Ihmisen kaukosiirto on etätulevaisuutta mutta haaveksittu kvanttitietokone harppauksen lähempänä toteutumistaan. Sen bitteihin saadaan välttämätöntä vahvistusta lomittamalla keskenään atomeja ja fotoneja.



Julkaistu Tiede-lehdessä 9/2009

"Ihan sillä ensimmäisellä kerralla kun minä näin tavallisen television toimivan, sain aivan loistavan idean. "Hei katsokaahan", huusin minä. "Jos nuo ihmiset voivat särkeä valokuvan miljooniksi palasiksi ja lähettää palaset kiitämään läpi taivaan ja jos he sitten osaavat koota ne kuvaksi jälleen toisessa päässä, niin miksi minä en voisi tehdä samaa temppua suklaalevyllä."

Roald Dahl: Jali ja suklaatehdas. Otava 2005.


Suklaatehtailija Villi Vonkka ei suinkaan ole ainoa tai ensimmäinen, joka on haaveillut teleportaatiosta eli aineen lähettämisestä paikasta toiseen hajottamalla se ensin osiin ja kokoamalla sitten osat takaisin alkuperäiseen muotoon.

Teoriassa temppu on yksinkertainen. Atomit muodostuvat kahdenlaisista kvarkeista ja elektroneista sekä eräistä voimia välittävistä hiukkasista. Teleportaatiossa tarvitsee lähettää vain täsmällinen tieto jokaisen hiukkasen ominaisuuksista, ja sen perusteella alkuperäinen rakenne kopioidaan vastaan ottavassa päässä.


Ei ihan Star Trekiä

Fyysikoilla on jo teleportaatioon tarvittavat tiedot, taidot ja tekniikat. On kuitenkin rajoituksia, joiden vuoksi vaikkapa suklaalevyn lähettäminen kannattaa jättää mieluummin postinkantajan tehtäväksi. Nykyisellään teleportaatio on äärimmäisen hidasta: viruksen kokoisen suklaapalan siirto kestäisi yli sata vuotta.

Suklaata ei ole kaukosiirretty, mutta magneettikenttiä, fotoneja ja jopa atomeja on - siis siinä mielessä kuin tapahtuma kvanttimekaniikassa ymmärretään.

Jos nimittäin mielikuvasi teleportaatiosta tulee Star Trekistä tai Kärpänen-elokuvista, kvanttisiirto voi aluksi tuntua perin vaisulta tapahtumalta. Ei välkkyviä valoja eikä humisevia generaattoreita; itse asiassa kvanttiteleportaatiota ei edes voi nähdä paljain silmin.

Visuaalisen vaatimattomuuden ei kuitenkaan pidä antaa hämätä. Kvanttiteleportaatio saattaa muuttaa maailmaamme arvaamattomilla tavoilla, sillä sen ansiosta tietokoneiden laskentateho voi kasvaa aivan uusiin mittaluokkiin.


Uskottiin mahdottomaksi

Kaukosiirtoa on tutkittu vasta melko vähän, sillä sitä pidettiin pitkään fysiikan lakien vastaisena. Siirrettävän hiukkasen kaikki ominaisuudet tulee tietää tarkasti. Tämä taas on kvanttimekaniikan erään peruskiven, epätarkkuusperiaatteen, mukaan mahdotonta.

Vuonna 1993 joukko tutkijoita kuitenkin oivalsi, että epätarkkuusperiaate nimenomaan mahdollistaa teleportaation -  kunhan hiukkasen ominaisuuksia ei millään tavalla yritetäkään mitata.

Kvanttimekaniikassa hiukkasilla on oma erityinen tapansa tuntea toistensa ominaisuudet täsmälleen: kaksi hiukkasta tai suurempi hiukkasjoukko voi muodostaa niin sanotun lomittuneen järjestelmän, jossa hiukkaset jakavat ominaisuutensa keskenään. Tämä yhteishenki jopa ylittää paikallisuuden rajat.

Kun lomittuneen järjestelmän yhden osapuolen ominaisuuksia muutetaan, muutos vaikuttaa samanaikaisesti kaikkiin muihin hiukkasiin, vaikka ne olisivat kaukanakin. Kukaan ei tiedä, miten tieto välittyy hiukkasesta toiseen, mutta äkkiä se käy: muutoksen nopeudeksi on mitattu 10 000-kertainen valon nopeus. Muutos voi olla jopa täysin ajasta riippumaton, mutta nykyisten kellojen tarkkuus ei riitä täsmällisempään tulokseen.


Atomit ja fotonit kimppaan

Teleportaation tutkijoista osa on keskittynyt fotoneihin eli valohiukkasiin ja osa atomeihin. Molemmilla on etunsa ja haittansa.

Fotoneja on helppo lomittaa ja siirtää paikasta toiseen, mutta niiden varastoiminen on ongelmallista, koska valoa on vaikea pysäyttää, niin että tietty kvanttitila säilyy. Atomit sen sijaan säilyttävät varastoituinakin hyvin lomittuneen tilansa, mutta niitä taas on toivottoman hankala siirrellä tuhoamatta kvantti-informaatiota.

Alkuvuodesta Marylandin yliopiston tutkijat onnistuivat kehittämään yhdistelmätekniikan, jossa yhden atomin kvanttitila kaukosiirrettiin fotonien välityksellä toiseen atomiin noin metrin päähän. Apuna siirrossa käytettiin fotoneja. Aikaisemmin siirto on onnistunut vain sellaisten atomien kesken, jotka ovat samassa tyhjiössä ja miltei kiinni toisissaan.

Atomien fotonivälitteinen kaukosiirto on ratkaiseva edistysaskel. Metri on pieni matka, mutta metri metriltä teleportaatio onnistuu periaatteessa miten kauas tahansa.


Iso siirtyy työläästi

"Entä voisitteko te lähettää ihan oikean elävän ihmisen paikasta toiseen samalla tavalla?" kysyi Ari. "Ihmisen?" huusi herra Vonkka. "Oletko sinä järjiltäsi!"

Ei tietenkään ole mahdotonta, että teleportaatiota käytettäisiin joskus jopa ihmisten siirtämiseen paikasta toiseen, kenties jopa planeetalta toiselle. Mutta tuskin Villi Vonkan menetelmällä, jossa ihminen tai suklaa muutetaan valonsäteeksi ja siitä takaisin alkuperäiseen muotoon. Tämäkään ole aivan mahdottomassa ristiriidassa fysiikan lakien kanssa, mutta hankalaa se olisi.

Vaikka kaukosiirrettävänä olisi laiskoista laiskoin sohvaperuna, fotoneiksi muutettuna hänessä olisi energiaa Einsteinin kuulun E = mc potenssiin 2 -yhtälön mukaan. Tuo lukuisia ydinaseita vastaava energia pitäisi jotenkin saada hallitusti yhteen paikkaan ja takaisin eläväksi ihmiseksi.

Hieman helpompi tapa olisi mitata kaukosiirrettävä ihminen hiukkanen hiukkaselta ja lähettää mittaustulokset kaukaiselle vastaanottajalle. Jokainen voi kuvitella, millaista hyperkonetta tämä vaatisi, mutta periaatteessa vastaanottaja voisi tietojen avulla koota paikallisista hiukkasista tarkan kopion. Alkuperäinen ihminen tosin tuhoutuu prosessissa väistämättä.


Kopioidaan kubitit

Jos ihmisiä, suklaata tai muutakaan näkyvää ei voi siirtää, mihin teleportaatiota sitten tarvitaan? Näillä näkymin ennen kaikkea tietokoneisiin. Eikä mihin tahansa koneisiin vaan kvanttitietokoneisiin.

Kun tavallinen tietokone käyttää bittejä eli tiedonmuruja, jotka ovat joko ykkösiä tai nollia, kvanttikone hyödyntää kvanttibittejä eli kubitteja, jotka ovat yhtä aikaa sekä ykkösiä että nollia. Tämä nostaa laskentatehon sellaisiin lukemiin, että tulevaisuuden tietokoneet voivat täydellisesti jäljitellä esimerkiksi kemiallisia reaktioita. Nykyiset supertietokoneetkaan eivät pysty kuin likimääräisiin kuvauksiin.

Mutta kubittien kvanttitilat ovat lähes käsittämättömän hauraita. Pienikin lämpösäteilyn lähde - vaikka koneen kylkeä koskeva käsi - tuhoaa kvanttitilan heti. Ja koska koneen kaikki hiukkaset saattavat olla lomittuneina, yhden kubitin tuhoutuminen voi hetkessä hävittää kaikki muutkin.

