Сто лет недосказанности: Квантовая механика для всех в 25 эссе

Имеется свой способ действий и на тот случай, если третья сторона перехватывает часть квантов, измеряет их спин (вдоль случайно выбранного направления), а затем, пытаясь замести следы своего присутствия, отправляет кванты Яше. Есть также вариант описанной схемы с использованием запутанных пар: Аня оставляет себе одного из запутанных партнеров, а другого отправляет Яше. Затем она случайно выбирает одно из двух возможных направлений для измерения спина своей частицы, а Яша действует, как и ранее.

Возвращаясь к точной передаче спиновых состояний с использованием запутанности, картина может показаться достаточно удивительной, если спросить себя, что именно и в какой момент передается. Стоит заметить, что вообще никакой проблемы не видят здесь герои главы 12 – кьюбисты. Ничего, говорят они, никуда не передается, поскольку сама волновая функция – не часть природы. Просто переадресуется информация: исходно она относилась к электрону в лаборатории А., а потом – к другому электрону в лаборатории Я. Здесь, конечно, можно задаться вопросом, почему для такой переадресации требуется конкретный, вполне определенный протокол, но мы не будем погружаться по этому поводу в кьюбизм. Квантовая телепортация, вне всякой зависимости от интерпретации квантовой механики, – экспериментальный факт.

18 Что погибает, сообщив ответ

Квантовый компьютер – не компьютер, а квантовая система специальной структуры, которую совсем просто описать в принципе, но очень непросто реализовать на практике.

«Вычисление» в квантовом компьютере – не вычисление, а эволюция волновой функции этой системы. Волновая функция живет своей внутренней квантовой жизнью под управлением уравнения Шрёдингера; она ненаблюдаема, но мы «подталкиваем» течение этой жизни в определенном направлении. Делать это следует «деликатно», избегая измерения, которое разрушает волновую функцию, заставляя ее сколлапсировать.

При этом требуется, чтобы такая эволюция откликалась на задачу, подлежащую решению: чтобы волновая функция пришла к виду, из которого мы могли бы извлечь правильный ответ. Для этого в самом конце мы все-таки выполняем измерение, чем «вычисление» и завершается. Способ «подталкивания» волновой функции в сторону правильного (и, разумеется, заранее неизвестного) ответа и составляет содержание квантового алгоритма. Его надо изобретать для каждой отдельной задачи так, чтобы погибающая при измерении волновая функция передавала нам ответ как часть накопившегося в ней знания (информации).

Все это должно звучать загадочно уже по причине индетерминизма: измерения над тождественными системами (с одной и той же волновой функцией) раз от разу дают различные результаты. Как же мы намереваемся считывать ответ? А кроме того, ответы мы почти всегда хотим иметь в виде чисел; как они здесь возникают?

«Ячейкой» квантового компьютера является кубит – квантовая система с двумя опорными состояниями. В принципе подошел бы электрон со своими спиновыми состояниями «вверх» и «вниз» – и, разумеется, бесконечным числом состояний, получаемых в виде комбинаций этих двух с произвольными числами: «a (вверх) плюс b (вниз)». Электроны, впрочем, надо как-то удерживать, что непросто; на практике применяется немало различных квантовых систем с как минимум двумя состояниями: захваченные ионы, фотоны, квантовые точки{77}, а также колебательные контуры в сверхпроводниках; единой и «общепринятой» технологии здесь нет (отдельно стоит отметить реализации кубитов за счет согласованного квантового поведения столь большого числа электронов, что эти объекты можно уже разглядеть в микроскоп; они представляют собой пример проявления квантовых свойств, включая запутанность, на мезоскопическом масштабе – промежуточном между «макро» и «микро»). Возможно даже, что «лучший кубит будущего» еще не изобретен; во всех же теоретических построениях кубиты остаются абстрактным понятием. Это одинаковые системы, каждая с двумя состояниями «А» и «Б». Такие обозначения никто, кроме меня, не использует, но они, конечно, ничем и не запрещены{78}.

Чем больше кубитов, тем мощнее квантовый компьютер.

Все, что происходит с состояниями/волновыми функциями кубитов, происходит в согласии с уравнением Шрёдингера – все, кроме финального измерения{79}. Схема вычислений состоит из последовательных преобразований, применяемых к состояниям одного или нескольких кубитов. Например, кубит, бывший в состоянии «А», может оказаться в комбинации состояний «А» и «Б» с какими-то числами, скажем «А плюс 2 Б».