Ткань космоса. Пространство, время и текстура реальности

В 1997 г. сразу две группы — группа физиков под руководством Антона Цайлингера, работавшего тогда в университете Инсбрука, и другая группа под руководством А. Франческо Де Мартини из университета Рима^{195} — осуществили первую успешную телепортацию одного фотона. В обоих экспериментах начальный фотон в определённом квантовом состоянии был телепортирован на короткое расстояние в пределах лаборатории, но есть все основания полагать, что использованные методики сработают на любом расстоянии. Каждая группа использовала метод, основанный на теоретических соображениях, приведённых в 1993 г. группой физиков — Чарльзом Беннетом из Исследовательского центра IBM имени Томаса Ватсона; Жилем Брассаром, Клодом Крепо и Ричардом Джозой из университета Монреаля; израильским физиком Ашером Пересом и Вильямом Вуттерсом из Вильямсовского колледжа, — которые опирались на квантовое запутывание (глава 4).

Вспомним, что две запутанные частицы, скажем, два фотона, имеют необычную тесную взаимосвязь. Хотя каждая из таких частиц лишь с некоторой вероятностью имеет тот или иной спин и хотя при измерении каждая из частиц случайным образом «выбирает» конкретное значение спина, но каким бы ни был «выбор» одной частицы, вторая тотчас же делает тот же «выбор», невзирая на расстояние между частицами. В главе 4 мы уяснили, что невозможно использовать запутанные частицы для посылки сообщения из одного места в другое со скоростью, превышающей скорость света. Если последовательность пар запутанных фотонов измерить в далеко отдалённых друг от друга местах, то данные, снятые с каждого детектора, будут случайным набором величин (в котором частота получения того или иного результата согласуется с волной вероятности частиц). Запутывание станет явным лишь при сравнении двух наборов данных, когда обнаружится, что эти наборы идентичны. Но для сравнения требуется какая-либо обычная связь со скоростью, меньшей скорости света. А поскольку до проведения сравнения никак невозможно обнаружить запутывание, то невозможно послать сигнал со скоростью, превышающей скорость света.

Тем не менее, хотя запутывание невозможно использовать для сверхсветовых сообщений, но остаётся стойкое ощущение, что дальнодействующие корреляции между частицами столь странны, что их можно как-то использовать для чего-то экстраординарного. В 1993 г. Беннет со своими сотрудниками обнаружил одну такую возможность. Они показали, что квантовое запутывание можно использовать для квантовой телепортации. Вы не сможете послать сигнал со скоростью, превосходящей скорость света, но если вы собираетесь осуществить телепортацию частицы со скоростью, меньшей скорости света, то квантовое запутывание — то, что нужно.

И осуществить это можно весьма оригинальным способом. Вот как это делается.

Представим, что я хочу телепортировать конкретный фотон — назовём его фотоном A — из своего дома в Нью-Йорке своему другу Николасу в Лондон. Ради простоты проследим только за спином фотона — посмотрим, как можно точно телепортировать квантовое состояние спина фотона, т. е. как Николасу получить фотон с тем же распределением вероятности спина по осям, как и у моего фотона A.

Я не могу просто измерить спин фотона A, а затем позвонить Николасу и сказать, что ему сделать со своим фотоном, чтобы его спин соответствовал моим наблюдениям; на результат, который я получил, оказало бы влияние проведённое мной измерение, и поэтому он не будет отражать истинное состояние фотона A до измерения. Так что же делать? Выход предлагает Беннетт со своими коллегами: прежде всего, нам с Николасом надо иметь по дополнительному фотону (назовём их фотонами B

и C), которые составляют вместе пару запутанных фотонов. Не важно, как мы добудем такие фотоны. Просто допустим, что мы с Николасом уверены в том, что хотя нас разделяет Атлантический океан, но если я измерю спин своего фотона B относительно одной из осей, а Николас — спин своего фотона C относительно той же оси, то наши результаты совпадут.

Затем, согласно Беннетту с сотрудниками, не следует напрямую измерять спин фотона

A (того фотона, который я собираюсь телепортировать), поскольку это обернётся слишком сильным вмешательством. Вместо этого мне следует измерить некую совместную характеристику фотонов A и B. Например, квантовая теория позволяет мне определить, обладают ли фотоны A

и B одинаковым спином относительно вертикальной оси, не измеряя спин каждого фотона по отдельности. Аналогично, квантовая теория позволяет определить, обладают ли фотоны A и B одинаковым спином относительно горизонтальной оси, не измеряя спин каждого фотона по отдельности. Выполнив такое совместное измерение, я не узнаю спин фотона A, но зато узнаю, как спин фотона A связан со спином фотона B. Это важная информация, и вот почему.