Kubitteja ei siis voi siirtää karkeita kuparijohtoja pitkin tai varastoida muistikampoihin. Teleportaatio, jossa kubitista tehdään kopio, näyttääkin nyt parhaalta ratkaisulta kvanttitiedon siirtoon. Marylandin yliopiston koe osoitti, että yksittäinen atomi voi ottaa vastaan kvanttitilan ja säilöä sen pitkäksikin aikaa. Yhä suuremmat kvanttitietokoneet ovat mahdollisia, jos tietoa pystytään varastoimaan kestäviin atomeihin ja siirtämään helposti hallittavilla, sukkelilla fotoneilla.

Teleportaation toinen sovellus on tietojen salaus. Tässäkin suhteessa Marylandissa tehty koe on läpimurto: vaikka kaukosiirto ylti nyt vain metrin päähän, vastaisuudessa sopivin välimatkoin ketjutetut laitteistot voivat siirtää tietoa tuhansia kilometrejä.

Teleportaatiota käyttäisivät pankit, suuryritykset ja tietenkin armeijat. Lähietäisyyksillä tekniikkaa voi soveltaa vaikka lukkoihin tai pankkikortteihin.


Petri Forsell on vapaa toimittaja.


Kubitti kestää kaukosiirron


Kvanttibitti eli kubitti on kvanttitietokoneen käsittelemän tiedon pienin osa, kuten bitti on tavallisen tietokoneen. Kubitit  parantavat tietokoneen laskentatehoa huikeasti, mutta ne ovat hauraita ja tuhoutuvat herkästi.

Teleportaatio mahdollistaa kubitin lukemisen ja siirtämisen luomalla alkuperäisestä täydellisen kopion.

Professori Christopher Monroen johtama tutkimusryhmä Marylandin yliopistosta onnistui alkuvuodesta ensimmäisen kerran kaukosiirtämään atomin kvanttitilan eli käytännössä kubitin eristetystä säiliöstä toiseen. Säiliöillä oli välimatkaa metri.

Toistaiseksi onnistuneita kaukosiirtoja tapahtuu vain noin joka kymmenes minuutti, mutta kvanttifyysikkojen toiveissa on nostaa tahti yhteen sekunnissa. Tällöin menetelmästä olisi jo hyötyä tiedon salauksessa.


Näin teleportaatio käy:

- Ensin atomia säteilytetään mikroaalloilla niin, että se omaksuu halutun kvanttitilan. Koska kvanttitilat purkautuvat helposti, atomit pitää eristää tyhjiöön ja kylmentää lähes absoluuttiseen nollapisteeseen.

- Kun atomia ammutaan lasersäteellä, se luovuttaa yhden valohiukkasen eli fotonin, joka suunnataan peilien ja linssien kautta mittalaitteeseen. Fotoni on lomittunut lähtöatominsa kanssa ja "tietää", mitä kvantti-informaatiota atomi sisältää.

- Toisenkin säiliön atomista sinkautetaan fotoni, ja eri säiliöistä tulleet fotonit lomitetaan keskenään. Tällöin niiden lähtöatomitkin lomittuvat eli saavat saman kvanttitiedon.

Lomittumisen ansiosta kvantti-informaatio pystytään lukemaan. Vaikka toisen atomin tieto silloin tuhoutuukin, se on saatu kaukosiirrettyä lomittuneen järjestelmän toiseen atomiin, josta on tullut ensimmäisen täydellinen kopio.


Scifi on kautta aikain teleportannut ihmisiä. Alan klassikko, kirjailija Arthur C. Clarke intoutui myös laskemaan, paljonko energiaa vaatisi yhden ihmisen sisältämän tiedon siirtäminen.

Vastaus: pienen galaksin kaikkien tähtien verran.



 

Hyvä harrastus – ja helppo. Lukemista löytyy aina. Kuva: Shutterstock

Kieli rikastuu, ajattelu syvenee ja sosiaalinen taju kehittyy.

Tietokirjan järki on selvä: saa tietoa, jolla jäsentää maailmaa ja vaientaa mutuilijat. Riittävästi tietoa hankkimalla tulee asiantuntijaksi, ja sillä on selvä hyötyarvo.

Entä missä on fiktion lukijan tulosvastuu? Mitä itua on kuluttaa aikaansa tuntitolkulla hatusta vedettyjen ihmisten hatusta vedettyihin edesottamuksiin? Paljonkin: romaani tai novelli opettaa toimimaan muiden ihmisten kanssa.

Fiktio simuloi sosiaalista maailmaa, esittää asiaa tutkinut Toronton yliopiston psykologian professori Keith Oatley. Niin kuin lentosimulaattori opettaa lentotaitoja, sosiaalisten tilanteiden simulaattori – romaani – opettaa sosiaalisia taitoja.

