Новости науки на сегодня свидетельствуют о том, что Человечество переходит на новый уровень мышления, понимания сущности материи и информации. Нобелевскую премию по физике в 2022 году присудили трем ученым — французу Алену Аспе, американцу Джону Клаузеру и австрийцу Антону Цайлингеру «за эксперименты с запутанными фотонами, установление нарушения неравенств Белла и новаторство в квантовой информатике». По сути они создали «фундамент квантовой эры, в которую вступает человечество» [РИА Новости, Москва, 6 октября, Николай Гурьянов].
Что же такое квантовая запутанность, квантовая передача информации и как мы можем использовать квантовые эффекты в нашей реальной жизни? Квантовая запутанность – звучит весьма интригующе и даже романтически. Вспоминается еще квантовая неопределенность. Это то же самое? Нет, это разные понятия, но они связаны между собой «в итоге» (вернее изначально, а еще более правильно -вне времени). Попробуем разобраться.
Начнем со знакомой всем теории корпускулярно-волнового дуализма. Она сначала разрабатывалась только для света (фотоны), а потом была распространена Луи де Бройлем в 1924 году на электроны — фундамент материи. «По сути, концепция де Бройля иллюстрировала, насколько квантовая физика подрывала старые предположения, ведь составляющими веществами материи были электроны, или вещества, а фотоны образовывали невидимый свет. И тем не менее, при некоторых обстоятельствах они вели себя как волны, а при других – как частицы. Как только квантовый мир ворвался в мир классической физики, прежние различия стали менее определенными» [Hi—News.ru, 26.08.2021, Любовь Совикова]. Следствием принципа корпускулярно-волнового дуализма явился принцип неопределенности Гейзенберга, который гласит: «Существует предел точности одновременного определения пары квантовых наблюдаемых» (координаты и импульса, например, или же волнового и корпускулярного параметра) — сумма измеренных величин не может быть больше определенного значения. То есть чем точнее мы определим волновой параметр, тем менее точно мы знаем корпускулярный, и наоборот. Так вот, этот принцип неопределенности связан с квантовой запутанностью (наконец мы добрались до нее, но «распутывать» не будем, а «сделаем обзор этого состояния»).
Представьте две частицы, находящиеся на значительном расстоянии, но связанные определенным образом. Мы измеряем/меняем спин одной из них. Вторая связанная частица магическим образом узнает о состоянии первой и меняет свой спин на противоположный.
Квантовая телепортация позволяет перемещать квантовое состояние от одной частицы к другой, являясь единственным способом передачи квантовой информации без единой потери [Hi—News.ru, 06.10.2022, Любовь Совикова].
«Мы не можем посылать сигнал быстрее скорости света. Эйнштейн здесь абсолютно прав. Но если мы заранее позаботимся о том, чтобы передать на большое расстояние связанные частицы, то сумеем манипулировать их состоянием. Сама манипуляция, или, как мы говорим, телепортация, происходит мгновенно. Она действительно не зависит от скорости света или каких-то других ограничений». Эйнштейн считал квантовую механику неполной. То есть следовало найти некие скрытые переменные, которые и определяют результат экспериментов. В 1964-м североирландский физик Джон Стюарт Белл доказал, что существует тип эксперимента, способный установить, возможно ли описание мира, отличное от чисто квантово-механического. Если неизвестные переменные есть, то такой эксперимент, повторенный несколько раз, даст определенное статистическое значение. Эта теорема известна как неравенства Белла. «Эксперименты нынешних нобелиатов продемонстрировали: неравенства Белла нарушаются. Мир квантовый, и нам придется с этим жить» [РИА Новости, Москва, 6 октября, Николай Гурьянов]. Квантовые системы связи, квантовые компьютеры и сенсоры – вот то, что уже входит в жизнь человека.
Заместитель Главного врача Галактической клиники по научной работе, к. т. н.
Колеватых Марина Алексеевна