Знание-сила, 2004 № 01 (919)

Один из таких примеров, который Эйнштейн придумал вместе с двумя своими коллегами, сводится к следующему. Частица света фотон, проходя через кристалл кальцита, превращается в два фотона с одинаковой (половинной) энергией и взаимно перпендикулярными поляризациями: у одного фотона колебания электрического поля происходят вертикально, у другого — горизонтально. При этом мы не знаем, у какого фотона какая поляризация. Известно лишь, что они перпендикулярны друг другу. Чтобы узнать их, один фотон (будем называть его "фотон А") направим в точку 1, где стоит анализатор поляризаций, а второй фотон (Б) пусть летит в точку 2, где есть свой анализатор. Точки 1 и 2 удалены друг от друга, и между приходящими туда фотонами нет никакой материальной связи.

Ясно, что, измеряя в точке I, мы с равной вероятностью можем обнаружить как вертикальную, так и горизонтальную поляризацию. По воде случая фотон, пришедший в точку 1, может обладать любой из них. Измерение в точке 2, казалось бы, по воле случая, тоже обнаружит одну из двух — фотоны-то совершенно равноправны. Однако квантовая теория говорит, что хотя между фотонами нет никакой материальной связи, измерение в точке I каким-то неведомым нам путем (в этом, по мнению Эйнштейна, и проявляется неполнота квантовой теории) влияет на фотон Б. Случайность в точке 2 почему-то мгновенно исчезает, и можно телеграммой известить удивленных наблюдателей в точке 2, каков будет результат их измерений, даже если оно выполняется в тот же момент времени, что и в точке I. Влияние одной точки на другую, будь одна из них на Земле, а вторая на Марсе или еще дальше, передается с бесконечной скоростью.

Современная квантовая механика — комментировали этот пример Эйнштейн и его коллеги — предсказывает существование в природе канала передачи информации с удивительными свойствами, в которые трудно поверить. Как будто и вправду существует экстрасенсорное дальновидение, о котором часто говорят сторонники паранормальных явлений!

Однако в действительности в примере Эйнштейна нет никакого парадокса. Это объяснил датский физик Нильс Бор. Фотоны в точках 1 и 2 нельзя считать совершенно независимыми, поскольку мы заранее знаем, что их поляризации хотя и могут быть любыми, необязательно перпендикулярны друг другу. Поэтому, измерив поляризацию одного из них, мы сразу же скажем, какова она у другого.

Правда, причину мнимого парадокса легко усмотреть лишь в простом примере с двумя фотонами. В общем случае квантовых систем, рассмотренном Эйнштейном и его коллегами, она не столь очевидна. Состояние фотона характеризуется всего лишь одним параметром — направлением поляризации; состояния более сложных систем определяются большим числом переменных, и. тем не менее, их значения мгновенно передаются в точку 2, как только измерение делает их известными в точке I. И во всех случаях причиной является некое априорное условие — корреляция, как говорят физики, связывающая квантовые объекты.

И вот тут мы встречаемся с самым интересным, ради чего читателю пришлось преодолеть дебри квантовых парадоксов. Присоединив к двум "эйнштейновским" фотонам еще один с произвольными свойствами и связав его условием координации, мы сможем телепортировать этот фотон на сколь угодно далекое расстояние.

Квантовая телепортация

Вот как это делается. Наш рассказ будет несколько неточным, но пусть простят нас специалисты, — это делается для того, чтобы проще передать суть дела. Прежде всего следует иметь в виду, что мы не можем точно измерить поляризацию отдельно взятого фотона — повторные измерения всякий раз будут давать различные (случайные) значения. Дело в том, что число фотонов н их поляризация связаны соотношением неопределенности, как координата и скорость. Поэтому, если точно известно число фотонов (в нашем случае это единица), их поляризация остается неопределенной. Для ее измерения нужно пропустить сквозь анализатор лазерный пучок с неточно известным числом фотоноа Если у нас три фотона — эйнштейновская пара А, Б и предназначенный для телепортации фотон X, их поляризации нам неизвестны. Мы знаем только, что колебания электрических полей А и Б взаимно перпендикулярны, а относительно фотона X вообще ничего нельзя сказать. Мы должны телепортировать его таким, каков он есть, никоим образом не касаясь его, чтобы не превратить его в какой-то другой фотон со случайным значением поляризации. На первый взгляд, задача невыполнимая — как направить материальный объект в заданную точку, не прикасаясь к нему?