Kokeet vahvistavat, että fiktiota lukeneet tajuavat paremmin so­siaalisia kuvioita kuin tietotekstiä lukeneet. 

Suvaitsevaisuus kasvaa

Kuvitteellisesta tarinasta on sekin ilo, että pääsee väliaikaisesti jonkun toisen nahkoihin. Samastuminen tarinan henkilöön voi muuttaa lukijan käyttäytymistä ja pistää asenteet uusiksi, ovat kokeillaan osoittaneet Ohion yliopiston tutkijat.

Samastumisella on vaaransa. Romaanin aiheuttama itsemurha-aalto koettiin 1700-luvun lopulla, kun nuoret onnettomat miehet matkivat Johan Wolfgang von Goethen päähenkilön tekoa Nuoren Wertherin kärsimyksissä.

Ohiolaistutkimuksessa vaikutus oli rakentavampi: kun nuoret aikuiset olivat lukeneet tarinan miehestä, joka meni äänestämään, he menivät hanakammin vaaliuurnille vielä viikon kuluttua lukemisesta. He olivat saaneet kansalaishyvetartunnan.

Valkoihoisten suvaitsevaisuutta taas kasvattivat tarinat, joissa päähenkilö osoittautui homoseksuaaliksi tai afroamerikkalaiseksi. Lukijoilta karisi myös stereotypioita. Tämä kuitenkin edellytti, että päähenkilön ”erilaisuus” paljastui vasta tarinan myöhemmässä vaiheessa ja lukijat olivat ehtineet asettua hänen nahkoihinsa.

Stressi väistyy

Kun uppoutuu lukemaan, maailman meteli jää kauas ja paineet hellittävät. Tuttu tunne, josta on myös tieteelliset näytöt: lukeminen poistaa stressiä.

Terveystieteen opiskelijat saivat Yhdysvalloissa tehdyssä tutkimuksessa lukeakseen netistä ja aikakauslehdestä poimittuja artikkeleita, jotka käsittelivät historiallisia tapauksia ja tulevaisuuden innovaatioita. Aihepiirit olivat siis kaukana tenttikirjojen pakkolukemistosta.

Puolentunnin lukutuokio riitti laskemaan verenpainetta, sykettä ja stressin tuntua. Huojennus on yhtä suuri kuin samanpituisella joogahetkellä tai televisiohuumorin katselulla. Mikä parasta, apu löytyy helposti, lukemista kun on aina saatavilla.

Sanasto karttuu

Kirjoitettu kieli on ylivoimaisesti suurempi uusien sanojen lähde kuin puhuttu. Erot lasten sanavaraston runsaudessa voi johtaa suoraan siihen, miten paljon he altistuvat erilaisille teksteille, vakuuttavat lukemisen tutkijat Anne Cunningham ja Keith Stanovich.

Tiuhimmin uutta sanastoa kohtaa tieteellisten julkaisujen tiivistelmissä: tuhatta sanaa kohti harvinaisia on peräti 128. Sanoma- ja aikakauslehdissä harvinaisten sanojen tiheys nousee yli 65:n ja aikuisten kirjoissa yli 50:n.

Lastenkirjakin voittaa sanaston monipuolisuudessa televisio-ohjelman mennen tullen. Lapsilukija kohtaa kirjassa yli 30 harvinaista sanaa tuhatta kohti, kun aikuisten telkkariviihdettä katsoessa niitä tulee vastaan 23 ja lastenohjelmissa 20.

Juttelukaan ei pahemmin kartuta sanavarastoa. Aikuispuhe sisältää vain 17 epätavallista sanaa tuhatta kohti.

Syntyy omia ajatuksia

Ihmisen aivoja ei ole ohjelmoitu lukemaan. Kun taito kehittyi 5 500 vuotta sitten, näkemiseen, kuulemiseen, puhumiseen ja ajatteluun rakentuneet alueet alkoivat tehdä uudenlaista yhteistyötä.

Nyt olemme jälleen uudenlaisen lukukulttuurin alussa. Verkkolukeminen on tullut jäädäkseen, ja jotkut pelkäävät, että tyhmistymme, kun totutamme aivomme ärsyketulvaan ja pikaselailuun netissä. Tiedonvälitys on lisääntynyt räjähdysmäisesti mutta niin myös häly.

