Нобелевскую премию по физике разделили француз Ален Аспет, американец Джон Клаузер и австриец Антон Цайлингер — ее присудили за исследования в области квантовой механики, экспериментально доказавшие, что даже великий Эйнштейн может ошибаться.
Как сказано в решении Нобелевского комитета, в этом году высшая награда научного мира по физике присуждена «за эксперименты с запутанными фотонами, установившие нарушение неравенств Белла и положившие начало квантовой информатике».
На практике открытия новоиспеченных лауреатов подарили миру прототип квантового компьютера, считающего в сотни раз быстрее самых мощных цифровых чипов, и позволяющего шифровать информацию так, что у привычных нам вычислительных устройств на подбор ключа уйдут тысячелетия.
Перчатки Эйнштейна
Квантовая механика изучает, как привычное нам вещество ведет себя на уровне элементарных частиц. А там с материей происходят вещи настолько удивительные и непостижимые, что даже у самых именитых экспертов в этой области отказывает воображение.
В отличие от привычной нам физики, в квантовом мире определенность уступает место вероятности — и вообще ничего нельзя утверждать наверняка.
Помните знаменитого кота Шредингера — который в квантовом мире оказывается и жив, и мертв одновременно? Его австрийский физик придумал, как раз чтобы показать всю абсурдность и непостижимость происходящих там процессов.
Великий Ландау как-то сказал, что происходящие в квантовом мире чудеса можно описать языком математики и даже найти им практическое применение — но вот представить себе, как это работает, не под силу даже самым светлым умам.
Дело в том, что квантовые частицы могут одновременно находиться сразу в нескольких состояниях, которые в привычном нам мире полностью исключают друг друга. Например, электрон не вращается вокруг ядра атома (как мы привыкли думать еще со школьного курса физики), а находится сразу во всех точках орбиты одновременно — просто с разной вероятностью.
Но самое загадочное и необъяснимое явление этого удивительного микромира — как раз феномен квантовой запутанности. Это когда две элементарные частицы, имеющие одно происхождение, оказываются не просто связаны между собой (каким-то совершенно необъяснимым способом), но еще и взаимозависимы.
Проще говоря, запутанные частицы могут словно «общаться» между собой и влиять друг на друга — даже если между ними сотни и тысячи километров. Так что, узнав состояние одной частицы, можно с абсолютной уверенностью предсказать состояние другой.
Квантовые частицы могут одновременно находиться сразу в нескольких состояниях, которые в привычном нам мире полностью исключают друг друга
Чтобы понять, о чем речь, представьте, что у вас есть две игральные кости, которые в сумме всегда дают семь. Вы потрясли их в стакане и одну кость бросили за спину, а другую — перед собой и накрыли ладонью. Подняв руку, вы увидели, что выбросили, скажем, пятерку — и теперь можете с уверенностью утверждать, что вторая кость, у вас за спиной, выпала кверху двойкой. Ведь сумма двух чисел должна быть равна семи.
Альберт Эйнштейн до конца жизни отказывался верить в саму возможность такой взаимосвязи. Он был убежден, что на самом деле никакой информацией частицы не обмениваются, просто мы чего-то о них знаем. Квантовую запутанность он сравнивал с парой перчаток: если случайным образом разложить их в два непрозрачных пакета, а потом разнести на какое угодно расстояние, то, открыв один и них, содержимое второго тоже можно с уверенностью предсказать — не значит же это, что перчатки общаются друг с другом!
Однако уже после смерти Эйнштейна было доказано, что необъяснимая связь все же существует на самом деле. И это совсем не мешает использовать ее на практике.
Так была изобретена квантовая телепортация, о которой Русская служба Би-би-си уже рассказывала подробно. Одним из экспертов в этом тексте выступал Антон Цайлингер, новоиспеченный нобелевский лауреат.
«Эта премия вдохновит молодежь. Премия была бы невозможна без более чем 100 молодых людей, которые работали со мной на протяжении многих лет», — сказал Антон Цайлингер, один из трех нобелевских лауреатов по физике 2022 года
Использованные источники: