Квантовая запутанность - королева парадоксов
Мир вокруг велик и разнообразен – разнообразен настолько, что на одних масштабах проявляются законы, совершенно немыслимые для других. Законы политики и битломания никак не следуют из устройства атома – для их описания требуются свои «формулы» и свои принципы. Трудно представить, чтобы яблоко – макроскопический объект, поведение которого обычно следует законам ньютоновской механики, – взяло и исчезло, слилось с другим яблоком, превратившись в ананас. А между тем именно такие парадоксальные феномены проявляются на уровне элементарных частиц. Узнав, что это яблоко красное, вряд ли мы сделаем зеленым другое, находящееся где-нибудь на орбите. А между тем именно так действует явление квантовой запутанности, и именно это продемонстрировали китайские физики, с работы которых мы начали наш разговор. Попробуем разобраться, что же это такое и чем может помочь человечеству.
Мир вокруг локален – иначе говоря, для того чтобы какой-то далекий объект изменился, он должен провзаимодействовать с другим объектом. При этом никакое взаимодействие не может распространяться со скоростью быстрее световой: это и делает физическую реальность локальной. Яблоко не может шлепнуть Ньютона по голове, не добравшись до нее физически. Вспышка на Солнце не может мгновенно сказаться на работе спутников: заряженным частицам придется преодолеть расстояние до Земли и провзаимодействовать с электроникой и частицами атмосферы. Но вот в квантовом мире локальность нарушается.
Самым знаменитым из парадоксов мира элементарных частиц можно назвать принцип неопределенности Гейзенберга, согласно которому невозможно точно определить величину обеих «парных» характеристик квантовой системы. Положение в пространстве (координата) или скорость и направление движения (импульс), ток или напряжение, величина электрической или магнитной компоненты поля – все это «взаимодополняющие» параметры, и чем точнее мы измерим один из них, тем менее определенным станет второй.
Когда-то именно принцип неопределенности вызвал непонимание Эйнштейна и его знаменитое скептическое возражение «Бог не играет в кости». Однако, похоже, играет: все известные эксперименты, косвенные и прямые наблюдения и расчеты указывают, что принцип неопределенности является следствием фундаментальной недетерменированности нашего мира. И снова мы приходим к несочетанию масштабов и уровней реальности: там, где существуем мы, все вполне определенно: если разжать пальцы и отпустить яблоко, оно упадет, притянутое гравитацией Земли. Но на уровне более глубинном причин и следствий попросту нет, а существует лишь пляска вероятностей.
Парадоксальность квантово запутанного состояния частиц в том и состоит, что «удар по голове» может произойти ровно одновременно с отрывом яблока от ветки. Запутанность нелокальна, и изменение объекта в одном месте мгновенно – и без всякого очевидного взаимодействия – меняет другой объект совершенно в другом. Теоретически мы можем отнести одну из запутанных частиц хоть на другой конец Вселенной, но все равно стоит нам «коснуться» ее партнера, оставшегося на Земле, и вторая частица откликнется моментально. Самому Эйнштейну поверить в это было непросто, и спор его с Нильсом Бором и коллегами из «лагеря» квантовой механики стал одним из самых увлекательных сюжетов в современной истории науки. «Реальность определенна, – как бы говорили Эйнштейн и его сторонники, – несовершенны лишь наши модели, уравнения и инструменты». «Модели могут быть какими угодно, но сама реальность в основе нашего мира никогда не определена до конца», – возражали адепты квантовой механики.
Выступая против ее парадоксов, в 1935 г. Эйнштейн вместе с Борисом Подольским и Натаном Розеном сформулировал свой парадокс. «Ну хорошо, – рассуждали они, – допустим, узнать одновременно координату и импульс частицы невозможно. Но что, если у нас есть две частицы общего происхождения, состояния которых идентичны? Тогда мы можем измерить импульс одной, что даст нам косвенным образом сведения об импульсе другой, и координату другой, что даст знание координаты первой». Такие частицы были чисто умозрительной конструкцией, мысленным экспериментом – возможно, поэтому достойный ответ Нильсу Бору (а точнее, его последователям) удалось найти только 30 лет спустя.
