Знание-сила, 2004 № 01 (919)

Квантовые законы допускают такой фокус. Запрещено измерять поляризацию фотонов, однако ничто не мешает измерить относительную поляризацию находящихся в точке 1 фотонов X и А — параллельны колебания их электрических полей или перпендикулярны? Если параллельны, то поляризация фотона Б в точке 2 перпендикулярна фотону X и, повернув ее с помощью преломляющего кристалла на 90 градусов, мы получим точную копию фотона X. Ну, а если X и А поляризованы перпендикулярно друг другу, то с фотоном Б вообще ничего делать не нужно — его поляризация совпадает с X. Конечно, для того чтобы в точке 2 знали, что делать с фотоном Б, надо послать туда сообщение с результатом измерения относительной поляризации X и А.

Поскольку все фотоны совершенно одинаковы и различаются лишь направлением поляризаций, то фотон Б теперь абсолютно идентичен исходному фотону X.

Подобным образом можно телепортировать и более сложные объекты, состояние которых определяется большим числом параметров: для каждого транспортируемого объекта X создается эйнштейновская пара объектов А и Б, затем измеряются относительные параметры пары X и А. что мгновенно определяет параметры удаленного объекта Б, а полученная в точке 1 информация посылается в точку 2 в качестве инструкции для изменения параметров объекта Б.

Чтобы лучше уяснить суть квантовой телепортации, прибегнем к следующему примеру. Пусть у нас имеются две монеты. Мы не знаем, какой стороной повернута каждая из них — орлом или решкой, но известно, что повернуты они одинаково, то есть их положения скоррелированы. Одну из монет, не переворачивая, отправляют в другой город. Теперь между монетами нет никакой материальной связи, но как только я посмотрю, какой стороной лежит моя монета, я мгновенно узнаю положение другой.

Перед тем как я открою монету, мне могут принести третью монету (X) с неизвестным мне положением ее сторон и сказать лишь об относительном расположении этой и моей монеты — совпадают рисунки их сторон или нет Я сообщу об этом в соседний город владельцу находящейся там монеты, чтобы он знал, следует ему переворачивать монету или нет, после чего он может быть уверен, что его монета — точная копия монеты X. Между тем положение моей монеты и монеты X все время оставалось неизвестным. Я знал лишь об их относительной ориентации. В чем тут отличие от квантовой телепортации? Казалось бы, все одинаково.

Пусть читатель немножко поломает голову, прежде чем прочитает ответ!

А ответ состоит в следующем. С монетой X ничего не случилось — как лежала она на моем столе, так и лежит. Телепортирована лишь ее ориентация. Если сравнить монету X с отвезенной в соседний город, то обнаружится масса отличий — царапины, потертости и так далее. Это совершенно разные монеты с одинаковым расположением сторон. Иное дело в квантовом случае. Как уже говорилось выше, число фотонов и их поляризация связаны гейзенберговским соотношением неопределенностей — измерив поляризацию, мы потеряли счет числу фотонов, и мы не можем отрицать, что один из них исчез. С точки зрения повседневного опыта результат весьма удивительный, но в том же ряду, что и "размазка" скорости при измерении координаты. А поскольку в отличие от монет фотоны, если не считать их поляризации, абсолютно тождественны, неотличимы друг от друга, нельзя опровергнуть утверждение, что фотон Б — это перемещенный из точки 1 фотон X. В квантовой области своя логика, не совпадающая с нашей житейской.

Спор о сущности квантовой логики ведется со дня ее появления. Идея Эйнштейна о том, что парадоксальность квантовой логики обусловлена тем, что мы пока не умеем точно описывать природу, разделялась многими физиками и философами. Ведь статистическая "размазка" возникает всякий раз, когда некоторые параметры варьируются случайным образом. Как только глубинные причины вариаций становятся ясны, теория приобретает точный, как говорят физики, строго детерминированный характер. Эйнштейн и его последователи были уверены, что описание микроявлений станет тоже вполне однозначным в соответствии с "логикой здравого смысла", когда будет постигнута природа "заквантовых параметров". Позднее английский физик Белл доказал, что если параметры, отвечающие за статистический характер квантовой механики, действительно существуют в природе, то в ряде случаев результат измерений должен быть совсем не таким, каким его предсказывает квантовая теория. Однако очень точные измерения подтвердили предсказания квантовой теории, и сегодня мало кто сомневается в ее принципиально неустранимой статистичности. Это свойство природы, а не следствие неточности наших знаний.

Квантовая телепортация макрообъектов

Можно сказать, что квантовый способ телепортации является промежуточным между двумя описанными выше: "перекачка" состояния X на объект Б происходит мгновенно, как при транспортами нашей героини Джени из одной комнаты в другую, а подстройка состояния Б до полной идентичности с X совершается, как при винеровской телепортации.