Війна цілком зрозуміло затьмарює нам погляд на інші події, особливо у світі науки. Постараюсь у наступних текстах спрощено розповісти про те, за що саме 10 грудня у Стокгольмі вручатимуть цьогорічні Нобелівські премії. Почну, звісно, із близької мені фізики, пише Максим Карпаш у Репортері.
Троє вчених – Ален Аспе (Франція), Джон Клаузер (США) і Антон Цайлінгер (Австрія) – завдяки новаторським експериментам показали світові потенціал досліджень та використання частинок, які перебувають у заплутаних станах. «Заплутаний стан» – це науковий термін з галузі квантової механіки, а не фразеологізм.
Світ квантової механіки справді виглядає дуже дивним. У школі нас вчать, що ми можемо використовувати систему фізичних рівнянь для точного визначення, як все поводитиметься у майбутньому. Наприклад, куди піде м’яч, якщо ми скотимо його з пагорба. Або як посадити на орбіту метеорита дослідницький зонд. Широко у науці така концепція називається детермінізмом – за нею усе можна передбачити, знаючи фізичні закони та маючи вихідні значення.
Але квантова механіка відрізняється. Замість чіткого передбачення вона говорить нам тільки про ймовірність знаходження субатомних частинок у певних місцях. Частинка насправді може перебувати в кількох місцях одночасно, до моменту «вибору» одного місця для вимірювання.
Читайте Максим Карпаш: Три крапки нового етапу війни
Це бентежило навіть великого Альберта Ейнштейна, хрещеного батька квантової механіки, який практично до самої смерті залишався прихильником детермінізму. Він вважав, що мусять існувати якісь «приховані змінні» — сили чи закони, яких ми не знаємо чи не бачимо, — що передбачувано впливають на результати вимірювань.
Джон Белл, фізик із Північної Ірландії, у 1964 році зробив важливий прорив. Він розробив теоретичний тест, аби показати, що прихованих змінних, які мав на увазі Ейнштейн, не існує.
За квантовою механікою, частинки можуть бути «заплутаними».
Тобто, дивно з’єднаними так, що, якщо ви маніпулюєте однією, то автоматично й негайно також маніпулюєте іншою. Саме ця миттєвість не пояснюється теорією Ейнштейна – швидкість зв’язку між ними мала дорівнювати або перевищувати швидкість світла.
Квантова заплутаність — складна концепція для розуміння, яка по суті пов’язує властивості частинок незалежно від того, наскільки вони віддалені одна від одної. Уявіть собі лампочку, яка випромінює два фотони (світлові частинки), що рухаються у протилежних напрямках від неї. Якщо ці фотони заплутані, то вони можуть мати спільну властивість, таку як поляризація, незалежно від відстані. Белл уявив собі експерименти з цими двома фотонами окремо та порівняння їхніх результатів, аби довести, що вони сплутані (справді та загадково пов’язані).
Читайте Максим Карпаш: Газові й інформаційні бульбашки
Клаузер застосував теорію Белла на практиці в той час, коли проведення експериментів з окремими фотонами було майже немислимим. У 1972 році, лише через вісім років після експерименту Белла, Клаузер показав, що світло дійсно може бути заплутаним.
Якби світло поводилося не так, як думали фізики, можливо, його результати можна було б пояснити без заплутання. Ці пояснення відомі як лазівки в тесті Белла. Ален Аспе був першим, хто це оскаржив. Він запропонував геніальний експеримент, щоб виключити одну з найважливіших потенційних лазівок у тесті Белла. І показав, що заплутані фотони в експерименті насправді не спілкуються один з одним через приховані змінні. І це означає, що вони справді дивно пов’язані.
Квантова заплутаність може бути використана в обчислювальній техніці для обробки інформації способами, які раніше були неможливі. Виявлення невеликих змін у заплутаності може дозволити сенсорам виявляти речі з більшою точністю, ніж будь-коли раніше. Зв’язок із заплутаним світлом також може гарантувати безпеку, оскільки вимірювання квантових систем можуть виявити присутність перехоплювача.
Читайте: Максим Карпаш: росія розбитих ліхтарів
Робота Антона Цайлінгера проклала шлях для квантової технологічної революції, показавши, як з’єднати серію заплутаних систем разом, аби побудувати квантовий еквівалент мережі. Станом на 2022 рік ці застосування квантової механіки не є науковою фантастикою. Ми маємо перші квантові комп’ютери. Супутник Micius використовує заплутаність для безпечного зв’язку по всьому світу. А квантові сенсори використовуються для побудови зображень – від медицини до виявлення підводних човнів.
А ще квантова сплутаність напряму веде до телепортації, але про це вже якось іншим разом…
Максим Карпаш, професор Університету Короля Данила