Syventyvän lukemisen kohtalosta kantaa huolta professori Maryanne Wolf Tufts-yliopistosta. Tapaa näet kannattaisi vaalia. Aivokuvaukset paljastavat, että paneutuva lukija käyttää laajasti molempia aivopuoliskojaan. Hän ei vain vastaanota kirjoittajan sanomaa vaan vertaa sitä aiemmin hankkimaansa tietoon, erittelee sitä ja rakentaa omaa ajatteluaan. Pintalukijalla ei tähän ole aikaa.

Mikko Puttonen on Tiede-lehden toimittaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 12/2012 

Täysin raittiiden suomalaisnuorten osuus on moninkertaistunut vuosituhannen alusta.

Nuoruus raitistuu, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan.

Nuorten alkoholin käyttö kasvoi vuoteen 1999, joka oli myös kaikkein kostein vuosi. Silloin vain joka kymmenes yhdeksäsluokkalainen ilmoitti, ettei ollut koskaan käyttänyt alkoholia.

Sittemmin täysin raittiiden osuus on moninkertaistunut, ilmenee vuoteen 2015 ulottuneesta eurooppalaisesta, nuorten päihteidenkäyttöä käsittelevästä Espad-tutkimuksesta.

Jopa muut eurooppalaiset jäävät jälkeen. Suomessa täysin raittiita 15–16-vuotiaista nuorista on joka neljäs, kun Euroopassa heitä on keskimäärin joka viides.

Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen THL:n erikoistutkija Kirsimarja Raitasalo kollegoineen on ­koettanut tunnistaa niitä nuoruuden muutoksia, jotka voisivat selittää humalan hiipumista.

Ratkaisevaa näyttää olleen ainakin se, että alaikäisten on yhä vaikeampi saada alkoholia. Nykynuoret kokevat sen selvästi hankalammaksi kuin aiemmat ikäpolvet.

Kauppojen omavalvonta on osaltaan tehonnut. Kassoilla kysytään kaikilta alle 30-vuotiaan näköisiltä papereita.

Vanhemmat ja muutkin aikuiset ovat tiukentaneet asenteitaan nuorten juomiseen.

”Tietoisuus alkoholin haitoista on ehkä lisääntynyt. On tullut paljon tutkimustietoa esimerkiksi siitä, miten alkoholi vaikuttaa nuorten aivojen kehitykseen”, Raitasalo pohtii.

Nuorten omakin maailma on muuttunut toisenlaiseksi. Älylaitteet, pelit ja sosiaalinen media kyllästävät arkea. Pussikaljoittelu joutuu kilpailemaan monen muun kiinnostavan ajanvietteen kanssa ja on ehkä osittain hävinnyt niille.

Juovuksissa olemisesta on ehkä tullut myös tyylirikko. Nuoret eivät enää näytä arvostavan kännissä örveltämistä.

Kysely

Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Neutroni
Seuraa 
Viestejä25764
Liittynyt16.3.2005

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Käyttäjä4809 kirjoitti: Eiköhän syy ole -90 luvulla alkaneen laman menetetyt työpaikat ja samalla supistettu koulutus, minkä seurauksena vuodestä -99 alkaen vanhemmilla ei enää ole ollut niin paljon rahaa annettavaksi nuorisolle. Sekä myös nuorisolle soveltuvien työpaikkojen vähentyminen ja samaan aikaan tapahtunut kohtuuton vuokrien nousu, vasinkin pääkaupunkiseudulla. En tiedä, mutta en usko rahaan. Esimerkiksi kilju, 10 % juoma joka maksaa joitain senttejä litralta, tuntuu olevan...
Lue kommentti
molaine
Seuraa 
Viestejä1187
Liittynyt3.8.2011

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

En kyllä usko, että rahalla on iso merkitys ja veikkaan, että käytettävissä olevat rahat on vain kasvaneet, jos verrataan vaikka omaan nuoruuteen. Ei viina suomessa ole niin kallista, etteikö köyhälläkin olisi varaa dokailla. Oma junnu ei läträä lainkaan viinan kanssa. Iso osa kavereistakaan ei, vaikka osa ilmeisesti jonkin verran lipittelee. Kyllä nuorten asenteet on mielestäni muuttuneet ihan selkeästi. Ehkä alkoholipolitiikka on toiminut? Kotoa ei meillä kyllä tällaista ole opittu...
Lue kommentti

Panterarosa: On selvää, että "Partitava kisaa kurupati-kuvaa" ei oikein aukene kehitysmaalaisille N1c- kalmukinperseille.