Распутанная Вселенная: как квантовая запутанность принесла Нобелевскую премию
Нобелевскую премию по физике в этом году получили ученые, доказавшие, что Бог все-таки играет в кости. Научный обозреватель Forbes Анатолий Глянцев рассказывает о лауреатах, которые не только ответили на принципиальные вопросы о законах природы, но и стояли у истоков создания квантовых компьютеров и линий связи
Нобелевской премии по физике 2022 года удостоены Ален Аспе из Франции, Джон Клаузер из США и Антон Цайлингер из Австрии. Каждый из них получит треть призовой суммы «за эксперименты с запутанными фотонами, установление нарушения неравенств Белла и новаторство в квантовой информатике».
Истоки случайности
Законы квантовой механики управляют поведением отдельных частиц, атомов и других микроскопических объектов. Они очень отличаются от законов привычного макроскопического мира.
Например, представим себе бильярдный шар. Он катится по вполне определенной траектории, и при желании можно вычислить его местоположение в каждую будущую секунду. Совсем не так ведет себя электрон. Он как бы размазан по всему пространству сразу и, похоже, обретает местоположение только в момент измерения координат. Причем это местоположение чуть ли не каждый раз разное. Можно говорить лишь о вероятности обнаружить частицу в той или иной точке. Правда, сами эти вероятности можно предсказать очень хорошо, на чем и основана работа микроэлектроники и других технологий.
Величайшие физики XX столетия сломали много копий по поводу квантовой случайности. Одни считали, что случайность заложена в саму природу элементарных частиц и других квантовых объектов. Другие возражали: она может быть лишь следствием неполноты наших знаний. Широко известно высказывание Эйнштейна о том, что Бог не играет в кости.
Кстати, о последних. Примеры с игральными костями вошли во все учебники по теории вероятностей вовсе не потому, что в самой природе кубиков есть что-то случайное. Ученые могли бы точно рассчитать, сколько очков выпадет, если бы измерили все параметры броска. Так и у электрона или фотона, говорили некоторые физики, могут быть неизвестные нам параметры, которые помогли бы предсказать результаты эксперимента. Эту теорию так и назвали — теорией скрытых параметров.
Как все запутано
Квантовая система не обязана состоять из одной частицы. Их может быть и две, и гораздо больше. Частицы, входящие в одну систему, называются запутанными, или сцепленными, друг с другом.
Представим себе систему из двух фотонов. У фотона есть параметр под названием «линейная поляризация». Поляризация может быть вертикальной, горизонтальной или наклонной под разными углами. Но до измерения мы не сможем сказать, вертикальная она или какая-то еще.