Пожалуй, первый призрак квантово-механических парадоксов наблюдал еще Генрих Герц, заметивший, что если электроды разрядника осветить ультрафиолетом, то прохождение искры заметно облегчается. Эксперименты Столетова, Томсона и других великих физиков позволили понять, что происходит это благодаря тому, что под действием излучения вещество испускает электроны. Однако происходит это совершенно не так, как подсказывает логика; например, энергия высвободившихся электронов не будет выше, если мы увеличим интенсивность излучения, зато возрастет, если мы уменьшим его частоту. Увеличивая же эту частоту, мы придем к границе, за которой никакого фотоэффекта вещество не проявляет – этот уровень у разных веществ разный.
Объяснить эти феномены удалось Эйнштейну, за что он и был удостоен Нобелевской премии. Связаны они с квантованием энергии – с тем, что она может передаваться лишь определенными «микропорциями», квантами. Каждый фотон излучения несет определенную энергию, и если ее достаточно, то электрон поглотившего его атома вылетит на свободу. Энергия фотонов обратно пропорциональна длине волны, и при достижении границы фотоэффекта ее уже недостаточно даже для сообщения электрону минимально нужной для выхода энергии. Сегодня это явление встречается нам повсеместно – в виде солнечных батарей, фотоэлементы которых работают именно на основе этого эффекта.
В середине 1960-х Джон Белл заинтересовался проблемой нелокальности в квантовой механике. Ему удалось предложить математическую основу для вполне осуществимого эксперимента, который должен заканчиваться одним из альтернативных результатов. Первый итог «срабатывал», если принцип локальности действительно нарушается, второй – если все-таки он действует всегда и нам придется искать какую-то другую теорию для описания мира частиц. Уже в начале 1970-х такие эксперименты были поставлены Стюартом Фридманом и Джоном Клаузером, а затем – Аленом Аспэном. Упрощенно говоря, задача состояла в создании пар спутанных фотонов и измерении их спинов, одного за другим. Статистические наблюдения показали, что спины оказываются не свободными, а скоррелированными друг с другом. Такие опыты проводятся с тех пор почти непрерывно, все более точные и совершенные – и результат один и тот же.
Стоит добавить, что механизм, объясняющий квантовую запутанность, неясен до сих пор, существует лишь явление – и различные интерпретации дают свои объяснения. Так, в многомировой интерпретации квантовой механики запутанные частицы – это лишь проекции возможных состояний одной-единственной частицы в других параллельных вселенных. В транзакционной интерпретации эти частицы связывают стоячие волны времени. Для «квантовых мистиков» феномен запутанности – еще один повод рассматривать парадоксальный базис мира как способ объяснения всему непонятному, от самих элементарных частиц до человеческого сознания. Мистиков можно понять: если вдуматься, то от последствий кружится голова.
Простой опыт Клаузера–Фридмана указывает на то, что локальность физического мира в масштабе элементарных частиц может нарушаться, и сама основа реальности оказывается – к ужасу Эйнштейна – расплывчатой и неопределенной. Это не значит, что взаимодействие или информация могут передаваться мгновенно, за счет запутанности. Разнесение запутанных частиц в пространстве идет с обычной скоростью, результаты измерения случайны, и пока мы не измерим одну частицу, вторая не будет содержать никакой информации о будущем результате. С точки зрения получателя второй частицы, результат совершенно случаен. Почему же все это нас интересует?
Кажется, при разговоре о принципе неопределенности мы уронили яблоко? Поднимите его и бросьте об стену – разумеется, оно разобьется, ведь в макромире не работает еще один квантово-механический парадокс – туннелирование. При туннелировании частица способна преодолевать энергетический барьер более высокий, чем ее собственная энергия. Аналогия с яблоком и стеной, конечно, очень приблизительная, зато наглядная: туннельный эффект позволяет фотонам проникать внутрь отражающей среды, а электронам – «не замечать» тонкой пленки оксида алюминия, которая покрывает провода и вообще-то является диэлектриком.
Наша бытовая логика и законы классической физики к квантовым парадоксам не слишком-то приложимы, но они все равно работают и широко применяются в технике. Физики как будто (временно) решили: пусть мы пока не знаем до конца, как это работает, но пользу из этого можно извлечь уже сегодня. Туннельный эффект лежит в основе работы некоторых современных микрочипов – в виде туннельных диодов и транзисторов, туннельных переходов и т. д. И, конечно, нельзя забывать о сканирующих туннельных микроскопах, в которых туннелирование частиц обеспечивает наблюдение за отдельными молекулами и атомами – и даже манипуляцию ими.
