Тайны космоса

Эффект «спутывания» существует. Именно это подтвердила недавно в своем опыте группа австрийских физиков под руководством Антона Зайлингера. Воспользовавшись теоретической разработкой исследовательской группы американца Чарлза Беннета, опубликованной еще 5 лет тому назад, исследователи попытались воспроизвести все вышеописанные манипуляции на практике.

Итак, передача информации от частицы к частице возможна за счет так называемого эффекта «спутывания» (entanglement), стали рассуждать экспериментаторы. При этом не так уж важно, что мы до сих пор не понимаем, каким образом частицы, образующие пару, мгновенно узнают о перемене состояния друг друга. Ведь бывает порой и в нашей обыденной жизни, что близкие друг другу люди, например влюбленные, узнают о произошедшем с другим несчастье даже без помощи радио или телефонного провода. Посему давайте попросту постараемся изолировать эту пару частиц от постороннего воздействия и посмотрим, как они реагируют на перемену состояний друг друга…

В своей статье, помещенной в декабрьском выпуске 1997 года всемирно известного журнала «Нейчур», Зайлингер с коллегами пишут, что пара «спутанных» квантов света — фотонов — была создана ими за счет так называемой параметрической конверсии. Суть работы, занявшей 4 года, в общих чертах такова.

Австрийские физики пропустили частицу света фотон — через специальный кристалл. При этом фотон расщепился на два фотона, обладавших меньшими энергиями. Дочерние фотоны помчались дальше, но уже в разных направлениях. Несмотря на это, связь между ними сохранилась.

Для человека, незнакомого с квантовой механикой, такая взаимосвязь кажется чисто мистической. Однако эффект действительно существует на практике и выражается, например, так. Если бы физики измерили один фотон и обнаружили, что он коллапсировал, скажем, в состоянии вертикальной поляризованности, то о его партнере можно с уверенностью сказать, что он в тот же миг стал бы поляризованным горизонтально.

Взаимный коллапс происходит мгновенно и скоростью света — это-то и есть самое удивительное! — не ограничен. Но один коллапс для передачи информации использовать нельзя. Информация может быть извлечена только при декодировании квантового канала, дополненного неквантовым. Таким образом, получается, что система прививает какое-то определенное состояние частице-реципиенту практически без измерения, а значит, и без разрушения. Неизмеренное, оно тем не менее в закодированной форме отражается на второй частице, где бы она ни находилась.

Эйнштейн был не прав? Если у Зайлингера расстояние между двумя дочерними фотонами было невелико — эксперимент не выходил за рамки лаборатории, у физиков из Женевского университета, работавших в группе Николаса Гайзина, мы видим иную картину. Расстояние между двумя дочерними фотонами тут составило 10 с лишним километров — именно столько разделяет две деревушки в окрестностях Женевы — Делью и Берне. Одна находится на севере от Женевы, а другая — на юго-западе. С городом и между собой они связаны телефонной линией, сделанной из волоконной оптики. По волокну-световоду и помчались дочерние фотоны, образовавшиеся из расщепленного луча, пропущенного через кристалл ниобата калия, и достигли каждый своего детектора.

Как мы помним, согласно принципу неопределенности, невозможно одновременно узнать, какова энергия фотона и время, когда он вылетел из кристалла в Женеве. Более того, пока его не измерили, его состояние — смесь разных состояний.

Эйнштейн, которому претила всякая неопределенность, считал это абсурдом и в 1935 году предложил мысленный эксперимент, который ныне — спустя более 60 лет — удалось воспроизвести на практике.

Великому теоретику показалось, что принцип неопределенности отражает не истинное положение вещей, а всего лишь неправильно сделанные измерения. В терминах сегодняшних экспериментов его мысль должна выглядеть так: «Вы можете узнать энергию фотона, измерив энергию его партнера, а измерив время, когда партнер прибыл к месту своего назначения, вы узнаете, когда он покинул кристалл. Оба фотона вылетели из кристалла в один какой-то миг, и, хотя их энергия может быть неодинаковой, в сумме она составляет энергию родительского фотона. Никакой неопределенности, все можно узнать, если измерять, руководствуясь здравым смыслом, а не фантазиями. Измерения не могут внести в реальность никаких перемен. Она от них не зависит».

Эксперименты австрийских и швейцарских физиков опять-таки показали правоту квантовой механики. «То было торжество неопределенности над здравым смыслом и призраков над привычными представлениями о причинно-следственных связях», говорит Гайзин.