Нелокальность. Феномен, меняющий представление о пространстве и времени, и его значение для чёрных дыр, Большого взрыва и теорий всего

Я бы не стал заходить так далеко и говорить, что споры о нелокальности столь же пусты, как та оконная рама, но их нескончаемое продолжение наводит на мысль, что пора отступить на шаг и взглянуть на проблему по-новому. Есть три способа сделать это: одно из предложенных решений могло бы получить одобрение на практике просто потому, что оно полезнее в применении, чем другие; спорные концепции могли бы получить признание потому, что они являются частью более общих закономерностей, а не просто отдельными курьезами; а также у различных вариантов, возможно, есть общие черты, которые укажут нам путь вперед независимо от того, какой из них окажется верным. Давайте разберем их один за другим.

Скептики сомневаются в нелокальности в значительной степени потому, что она кажется им жалкой из-за невозможности передачи сигналов с ее помощью. Однако те, кто выдвигает такие претензии, обычно оказываются теоретиками. Я провел много времени с экспериментаторами в их лабораториях и ни разу не слышал, чтобы они принижали значение нелокальности. Наоборот, их переполняет энтузиазм, когда они говорят о том, какие возможности она нам дает.

Например, хотя запутанные частицы не могут передать сигнал самостоятельно, их можно комбинировать с обычными световыми или радиосигналами, чтобы вместить в сообщение дополнительную информацию. В одном из экспериментов Цайлингер и его коллеги отправили сообщение, используя поток фотонов. Обычно каждый из фотонов может перенести один бит информации. Но при использовании целой кучи запутанных фотонов и процедуры, называемой «сверхплотным кодированием», физики смогли упаковать в каждый из отправленных ими фотонов по два бита. Фактически часть информации была передана посредством нелокальной связи.

Запутанные частицы также могут создать проблему для секретных служб, которые занимаются перехватом сообщений. Причина в том, что каждую пару запутанных частиц можно использовать строго один раз. Последовательность таких частиц позволяет вам отправить своему другу ключ от шифра. Как только ваш друг прочитает ключ, запутанность нарушается, как самоуничтожающиеся аудиокассеты в фильме «Миссия невыполнима». После этого ваш друг может отправить вам зашифрованное сообщение, имея абсолютную гарантию его конфиденциальности. Если тот, кто пытается вас прослушать, доберется до частиц первым, он не может не нарушить запутанность, и вы будете знать, что за вами наблюдают.

Конечно, мало пользы в защите персональных данных от секретных служб, если вы выкладываете их на веб-сайте. К счастью, запутанные частицы могут помочь и с этим тоже. В процедуре, известной как «безопасное» или «слепое» вычисление, вы можете передать данные веб-серверу, сохраняя содержание в строгой конфиденциальности. Например, предположим, что вы хотите открыть кредитную линию и сервер спрашивает, какая у вас зарплата, чтобы удостовериться в вашем соответствии требованиям. Вы можете отправить размер своей зарплаты в зашифрованной форме и доказать, что зарабатываете больше порогового значения, не раскрывая точного числа.

Все экспериментаторы, с которыми я говорил, называют эти явления нелокальными. Даже Цайлингер называет их так, несмотря на свои теоретические сомнения. Технически «нелокальность» для экспериментатора просто означает что-то, что отличает квантовые частицы от классических атомов. Это может быть не настоящая нелокальность, а иллюзия, порожденная, скажем, существованием параллельных вселенных. Но большинство экспериментаторов все еще представляют себе призрачные воздействия, прыгающие через пространство. Просто так легче думать.

В общем, нелокальность получает одобрение на практике, как когда-то происходило с законом тяготения Ньютона. Ньютон предупреждал, что нелокальность, которую подразумевает закон, может быть иллюзорной, но после открытия закона выросло новое поколение физиков, которые видели, насколько он полезен, и не чувствовали потребности в его оправдании. Они приняли силу тяжести как силу, возникающую на расстоянии. Как заметил психолог Уильям Джемс в XIX в., «мы обычно не верим в те факты и теории, которые для нас бесполезны». Но ученые быстро примут даже самый диковинный факт, если вы покажете им, как они могут его использовать. Выдающийся экспериментатор в области квантовой физики, Николя Жизан[18] из Женевского университета, отмечает, что его студенты растут со знанием о нелокальности и принимают ее как должное. «Молодые считают это захватывающим, но не изумляются, — говорит Жизан. — Местные дети говорят, что мир просто так устроен».

Размышляя не только о квантах