Квантовото за(раз)плитане

Макар че в квантовата механика остават много неизвестни, пионерът на квантовата телепортация Антон Цайлингер доказва, че това явление за фотоните е добре изучено и разбрано от учените. То дава надежда както за практическо прилагане на квантовата механика (компютри, криптография и т.н.), така и за пълно разбиране на този раздел от теоретичната физика.

Антон Цайлингер е австрийски физик, който първи започва да провежда експерименти по квантова телепортация и е измислил този термин. Цайлингер развива темата и става първият, поставил точка под нея, или поне за такива частици като фотоните. В последния брой на сп. Nature оглавяваният от него екип от Виенския университет публикува статия, в която се твърди, че изследователите са успели да попълнят много важен пропуск, който отдавна не дава покой на експериментаторите, работещи в тази насока.

Терминът „квантова телепортация” звучи прекалено провокативно и вероятно затова днес този ефект е прието да се нарича по-неутрално – квантово заплитане (entanglement). Самият ефект е измислен още от Алберт Айнщайн, който се опитвал да докаже на Нилс Бор абсурдността на квантовата механика. Всичко се свежда до факта, че ако две частици (например фотони), чиито квантови състояния са свързани помежду си, се разделят на колкото може по-далечно разстояние, то променяйки състоянието на едната от тях, можем да променим състоянието и на другата.

До края на ХХ век този ефект не е проверяван експериментално. С това се заел екипът на Цайлингер, работещ тогава в университета в Инсбрук. Неговата работа предизвикала цяла вълна експерименти с квантово заплитане и основно това били работи по увеличаване на разстоянието между „заплетените” частици – от сантиметри до километри. Сега Цайлингер показва, че предпочита да бъде там, където не е стъпвал кракът на негови колеги. Той се е заел със съвсем друг аспект на квантовото заплитане.

Всички експерименти по квантово заплитане, проведени в последните три десетилетия, са оставили открита възможността частиците, въвлечени в експеримента, да могат да се държат по класически начин. По-точно противниците на квантовомеханичното (и абсурдно от гледна точка на здравомислието) поведение на частиците твърдели: „Ако дори малка част от фотоните, въвлечени в експеримента, демонстрират ефекта квантово заплитане, то целият им ансамбъл като цяло, включващ фотоните, които са избегнали участта да бъдат измерени, могат да се държат класически, засенчвайки квантовия ефект.”

Ако беше така наистина, то, първо, светът щеше да изглежда още по-странен от света на квантовата механика, а главното – под въпрос щеше да се окаже бъдещото практическо приложение на ефекта на заплитането, като например квантовата криптография, която позволява да се създават системи, защитени от подслушване.

За да сложи точка на този въпрос и да докаже, че ако една двойка фотони обменя информация на разстояние, то точно по същия начин ще обменят информация и другите, екипът на Цайлингер в сътрудничество с Националния институт по стандарти и технологии в САЩ, Физико-техническия национален институт в Германия и Института „Макс Планк” (квантова оптика) са създали експериментална инсталация с високоефективен източник на фотонни двойки и най-чувствителните в света фотонни детектори. Учените твърдят, че с подобна апаратура не разполага нито една лаборатория в света. С нейна помощ те успели да измерят за първи път всички двойки фотони, участващи в експеримента.

„Нашите фотони просто нямаха шанс да избягат от измерване”, казва Цайлингер. Както се и очаквало, всички тези фотони послушно демонстрирали ефекта на квантово заплитане. Квантовият свят не се сгромолясал и не станал още по-странен.

Източник: Газета.ru