В 2022 г. Нобелевскую премию по физике получила команда трех ученых: Алан Аспе, Джон Клаузер и Антон Цайлингер за исследования в области квантовой запутанности, давших толчок развитию квантовой информатики. Тема эта очень интересна сама по себе и особенно интересна та мысль, которую А. Цайлингер продвигает в своих квантовых исследованиях.
Если вкратце, то Цайлингер и Ко показали, что квантовый мир принципиально невозможно описать классическими методами. Он другой. Принципиально. Это не просто наша уменьшенная реальность. Это, в некотором смысле, другая реальность, требующая и другой парадигмы мышления.
Как бы страшно это не звучало для некоторых, но по сути, Квантовая физика (КФ) - это, как говорил А.М. Семихатов, физика индетерминизма и вероятностей.
КФ носит вероятностный характер не потому что мы чисто технически не можем рассчитать всë, что нам нужно достаточно точно, а потому что квантовый объект находится в состоянии суперпозиции, и мы не можем в точности знать все его параметры не потому что у нас оборудование несовершенное, а потому что самих этих параметров как бы нет до измерения, их нет до тех пор, пока в ходе измерения не произойдет коллапс суперпозиции.
Квантовая запутанность - это феномен, с которого, во многом и начался почти 100 лет назад спор ученых, пытающихся еще удержаться в классической парадигме и ученых-"квантистов", ученых, скажем так, "нового поколения" (не по возрасту, а именно по парадигме мышления).
Ученые нового поколения заявили: нельзя измерить импульс и координату частицы одновременно. И дело тут не в измерительных приборах, а в самой реальности.
Против этого взгляда на мир выступил А. Эйнштейн, заявивший: "Бог не играет в кости" (намекая на вероятностный характер КФ как на недостаток). Говорят, что Нильс Бор ответил на это так: "Не указывайте богу, что ему делать". А. Эйнштейна поддержали Ю.Я. Подольский и Н. Розен. Так родилась статья этих трех авторов "Можно ли считать квантовомеханическое описание реальности полным?", а вместе с ней и так называемый парадокс Эйнштейна - Подольского - Розена (ЭПР). Ученые отстаивали мнение о том, что мы можем измерить и импульс и координату, а все препятствия в этом деле связаны либо с неизвестными параметрами, либо с техническим несовершенством аппаратуры.
Согласно ЭПР, можно изменить координату и импульс, если у нас есть две одинаковые частицы, которые разлетаются в противоположные стороны с одинаковой скоростью, суммарный импульс которых равен нулю. Так, измерив импульс частицы А, мы узнаем и импульс частицы В, а измерив координату частицы В, мы узнаем и координату частицы А. Таким образом, ЭПР-парадокс заключается в том, что либо квантовомеханическое описание реальности не является полным и требует уточнений, поиска скрытых параметров, либо же частицы могут мгновенно передавать информацию друг другу, что нарушает уже известные законы физики, в частности принцип локальности, согласно которому на объект непосредственно влияет только его непосредственное окружение, а если две частицы, внешне никак не связанные, находящиеся на большом расстоянии друг от друга, мгновенно обмениваются информацией о состоянии друг друга, то они нелокальны.
В спор вмешался Э.Шредингер, заявивший, что всё не так просто, потому что если у нас есть две одинаковые частицы, которые находились в одной точке, а потом "разлепились", то с точки зрения КФ у нас уже не две разные частицы, они становятся "запутанными" (или точнее "спутанными", от нем - Verschränkung - "переплетение").
В классической физике, все системы и объекты локальны: ничего не воздействует на что-то телепатически и тому подобным образом. В классической физике, если у нас есть картонная коробка с двумя шариками внутри, а общий вес коробки 10 кг и нам известен вес одного шарика - 3 кг, значит вес другого шарика - 7 кг. (абстрагируемся пока от веса самой коробки). В КФ не так. Точнее, не совсем так. В КФ, условно говоря, вес шариков не задан изначально и когда мы измеряем один из них, другому передается информация от том, какой вес он должен получить в связи с нашим измерением.
А. Эйнштейн считал, что запутанные частицы - это нечто вроде пары перчаток: если мы достали из условной коробки левую перчатку, то мы автоматически понимаем, что в коробке осталась правая и поэтому, как считал А. Эйнштейн, никакой передачи информации не происходит и не нарушаются никакие понятия здравого смысла и привычные законы и принципы физики.
Однако ученые-квантисты продолжали утверждать, что запутанные частицы - это не пара перчаток, где левая и правая определены изначально и мы лишь узнаем, где какая, поочередно их доставая. Перчатки, с точки зрения КФ, не определены изначально: одна из них становится левой и передает информацию об этом другой, которая становится правой лишь в результате наблюдения. Требовался эксперимент, который наглядно покажет, кто же в итоге прав.
В течение второй половины XX века было проведено несколько экспериментов, в том числе и с участием упомянутых выше нобелевских лауреатов и все эксперименты показали однозначно: правы квантисты. Частицы взаимодействуют мгновенно, они передают информацию друг другу, они нелокальны и запутаны.
