Albert Einstein "spookachtige actie op afstand" noemde, ook wel kwantumverstrengeling genoemd. Bij verstrengeling - een van de basisconcepten van de kwantumfysica - beïnvloeden de eigenschappen van het ene deeltje de eigenschappen van het andere, zelfs wanneer de deeltjes over een grote afstand van elkaar zijn gescheiden. Kwantumteleportatie omvat twee verre, verstrengelde deeltjes waarin de toestand van een derde deeltje onmiddellijk zijn toestand "teleporteert" naar de twee verstrengelde deeltjes.

Quantumteleportatie is een belangrijk middel voor het verzenden van informatie in quantum computing. Terwijl een typische computer uit miljarden transistors bestaat, bits genoemd, kwantumcomputers coderen informatie in kwantumbits, of qubits. Een bit heeft een enkele binaire waarde, die ofwel "0" of "1 kan zijn, " maar qubits kunnen tegelijkertijd "0" en "1" zijn. Het vermogen van individuele qubits om tegelijkertijd meerdere toestanden in te nemen, ligt ten grondslag aan de grote potentiële kracht van kwantumcomputers.

Wetenschappers hebben onlangs kwantumteleportatie aangetoond door elektromagnetische fotonen te gebruiken om op afstand verstrengelde qubits te creëren.

Qubits gemaakt van individuele elektronen, echter, zijn ook veelbelovend voor het verzenden van informatie in halfgeleiders.

"Individuele elektronen zijn veelbelovende qubits omdat ze heel gemakkelijk met elkaar omgaan, en individuele elektronenqubits in halfgeleiders zijn ook schaalbaar, Nichol zegt. "Het betrouwbaar creëren van langeafstandsinteracties tussen elektronen is essentieel voor kwantumcomputers."

Het creëren van verstrengelde elektronen-qubits die lange afstanden overspannen, die nodig is voor teleportatie, uitdagend is gebleken, hoewel:terwijl fotonen zich van nature over lange afstanden voortplanten, elektronen zijn meestal beperkt tot één plaats.

Verstrengelde elektronenparen

Om kwantumteleportatie met behulp van elektronen aan te tonen, de onderzoekers maakten gebruik van een recent ontwikkelde techniek gebaseerd op de principes van Heisenberg-uitwisselingskoppeling. Een individueel elektron is als een staafmagneet met een noordpool en een zuidpool die zowel naar boven als naar beneden kan wijzen. De richting van de pool - of de noordpool nu naar boven of naar beneden wijst, bijvoorbeeld - staat bekend als het magnetische moment van het elektron of de kwantumspintoestand. Als bepaalde soorten deeltjes hetzelfde magnetische moment hebben, ze kunnen niet tegelijkertijd op dezelfde plaats zijn. Dat is, twee elektronen in dezelfde kwantumtoestand kunnen niet op elkaar zitten. Als ze dat deden, hun staten zouden in de tijd heen en weer wisselen.

De onderzoekers gebruikten de techniek om verstrengelde elektronenparen te verdelen en hun spintoestanden te teleporteren.

"We leveren bewijs voor 'verstrengeling swapping, ' waarin we verstrengeling tussen twee elektronen creëren, hoewel de deeltjes nooit interactie hebben, en 'quantum gate teleportatie, ' een potentieel bruikbare techniek voor kwantumcomputing met behulp van teleportatie, " zegt Nichol. "Ons werk laat zien dat dit zelfs zonder fotonen kan."

De resultaten maken de weg vrij voor toekomstig onderzoek naar kwantumteleportatie met spintoestanden van alle materie, niet alleen fotonen, en meer bewijs leveren voor de verrassend bruikbare mogelijkheden van individuele elektronen in qubit-halfgeleiders.