Известно, что явление квантового запутывания показалось Альберту Эйнштейну настолько причудливым, что он до конца своей жизни по-настоящему так и не поверил в квантовую механику, к созданию которой сам приложил немало усилий. Уже после кончины великого физика учёные смогли показать, что явление действительно существует, и никакие «скрытые параметры» не в состоянии объяснить, как запутанные частицы «чувствуют» друг друга на расстоянии.
(quantum entanglement) — одно из наиболее удивительных следствий квантовой механики нескольких частиц. В классической механике полное знание о состоянии частей системы однозначно определяет состояние целого, а состояние целого однозначно определяет состояние частей. В квантовой механике работает лишь половина этого утверждения: наличие полной информации о состоянии частей квантовой системы определяет состояние целого, однако существуют такие состояния целого, которым не соответствует никакая комбинация состояний ее частей.
При этом запутанные частицы сильно скоррелированы — измерение состояния одной из них определяет состояние другой, где бы та не находилась. Казалось бы, это дает возможность передать инфомацию быстрее скорости света, однако существует теорема, показывающая, что это невозможно. Дело в конечном итоге в том, что мы не можем заставить частицу, состояние которой не определено, принять нужное нам состояние со стопроцентной вероятностью. Единственное исключение - если заранее известно, что она находится в этом состоянии. Однако в этом случае заранее известно и состояние запутанной с ней частицы, поэтому никакой новой информации, измерив ее, мы не получим.
Вместе с тем, передача информации через квантовое запутывание возможно, и предполагается, что именно так будут общаться между собой элементы будущего квантового компьютера. Однако для передачи информации по квантовому каналу (казалось бы, мгновенной), необходимо дополнить его каналом классическим, а это сразу ограничивает скорость передачи сообщения скоростью света.
Несколько лет назад демонстрация мгновенной квантовой передачи состояния от одной частицы к другой, расположенной на расстоянии сначала в один, а затем и более сотни километров, всколыхнула публику сообщениями о квантовой телепортации. Однако скептиков не покидало ощущение, что тут есть какой-то подвох: такое состояние передавалось фотонами, а они и так перемещаются очень быстро. В конце 2005 года деваться от квантового запутывания стало некуда: физикам удалось квантово запутать два ансамбля атомов, расположеные на расстоянии в несколько метров, и уже без фотонов мгновенно передать квантовое состояние от одного к другому.
не существующее пока в реальности вычислительное устройство, использующее для работы принципы квантовой механики. По сути, в настоящее время квантовый компьютер существует лишь в качестве математической модели. Также разработаны модели и созданы некоторые примитивные прототипы отдельных его узлов.
Предполагается, что квантовый компьютер по своей вычислительной мощи будет значительно превосходить все классические компьютеры. Очень грубо упрощая, можно сказать, что в отличие от своего классического аналога, вычисления на котором нужно проводить отдельно для каждого варианта входных данных, мифический квантовый компьютер сможет вычислить результаты сразу для всех возможных для его архитектуры и программы входных данных.
Наибольшую популярность принес квантовому компьютеру разработанный для него американским математиком Питером Шором алгоритм разложения больших чисел на простые сомножители. Сейчас большинство систем защиты данных - например, банковских - основано на практической неразрешимости этой задачи в течение разумного промежутка времени. Квантовый компьютер смог бы выполнять эту задачу очень эффективно.
Существует даже конспирологическая теория, согласно которой интерес к квантовым компьютерам искусственно подогревается теми, кто нашел классический способ решения задачи факторизации, — чтобы отвлечь внимание математиков дабы они не повторили успех.
В последнем номере Nature вышла статья, авторам которой удалось запутать состояние двух ионов иттербия-171, находящихся на расстоянии в один метр.
По мнению ведущего автора статьи Давида Мёринга из германского Института квантовой оптики имени Макса Планка, их работа – первый шаг на пути к созданию распределенных квантовых сетей, и будущему «квантовому интернету».
Информация в опыте кодировалась тем, в каком из двух состояний – условно A или B – находился ион. Для запутывания двух ионов ученые заставляли их излучать по одному фотону. От того, на каком уровне оказывался ион после излучения фотона, зависела энергия последнего, однако предсказать заранее, каким она будет, принципиально нельзя. Таким образом, фотон и ион оказывались запутанными.
Здесь происходит самое интересное: в дело вступает другой аспект квантовой механики. Хотя система находится одновременно в двух состояниях, наблюдать ее можно лишь в одном из них, и как только акт наблюдения происходит, система сама «коллапсирует» в одно из состояний. В нашем случае достаточно заставить лишь один из ионов сообщить свое состояние – A или B, и это переведет систему двух ионов в состояние AB или BA, соответственно. При этом в состояние B или A мгновенно перейдет и второй ион, где бы он не находился, в метре от первого или, например, на Луне. Впрочем, передать таким образом информацию быстрее скорости света не получится: заставить атом перейти в то состояние, в которое хотелось бы нам, мы не можем.
По мнению одного из авторов исследования, профессора Мерилендского университета Кристофера Монроу, отдельные атомы – наиболее подходящий носитель информации для будущего квантового компьютера, а запутывание находящихся на большом расстоянии кубитов – основа системы передачи информации внутри этого всё ещё мифического устройства.
«Мы продемонстрировали технологию. Для создания системы квантовой обработки информации осталось лишь превратить ее в сеть многих связанных друг с другом компонент», - заключает Монроу.