Система запутанных частиц - это всегда единое целое, независимо от расстояния. Поэтому это золотая жила для информатики. Используя квантовую криптографию можно практически мгновенно передавать сообщения, защищенные от перехвата, на большие расстояния. Отсюда уже и рукой подать до мощнейших квантовых компьютеров, которые смогут в режиме реального времени осуществлять такие вычисления, на которые обычным компьютерам понадобились бы миллионы лет, так как элементарная ячейка обычного компьютера существует сама по себе и находится либо в состоянии "1", либо в состоянии "0". Квантовый же компьютер оперирует кубитами, находящимися в суперпозиции, то есть одновременно и в состоянии "1" и "0". Запутанные частицы, работающие по этому принципу и передающие информацию друг другу мгновенно, могут позволить нам создать компьютеры невероятной мощности и защищенности благодаря квантовой криптографии.
Для создания рабочего квантового компьютера нам нужно лишь научиться создавать устойчивые запутанности с большим количеством частиц. Квантовые компьютеры - это новые возможности для науки. Это новая, качественно другая наука. А где квантовая криптография, там и квантовые криптовалюты и новая экономика, а вместе с тем и квантово-криптографическое голосование через интернет и новая демократия и новая политика в целом, а следом - и новый мир.
Комментарии (21)
Kerman
29.09.2024 14:10+16Частицы взаимодействуют мгновенно, они передают информацию друг другу
Нет
Используя квантовую криптографию можно практически мгновенно передавать сообщения
Нет
kauri_39
29.09.2024 14:10+1Вы можете объяснить нелокальную корреляцию запутанных частиц иначе - без постоянного обмена ими информацией о своём состоянии?
Считается доказанным, что, например, спины у пары запутанных фотонов не определены изначально. То есть они не сохраняются до момента измерения, а могут произвольно меняться, сохраняя лишь нулевую сумму спинов. У какого фотона какой спин - определяется в момент измерения первого из пары запутанных фотонов. Поэтому условно считается, что запутанные фотоны до измерения пребывают в состоянии "суперпозиции" своих спинов (одновременно +1 и -1), и что между ними поддерживается "нелокальная (мгновенная) корреляция" спинов, определяющая результаты измерений.
net_racoon
29.09.2024 14:10Вы можете объяснить нелокальную корреляцию запутанных частиц иначе - без постоянного обмена ими информацией о своём состоянии?
Вроде где-то читал, что есть теория что это проекция одной частицы в наше 3д пространство.
Kerman
29.09.2024 14:10На мой дилетантский взгляд, при измерении спина частицы детектор входит в запутанность частиц а-б. Не просто входит, а входит в запутанность с одним лишь только вариантом. Если спины были у а +-, у б -+ (взаимно полярные), то запутанность детектора с а+ позволит ему видеть только б- и наоборот. Далее запутанность от детектора распространяется по цепочке до наблюдателя. С частицей ничего не происходит. Она не умеет думать, она не умеет видеть измерения, она ничего не передаёт.
Мы просто перестаём видеть ту часть вселенной, где у а был минус, а у б плюс. Просто потому что вошли в запутанность с а+.
Да, это означает бесконечное количество бесконечных вселенных, но в это мне гораздо легче поверить, чем в разумность частиц.
Другой вопрос, что такое запутанность. Я на него ответить не могу. Да и не должен. Есть утверждение от автора, что частицы обмениваются информацией, хотя нет никаких доказательств этому, а в научной среде, простите, бремя доказательства лежит на утверждающем. Я могу просто сказать "нет" и это будет научно просто потому что нет доказательств.
kauri_39
29.09.2024 14:10Насколько я понял, Вы сторонник многомировой интерпретации (ММИ) квантмеха, а автор статьи, как и я, сторонник копенгагенской интерпретации (КИ). В них обоих признаётся квантовая запутанность частиц, и, следовательно, их нелокальная корреляция до момента измерения. Может я ошибаюсь, но в КИ нелокальная (мгновенная) корреляция доказывается коллапсом волновой функции, общей для запутанных частиц, а в ММИ нет коллапса, а есть рождение очередной параллельной вселенной для альтернативных результатов измерений с альтернативными частицами и наблюдателем. То есть та и другая интерпретация - суть гипотезы, и в какую из них верить - определяется индивидуальным мировоззрением человека.
Kerman
29.09.2024 14:10Не важно, сторонник какой я интерпретации. Ни одна интерпретация не позволяет передачу информации быстрее скорости света.
net_racoon
29.09.2024 14:10не позволяет передачу информации быстрее скорости света.
А если частица в ВАРПе?
Kerman
29.09.2024 14:10С точки зрения фотона ему вообще не надо быть в варпе. В его системе координат он слетает до альфа центавры и обратно за ноль минут и ноль секунд. Это не считается.
Искривление пространства не отменяет фундаментальных ограничений. Мы знаем, что фотон летит только прямо, а то, что мы видим гравитационное линзирование - это нам кажется, что фотон огибает чёрную дыру. На самом деле он летит прямо.