В самом деле, давайте представим, что мы «квантово запутали» два яблока: если первое яблоко окажется красным, то второе обязательно зеленым, и наоборот. Мы можем отправить одно из Петербурга в Москву, сохранив их спутанное состояние, но это, казалось бы, все. Только когда в Петербурге яблоко будет измерено как красное, второе станет зеленым в Москве. До момента измерения возможности предсказать состояние яблока нет, потому что (все те же парадоксы!) самого определенного состояния они не имеют. Какой же в этом запутывании толк?.. А толк нашелся уже в 2000?х, когда Эндрю Джордан и Александр Коротков, опираясь на идеи советских физиков, нашли способ как бы «не до конца» измерять, а значит, и фиксировать состояния частиц.
Используя «слабые квантовые измерения», можно как бы взглянуть на яблоко вполглаза, мельком, стараясь угадать его цвет. Можно проделывать такое снова и снова, фактически не посмотрев на яблоко как следует, но вполне уверенно определиться с тем, что оно, например, красное, а значит, спутанное с ним яблоко в Москве будет зеленым. Это позволяет использовать спутанные частицы снова и снова, а предложенные около 10 лет назад методы позволяют хранить их, запустив бегать по кругу неопределенно долгое время. Остается унести одну из частиц подальше – и получить исключительно полезную систему.
Откровенно говоря, создается ощущение, что пользы в запутанных частицах куда больше, чем принято думать, просто наша скудная фантазия, скованная все тем же макроскопическим масштабом реальности, не позволяет придумать им настоящие применения. Впрочем, и уже существующие предложения вполне фантастичны. Так, на основе спутанных частиц можно организовать канал для квантовой телепортации, полного «считывания» квантового состояния одного объекта и «записи» его в другой, как если бы первый просто перенесся на соответствующее расстояние. Более реалистичны перспективы квантовой криптографии, алгоритмы которой обещают почти «невзламываемые» каналы связи: любое вмешательство в их работу скажется на состоянии запутанных частиц и будет тут же замечено владельцем. Тут-то на сцену и выходит китайский эксперимент QESS (Quantum Experiments at Space Scale – «Квантовые эксперименты в космическом масштабе»).
Проблема в том, что на Земле трудно создать надежную связь для разнесенных на большое расстояние запутанных частиц. Даже в самом совершенном оптоволокне, по которому идет передача фотонов, сигнал постепенно затухает, а требования к нему здесь особенно высокие. Китайские ученые даже подсчитали, что если создавать запутанные фотоны и рассылать их в две стороны с плечами длиной около 600 км – по половине расстояния от центра квантовой науки в Дэлинхе до центров в Шэньчжэне и Лицзяне, – то можно рассчитывать поймать по спутанной паре примерно за 30 тыс. лет. Иное дело космос, в глубоком вакууме которого фотоны пролетают такое расстояние, не встречая каких-либо преград. И тут на сцену выходит экспериментальный спутник Mozi («Мо-Цзы»).
На космическом орбитальном аппарате установили источник (лазер и нелинейный кристалл), каждую секунду выдававший несколько миллионов пар запутанных фотонов. С дистанции от 500 до 1700 км одни эти фотоны направлялись в наземную обсерваторию в Дэлинхе на Тибете, а вторые – в Шэньчжэне и Лицзяне на юге Китая. Как и можно было ожидать, основные потери частиц происходили в нижних слоях атмосферы, однако это лишь около 10 км пути каждого пучка фотонов. В результате же канал запутанных частиц покрыл расстояние от Тибета до юга страны – около 1200 км, а в ноябре этого года была открыта новая линия, которая соединяет провинцию Аньхой на востоке с центральной провинцией Хубэй. Пока что каналу не хватает надежности, но это уже дело техники.
В ближайшее время китайцы планируют запуск более совершенных спутников для организации таких каналов и обещают, что уже скоро мы увидим действующую квантовую связь между Пекином и Брюсселем, фактически с одного конца континента до другого. Очередной «невозможный» парадокс квантовой механики обещает очередной скачок в технологиях.
Источник
Подписка на новостой RSS-канал сайта
Получать новости сайта по почте
Контактный адрес для любых сообщений
МЕНЮ
Архив материалов
Подписка на новости
Новости криптозоологии
Хроники природных катастроф
ПОСЛЕДНИЕ НОВОСТИ
25.12.2017 - 04.02.2018 (990)
05.02.2018 - 17.03.2018 (1000)
18.03.2018 - 02.05.2018 (990)
03.05.2018 - 11.06.2018 (1000)
12.06.2018 - 18.07.2018 (990)
19.07.2018 - 24.08.2018 (1000)
25.08.2018 - 02.10.2018 (1000)
03.10.2018 - 07.11.2018 (990)
08.11.2018 - 13.12.2018 (990)
14.12.2018 - 23.01.2019 (1000)
24.01.2019 - ...
Последние аномальные новости

