Квантовая случайность

Сегодня некоторые организации Женевы, имеющие системы резервного хранения данных в 70 км от нее, вблизи Лозанны, с успехом используют оптоволоконный кабель, проходящий под Женевским озером, чтобы получить доступ к криптографическим системам, коммерциализованным компанией IDQ при Женевском университете.

С точки зрения истории интересно отметить, что вышеупомянутая упрощенная версия была изобретена гораздо раньше той, что основана на нелокальности. Это одна из странностей истории, очень человеческая и не поддающаяся логике. Когда Беннетт и Брассар изобрели квантовую криптографию в ее упрощенной версии, ни один физический журнал не взялся опубликовать их работу. Слишком непривычно! Слишком оригинально! Или просто непонятно тем физикам, которых попросили прорецензировать представленную работу? В итоге Беннетт и Брассар опубликовали результаты своих исследований в сборнике трудов компьютерной конференции в Индии. Естественно, эта публикация 1984 года оставалась незамеченной до 1991 года, когда Артур Экерт независимо переоткрыл квантовую криптографию – на этот раз уже основанную на нелокальности – и опубликовал работу в престижном физическом журнале.

Глава 8 Квантовая телепортация

Что может быть чудеснее телепортации? Объект исчезает отсюда, чтобы мгновенно появиться где-то там, не проходя каких-либо промежуточных положений! Современные технологии коммуникации иногда наводят на такие рассуждения, особенно когда электронное письмо покидает мой компьютер и через несколько секунд появляется на экране компьютера друга на другой стороне света. Но в случае с электронным письмом мы хорошо знаем, что целая сеть сигналов Wi-Fi, электроны в медных проводах и фотоны в оптоволокне перемещали мое послание беспрерывно из точки в точку через пространство, пока оно не достигло места назначения. Телепортация – это явление совсем другого рода, ведь объект «прыгает» прямо отсюда туда, не проходя ни через одну промежуточную точку. От нее веет волшебством или научной фантастикой. Если, конечно, не существует некий способ воспользоваться квантовой нелокальностью, этим сверхъестественным мостиком между удаленными друг от друга местами.

В течение всего повествования я говорил, что нелокальность не может быть использована для коммуникации. Но научно-фантастическая версия телепортации позволяет коммуникацию на произвольной скорости. Более того, любой объект с необходимостью состоит из материи (или из энергии, как фотон), и материя не может переместиться из точки в точку пространства, не пройдя через некоторые промежуточные точки. Поэтому научно-фантастический вариант телепортации невозможен. И все же в 1993 году несколько физиков устроили для развлечения мозговой штурм и, играя с идеей нелокальности, изобрели то, что сегодня известно как квантовая телепортация[52]. У публикации было шесть авторов, то есть никто не изобрел квантовую телепортацию в одиночку. В действительности она стала результатом интеллектуального пинг-понга в группе людей, что совсем не похоже на типичный образ блестящего саванта-отшельника[53].

Содержание и форма

Так как же происходит телепортация? Сначала мы должны спросить себя, что понимать под объектом. Аристотель говорил о двух существенных ингредиентах – о содержании и о форме[54]. Сегодня физики говорят о веществе и о физическом состоянии. К примеру, письмо сделано из бумаги и чернил, что являет собой вещество, и содержит текст, то есть информацию, или физическое состояние бумаги и чернил. Для электрона вещественное – это его масса и электрический заряд (наряду с другими постоянными характеристиками), в то время как облака потенциальных координат и скоростей формируют его физическое состояние. Для фотона – безмассовой частицы света – вещественной является его энергия, а физическое состояние включает поляризацию и облака потенциальных позиций и частот колебаний (т. е. энергии).

В квантовой телепортации мы не телепортируем объект в целом, а только его квантовое состояние, или, как говорил Аристотель, его форму. Вы разочарованы? Не стоит! Ведь мы уже знаем, что никогда не сможем мгновенно переместить массу или энергию объекта. Это бы стало серьезным нарушением принципа невозможности коммуникации без передачи информации (см. справку 5). Более того, тот факт, что возможно телепортировать квантовое состояние объекта, сам по себе достаточно сверхъестественен. Действительно, квантовое состояние формирует структуру материи на самом глубинном уровне. Мы, следовательно, телепортируем не просто приблизительное описание, но всё, что вообще может быть телепортировано. И нельзя забывать теорему о запрете клонирования из главы 4. Когда мы телепортируем квантовое состояние объекта, оригинал обязательно должен исчезнуть, иначе мы получили бы две копии, что противоречит теореме о запрете клонирования. Таким образом, нам гарантировано исчезновение оригинала здесь и появление телепортированного состояния там.