Квантовая революция. Как самая совершенная научная теория управляет нашей жизнью

Вряд ли Фейнман извлек для себя много нового из неудачного визита к нему Клаузера, но ко времени, когда в Калтех приехал Аспе, он уже, без сомнения, был хорошо осведомлен о теореме Белла. После первых опытов Белла в печать хлынул поток статей по этой тематике, в которых теорема Белла объяснялась как физикам, так и широкой публике. Первое популярное изложение работы Белла поместил в 1979 году в журнале Scientific American д’Эспанья. Вскоре после этого стали появляться популярные книги по квантовой физике, написанные как физиками, так и популяризаторами, связанными с «Группой фундаментальной фисики» в Беркли: «Дао физики»[589], «Квантовая реальность»… А знаменитая серия статей по теореме Белла, написанная выдающимся физиком из Корнеллского университета Н. Дэвидом Мермином, исчерпывающе осветила этот предмет для коллег-физиков. В ней тема была раскрыта через систему изумительно простых мысленных экспериментов, которые быстро сделались стандартным способом введения в проблематику[590]. Фейнман, которого физики превозносили как за ясность изложения, так и за глубину его физических озарений, сразу сделался горячим поклонником работы Мермина. «Ваши статьи – одни из самых прекрасных среди известных мне работ по физике, – писал Фейнман Мермину в 1984 году. – На протяжении всех моих зрелых лет я пытался извлечь из странности квантовой физики суть, которую можно было бы выразить как можно более простыми средствами. <…> И я уже совсем было приблизился к этому, как вдруг появилось во всей своей идеальной первозданности ваше описание»[591].

Сам Фейнман представил свое объяснение теоремы Белла в 1981 году в своей вступительной речи на открытии конференции в Калтехе (хотя, как ни странно, самого Белла он при этом не упомянул). Конференция была посвящена, казалось бы, совершенно другой тематике – физике вычислительных процессов, – но Фейнман показал, что теорема Белла дает ответ на один вопрос, критический для этой области. «Можно ли моделировать физический мир при помощи универсального компьютера?» – поставил Фейнман этот вопрос в своей речи на конференции. «Физический мир подчиняется законам квантовой механики, а значит, в действительности задача сводится к моделированию квантовой физики – именно об этом я и хочу поговорить», – продолжал он. Для обычного компьютера, работающего в нормальных условиях, ответ отрицательный: пользуясь в привычном порядке двоичными кодами, состоящими из нулей и единиц, без происходящих внутри компьютера странных связей на расстоянии и других подобных трюков, мы способны моделировать только локальные физические процессы и не можем в полной мере воспроизводить эффекты квантовые. Но, предположил Фейнман, может найтись и другой путь к достижению этой цели. «Может быть, это получится с компьютером нового вида – квантовым компьютером? – задался он вопросом. – Не уверен… Этот вопрос я оставляю открытым»[592].

Спустя несколько лет молодой физик по имени Дэвид Дойч двинулся вперед с той точки, на которой остановился Фейнман. В 1985 году Дойч доказал, что квантовый компьютер – компьютер, в полной мере использующий различия между квантовой и классической физикой, – может работать более эффективно, чем обычный классический компьютер. Доказательство Дойча открыло возможность практического технологического приложения идей Белла – это был прорыв, которого сам Белл предвидеть не мог. Однако Дойч не указал конкретного практического аспекта, в котором квантовый компьютер мог обогнать классический, – он лишь доказал теоретическую осуществимость этой идеи и построил простой пример. Найти работающий алгоритм для компьютера, который еще не построен, да так, чтобы он превзошел все уже существующие, оказалось действительно трудным делом.

Спустя еще почти целое десятилетие блестящий математик Питер Шор решил эту задачу весьма эффектным способом. В 1994 году он разработал квантовый алгоритм быстрого разложения на множители очень больших чисел – результат чрезвычайной важности. И это было не только реализацией доказанной Дойчем теоретической возможности. У алгоритма Шора нашлось множество практических следствий. Для обычного компьютера разложение на множители огромных чисел – трудная задача. Как Шору было хорошо известно, именно на этом и основываются разнообразные формы практической криптографии, искусства шифрования, что стало особенно важно для обеспечения безопасных коммуникаций в начинающем расцветать интернете. Шор продемонстрировал, что тип кодирования, используемый почти для всех финансовых транзакций в общественной компьютерной сети – от покупки книг до торговли акциями, – в мире, где работают квантовые компьютеры, будет уязвим.