К самому варпу у меня куча вопросов. Да, теоретически он возможен. Правда осталось всего ничего - найти отрицательную массу. А вот тут уже проблемки. Отрицательная масса не может летать со скоростью, ниже скорости света.
И как вообще этот бутерброд собирать? Как с этим лететь? Вот впереди обычная сверхмасса, сзади отрицательная, посередине корабль. Как это всё заставить вместе лететь?
net_racoon
29.09.2024 14:10Мы знаем, что фотон летит только прямо, а то, что мы видим гравитационное линзирование - это нам кажется, что фотон огибает чёрную дыру. На самом деле он летит прямо.
Эмм.. не слышал про такое, это как?
И как вообще этот бутерброд собирать? Как с этим лететь? Вот впереди обычная сверхмасса, сзади отрицательная, посередине корабль. Как это всё заставить вместе лететь?
Я же не про корабль, а про сам принцип. Откуда нам знать что нет частиц, которые могут летать так используя этот принцип?
Kerman
29.09.2024 14:10Эмм.. не слышал про такое, это как?
А вот так. Искажение пространства. Фотон не умеет реагировать на гравитацию, он тупо летит прямо, куда и летел. По искажённому пространству. Он ни на что не реагирует, он фотон, он без массы.
Я же не про корабль, а про сам принцип. Откуда нам знать что нет частиц, которые могут летать так используя этот принцип?
Откуда нам знать, что бога нет? Что за вопросы такие?
Пока что известные механизмы прямо запрещают распространение чего-либо быстрее скорости света. Сам принцип пространства-времени подразумевает, что 4 световых года - это 4 года минимум. И за 4 года можно пролететь только 4 световых года. Расстояние пространства приравнивается ко времени, понятие "одновременно" на удалённых точках теряет смысл.
net_racoon
29.09.2024 14:10Фотон не умеет реагировать на гравитацию, он тупо летит прямо, куда и летел.
А как тогда работает эффект потери энергии при попадании в гравитационную яму?
Он ни на что не реагирует, он фотон, он без массы.
Но с энергией.
Пока что известные механизмы прямо запрещают распространение чего-либо быстрее скорости света.
Но известны механизмы движения быстрее скорости света. Как, например, удаление дальних галактик от нас.
Kerman
29.09.2024 14:10А как тогда работает эффект потери энергии при попадании в гравитационную яму?
Никак. Фотон не теряет энергию. Его энергия - константа, зависит только от длины волны. Он вообще не может меняться, т.к. у него нет времени на это. Фотон испускается и поглощается в одно и то же время и просто не успевает существовать.
Красное смещение относится к испускаемым фотонам вблизи массивных объектов и является следствием замедления времени гравитацией.
удаление дальних галактик от нас.
Это расширение ткани самого пространства. Не считается.
net_racoon
29.09.2024 14:10Фотон не теряет энергию.
Боюсь что ученые с вами не согласны.
Красное смещение относится к испускаемым фотонам вблизи массивных объектов и является следствием замедления времени гравитацией.
А я думал это следствие эффекта Доплера.
Это расширение ткани самого пространства. Не считается.
Я просто хотел сказать что этот закон (лимит скорости света) можно обойти и мы видим как это происходит.
Интересно как вы объясните то, что мы не видим черных дыр? Ведь как вы сказали:
Фотон не умеет реагировать на гравитацию, он тупо летит прямо, куда и летел.
net_racoon
29.09.2024 14:10без постоянного обмена ими информацией о своём состоянии?
А собсна почему нет?
Enemy999
29.09.2024 14:10А где работы по измерению скорости изменений кз? . То что они меняются, допустим. Хотелось бы увидеть цифры. Насколько я понял в кз большую роль играет статистика. Чтобы не перепутать теплое с мягким.
Myclass
29.09.2024 14:10+7В сто-миллионный раз описывают события и явления человеки, ни грамма в них не понимающие. Для дураков - вау, как классно - мгновеная передача информации! На самом-же деле всё далеко от истины. Может чё другое попробуете?!
MindPlayerGame
29.09.2024 14:10Это блики от материи и антиматерии, когда в материи идет А, мы видим от антиматерии развернутую спину А, и если её снова повернуть, блики сменяться, на будет казаться что сработала запутанность, но на деле просто игра бликов с одной и другой стороны…
Насколько эта платформа научна? Это сайт для развлечений или дискуссий?
hw_store
29.09.2024 14:10+4По стилю изложения - вроде бы текст писал ИИ. Но почему он наделал ошибок в расстановке запятых? Наверное тут приложил руку редактор, чтобы сбить читателя с толку.
net_racoon
29.09.2024 14:10Ученые просто обязаны найти способ мгновенной передачи информации через КЗ.
Vadim2023
29.09.2024 14:10Да, об этом многие говорят, Тим Модлин например, мой последний пост был именно об этом. Только для этого нужно создавать не запутанные пары, а запутанные тройки.
T968
Если честно, то квантистами " было проведено несколько экспериментов, в том числе и с участием упомянутых выше нобелевских лауреатов и все эксперименты показали однозначно: правы квантисты."