К самым потрясающим явлениям в необычном мире кванта относится феномен так называемой запутанности (
Это очень похоже на утверждение Мальбранша и Лейбница о том, что ментальные и материальные события происходят параллельно, сохраняя между собой строгое соответствие и не имея при этом ни малейшего физического контакта. Что же представляет собой запутанность?
Вообразите, что перед вами стоит маг и собирается осуществить уникальное, невероятное действие. Для этого ему понадобится лишь пара игральных кубиков. Но эти кубики наделены волшебным свойством: они обладают таинственной связью. Один из них находится в Нью-Йорке, у вас, а другой – у вашего друга в Лондоне. Фокус состоит в следующем. У обоих кубиков шесть сторон. Если у вас в Нью-Йорке выпадет шестерка, то у вашего друга в Лондоне, бросившего кубик одновременно с вами, верхней стороной тоже окажется шесть. Если же вы наугад бросите еще раз и выпадет три, то другой кубик снова ляжет такой же стороной – тройкой. Каждый раз, когда вы наудачу кидаете кости, оба кубика поворачиваются одинаковой стороной. Говоря языком современной физики, их квантовые состояния взаимозависимы. Не имеет значения, какое расстояние их разделяет, – строгое соответствие между поведением первого и второго кубиков всегда сохранится.
А теперь представьте две частицы, например два фотона. Они находятся в запутанном состоянии[196]
(помните про волшебные свойства игральных кубиков). Эти два фотона запускаются в пространство из одной точки, но в противоположных направлениях. На их пути есть два детектора, установленные на одинаковом расстоянии от точки запуска. Детекторы нужны, чтобы узнать свойство частиц – спин. Спин, если объяснить по-простому, это вращение частицы по отношению к определенной оси (ось может быть направлена горизонтально, вертикально или под наклоном). Если бы фотон был нашей планетой, то спин стал бы той характеристикой, которая определяет ее вращение вокруг слегка наклонной вертикальной оси. Понять нетрудно. Теперь продолжим описание нашего эксперимента. Запустим фотоны в противоположных направлениях и зарегистрируем с помощью датчиков данные этих призрачных частиц. Если пара фотонов находятся в запутанном состоянии (магическое свойство кубиков), то оба спина окажутся согласованы. Так и происходит на самом деле. Когда мы замеряем спин одного фотона с помощью детектора, это обязывает спин второй частицы демонстрировать такие же показатели. Эйнштейн назвал это призрачным действием на расстоянии.Если все понятно, мы можем перейти к следующему пункту. Ведь квантовая запутанность открывает перед нами перспективу еще более волшебного действия – квантовой телепортации.
Квантовая телепортация
Представьте, что вы смогли перепрыгнуть на 1000 лет вперед. Вы стоите в Лос-Анджелесе в 3015 году, а через пару часов у вас важная встреча в Лондоне, с другой стороны Атлантического океана. Вы торопитесь к недавно запущенному терминалу, показываете билет, и вас пропускают в закрытую зону. Там вы входите в специальную камеру и ждете несколько секунд. Считывающее устройство быстро сканирует ваше тело и полностью извлекает составляющую его информацию. Если перевести на язык современной физики, устройство считывает квантовое состояние всех ваших частиц. Данные отправляются напрямую в Лондон. Всего несколько мгновений, и ваша копия воспроизводится на принимающей станции на основании совокупности информации, полученной минутой ранее. Ваше сознание ненадолго приглушается, а затем – о чудо! – вы стоите в Лондоне и готовы присутствовать на запланированном собрании. Не важно, что ваше первоначальное тело было дематериализовано, превращено в энергию, а потом снова материализовано на принимающей станции. Не имеет значения, что с помощью пересланной информации мы создали новое тело, точную реплику оригинального образца, из атомов и молекул, обнаруженных в месте назначения. Пусть это описание похоже на сцену из научной фантастики, но передача фундаментальной частицы посредством телепортации уже перешла из разряда чудес в реальность. Более того, телепортация фундаментальных частиц, например фотонов, сегодня происходит совершенно обыденно. Но получится ли когда-нибудь телепортировать большие предметы, например тарелку, цветок или даже человека?