Военные хотят ИИ, который будет играть не по правилам

Высокоэнергетические частицы могут бомбардировать экзопланеты

Двухметровое существо вынырнуло из озера в Гуанчжоу

Женщина родила семерню

Записка из аномальной зоны вернулась к автору через 10 лет

Излучение мобильников превращает людей в зомби

Как повысить IQ с помощью музыки

Киборгизация и вечная молодость

Красный НЛО замечен у побережья Филиппин

Куда ведут таинственные следы жертв Чивруайской трагедии

Мужчина вознамерился оплодотворить 2500 женщин

Нечто кричало как банши на кукурузном поле

НЛО заметили над Нью-Джерси

Нью-Йорк начал проваливаться в Ад

Открыли инфоцентр для любителей дольменов Адыгеи

Падение НЛО сняли над Ростовом

Прорицатель назвал дату конца света

Пугающие предсмертные истории

Ребенок родился с полноценным зубом

Россияне обеспокоены природными аномалиями

Самые мистические места Украины

Сборник о призраках и полтергейстах составили в Бурятии

Собака погибшего в футболиста пришла на похороны хозяина

Странное зарево над Британией озадачило уфологов

Существо на кукурузном поле

Тайна чивруайской трагедии. У погибших не было глазниц

Тварь на кукурузном поле

Трубные звуки донеслись с неба над США

Уфологи боятся слива важной информации от Кати Лель

Фермер нашел гигантское яйцо под курицей

Использование мартингейла в торговле бинарными опционами

Казино Фараон ждет вас

Плей Фортуна - игровой зал, который невозможно обойти

Возле Стоунхенджа нашли портал в другое измерение

Добровольцев распяли на кресте для проверки подлинности Туринской плащаницы

Загадочный петроглиф нашли у Магнитогорска

Индия - родина магии

Космическая яхта Селена будет построена в России

Летающая тарелка пролетела рядом с МКС

Места посадки НЛО обнаружены в Аргентине

Названа стоимость билета на Марс

Нибиру покажется сказкой после Немезиды

Нибиру сотрет нас в пепел 23 февраля

НЛО зафиксирован в небе Турции

НЛО маскировались под звезды над Флоридой

Полиция заявила об НЛО над Австралией

Почему инопланетяне похищают экстрасенсов

Срочная новость от инопланетян

Студентка легла спать с головной болью, а проснулась мамой

Трагедия на перевале Дятлова

Третья мировая война уже близко

Что нужно человечеству, чтобы обосноваться в космосе

Шустрый НЛО пролетел над Швейцарией

Выводы шведов о гибели группы Дятлова поставили под сомнение

Живая изгородь выросла на Солнце

Жители поселка 17 лет страдают от невыносимого запаха

Забытые технологии древних цивилизаций

Загадочный зверь за зиму убил 40 коров

Зеленый метеорит снова упал в Атлантике

Зловещий дом в Резеде

Китайские академики открыли Столпы Земли

Мистическая картина Старый рыбак

На жителя Южной Каролины напала огромная черная кошка

Нехороший дом Марка Твена в Нью-Йорке

Новый ИИ напугал его разработчиков

Посланцев с Нибиру заметили на Земле

Почему мы воспринимаем только четыре измерения

Раскрыты новые угрозы от секс-роботов

Родинки как знаки судьбы

Розовый окрас неба по всей планете пугает людей

Странные звуки напугали жителей Иллинойса

Страшный дом в Балтиморе

Тайна корабля с мертвым экипажем

Без помощи инопланетного разума человечество скоро погибнет

Впервые заметили столкновение экзопланет

Вход в логово инопланетян нашли в Испании

Герои мистических историй

Главный секрет Солнечной системы не раскрыт

Жуткая паранормальщина в доме

Загадка Голиафа. Откуда пришел воин Библии

Звезда сериала Гадалка. Я осторожно отношусь к экстрасенсам

Звезды Битвы экстрасенсов вступили в борьбу с полтергейстом

Зеленая свастика появилась над Израилем

Земля погибла и теперь мы живем в Матрице

Камеры МКС периодически фиксируют НЛО

Канал Discovery съездил на перевал Дятлова для съёмок фильма

Крушение НЛО в Варжинье

Лабораторию инопланетян нашли в руинах пирамиды

Лучшие фильмы о путешествиях во времени

Микробы могут уничтожить знаменитый Мачу-Пикчу

Нечистая сила по-японски

Нечто живое ползет за марсоходом

Нибиру заставит людей потерять позитивные чувства

Нибиру спровоцировала сдвиг тектонических плит на Земле

НЛО пролетел у Ниагарского водопада

Останки загадочного животного нашли в Узбекистане

Призрак женщины ночами являлся девочке

Пришельцы начинают вторжение на Землю с России

Пришельцы рисуют круги и на снегу

Свидетельство канадца Михалака о контакте с НЛО

Сериал 'Проект Синяя книга' ищет инопланетян

Тургруппа Дятлова. Тайны и версии спустя 60 лет

У России есть галлюциногенное оружие

Купить вагинальный стимулятор по доступной цене

Полезные советы по выбору компьютерного стола

Аномальные огни над аэропортом Лиссабона

Аномальные явления в английском пабе

Атлантиду нашли у берегов Испании

Восемь крутых мест для марсианского туризма

Вычислили вероятность встретить двойника

Житель Сызрани заявил о неоднократных наблюдениях НЛО

Жительница Голландии наблюдала за двумя падающими НЛО

Зуб мегалодона нашли на Марсе

Инопланетяне неспроста отправили корабль в Розуэлл

Истребитель преследует летающую тарелку над Нью-Джерси

Какими суперсилами обладают люди

Клуб Адского Огня, практикующий оргии и человеческие жертвоприношения

Нашли пещеру с сотнями знаков-оберегов от злых духов

Необычный объект над Канадой

Нибиру тащит ненависть к Земле из тёмного прошлого Вселенной

НЛО - корабли древней земной расы

НЛО над китайской военной школой

НЛО разбился в горах Антарктиды

Нырнул в бассейн ... очнулся виртуозным музыкантом

Осетр-гигант пойман в США

Певец Юрий Лоза поддержал заявление Кати Лель об инопланетянах

Редчайшую белку-альбиноса сняли на камеру

Самые глупые и неправдивые предсказания

Скорость эволюции темной материи удивила астрономов

Собака-мутант с жутким вторым ртом

Таинственные запуски ракет

Телесюжеты о мистическом Алтае

Три НЛО над лесом в Орегоне

Шведская экспедиция отправилась к перевалу Дятлова

Этны замечены в Китае

Больная женщина родила здоровых близнецов

Впервые внедрили бионическое сердце с беспроводной зарядкой

Женщина приехала в больницу с болью в животе, а ушла с ребенком

Загадочный скелет нашли в египетской пирамиде

Землю убьет сгусток энергии, выброшенный черной дырой

Катя Лель рассказала, как выглядят инопланетяне

Корабль инопланетян пролетел возле МКС

Красноярский геолог открыл новый минерал

Кто из молодых станет супердолгожителем

Кто-то поджег небо над Екатеринбургом

Люди были созданы как хранилища данных инопланетян

Много людей верит в экстрасенсорные способности

Названа причина отупения людей

Названы самые загадочные места России

НЛО в форме пирамиды пролетел над Мехико

Ныряльщик встретил десятиметрового морского змея

Обезьяна похитила ребенка и отказалась его отдавать

Одержимая девушка заразила 13 своих подруг

Озёра жидкой воды на Церере могут существовать миллионы лет

Пациентка написала 4972 письма пластическому хирургу

Певец погрузился в тему НЛО и паранормальных явлений

Плазмоид заметили в батутном парке

Проект Mars One. Не спешите нас хоронить

Решена загадка продления жизни сном

Россия показала уникальный розовый бриллиант

Серия фильмов о Гарри Поттере получит продолжение

Солнечное гало в Британской Колумбии

Счастливые числа покойного отца принесли выигрыш в лотерее

Тайна гибели группы Дятлова. Есть одна правдоподобная версия

Телепортация в китайской провинции Цзилинь

Игровые автоматы казино Super-Slots

Близится конец света. Рухнул священный Мамврийский дуб

Болид пролетел над Кемерово

В Африке впервые за 100 лет запечатлели черного леопарда

ВВС США намерены оснастить истребители лазерным оружием

Вспышки света и странный гул в районе Сиэтла

Выдвинута основная версия гибели группы Дятлова

Дата 14 февраля 2019 года станет роковой для человечества

Девушка влюбилась в зомби-куклу

Жуткие облака над Этной предвещают Апокалипсис

Загадочный Канделябр Паракаса

ИИ поможет определять гостиничные номера, в которых укрывают детей

ИИ продемонстрировал ту же точность, что и опытные врачи

Искусственному интеллекту доверят бороться с Россией

Магазин продает детские скелеты, части тел и куски плоти

Мегалиты Европы берут начало из одного региона

НЛО устроили световое шоу над Манхэттеном

Новые подробности в деле о трагедии группы Дятлова

Озеро на Марсе указало на вулканическую активность

Подтвердили падение метеорита на Кубани

Почему молчат инопланетяне

Подписка на новости сайта
Наверх
Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика