Пенсионный советник

Квантовое распутывание

Пионер квантовой телепортации Антон Цайлингер окончательно доказал справедливость этого явления для фотонов

Григорий Колпаков 16.04.2013, 13:49
Антон Цайлингер впервые осуществил квантовую телепортацию с использованием фотонов Barbara Sax/AFP/Getty Images
Антон Цайлингер впервые осуществил квантовую телепортацию с использованием фотонов

Хотя в квантовой механике остается много неясного, пионер квантовой телепортации Антон Цайлингер доказал, что это явление для фотонов хорошо изучено и понято учеными. Это дает надежду как на практическое применение квантовой механики (компьютеры, криптография и т. п.), так и на полное понимание этого раздела теоретической физики.

Антон Цайлингер — австрийский физик, который первым начал проводить эксперименты по квантовой телепортации и, собственно, придумал сам этот термин. Цайлингер развил тему и стал первым человеком, который поставил в ней точку — по крайней мере, для таких частиц, как фотоны. В последнем номере журнала Nature возглавляемая им команда из Венского университета опубликовала статью, в которой утверждается, что исследователям удалось закрыть очень важную лазейку, которая давно не давала покоя экспериментаторам, работающим в этом направлении.

Термин «квантовая телепортация» звучит слишком вызывающе, и, вероятно, поэтому сегодня этот эффект принято называть более нейтрально — квантовым запутыванием (entanglement). Сам эффект был придуман еще Альбертом Эйнштейном, который пытался доказать Нильсу Бору абсурдность квантовой механики. Сводится он к тому, что если две частицы (например, те же фотоны), квантовые состояния (то, что можно описать или волновой функцией, или вектором состояния) которых связаны между собой, разнести на сколь угодно большое расстояние, то все равно, изменив состояние одной из них, мы тут же изменим состояние другой.

До конца двадцатого века этот эффект, с которым теоретики давно уже разобрались, экспериментально не проверялся. Этим занялась именно группа Цайлингера, работавшего тогда в Университете Инсбрука. Его работа вызвала целый шквал экспериментов с квантовым запутыванием, и в основном это были работы по увеличению расстояния между «запутанными» частицами — от сантиметров до километров. Сейчас Цайлингер показал, что предпочитает ходить там, где не ступала нога коллег. Он занялся совсем другим аспектом квантового запутывания.

Все эксперименты по квантовому запутыванию, проведенные за последние три десятилетия, оставляли открытой возможность того, что хотя бы в принципе частицы, вовлеченные в эксперимент, могут вести себя классическим образом. Точнее, противники квантово-механического (и абсурдного с точки зрения здравого смысла) поведения частиц заявляли: «Если даже малая часть фотонов, вовлеченных в эксперимент, продемонстрировала эффект квантового запутывания, то весь их ансамбль в целом, включающий те фотоны, что избежали участи быть измеренными, вполне может в среднем вести себя классически, затушевав тем самым квантовый эффект».

Если бы так было на самом деле, то, во-первых, мир оказался бы еще более странным, чем мир квантовой механики, а главное, под вопросом оказалось бы будущее практического применения эффекта запутывания, как, например, квантовая криптография, позволяющая создавать системы, абсолютно защищенные от подслушивания.

Чтобы поставить точку в этом вопросе и доказать, что если уж одна пара фотонов обменивается информацией на расстоянии, то точно так же ею будут обмениваться и другие, группа Цайлингера в сотрудничестве с Национальным институтом стандартов и технологий (США), Физико-техническим национальным институтом Германии и Институтом Макса Планка (квантовой оптики) создали экспериментальную установку с высокоэффективным источником фотонных пар и самыми чувствительными в мире фотонными детекторами. Они заявляют, что ничем похожим не располагает ни одна лаборатория мира. С помощью этой установки они смогли впервые измерить все пары фотонов, участвовавшие в эксперименте.

«У наших фотонов просто не было шанса увернуться от измерения», — заявляет Цайлингер.

Как и ожидалось, все эти фотоны послушно продемонстрировали эффект квантового запутывания. Квантовый мир не рухнул и не стал еще более странным.