Удивительная физика. Магия, из которой состоит мир

Много лет назад, когда я читал в «Ткани космоса» о запутанности в парах элементарных частиц, я думал, что это свойство возможно только в микроскопическом мире. Мне и в голову не могло прийти, что в один прекрасный день мы увидим его проявления в нашей срединной области, в кусках вещества, которые можно взять в руку (пусть и в перчатке с очень хорошей изоляцией). Представьте себе целые состояния вещества, определенные через запутывание. В некотором смысле связь между запутыванием и топологией можно назвать естественной: при заплетании одного эниона вокруг другого не важно, на каком расстоянии друг от друга они находятся: важно лишь, чтобы траектория образовала замкнутую петлю. Когда запутывание влияет на стеклянные шарики в башнях, не важно, на каком расстоянии друг от друга находятся эти башни: однажды установленные связи сохраняются независимо от пространства и времени.

Пути вперед

Топологические исследования материи образуют теперь огромную независимую научную область, находящуюся на переднем крае физики конденсированного состояния. Возможность создания масштабируемых квантовых компьютеров – лишь один из побудительных мотивов этой деятельности. Хотя первое предположение о существовании энионов было высказано еще в 1977 году, впервые наблюдать их в не вызывающем сомнений эксперименте удалось лишь в то время, когда я писал эту книгу. В этих экспериментах, проведенных в 2020 году, впервые непосредственно наблюдалось и основополагающее свойство энионов – их преобразования при переплетении[106]. С другой стороны, может оказаться, что пути, которые приведут нас к масштабируемым квантовым компьютерам, вообще не затрагивают топологии. Исследуются многочисленные другие варианты, в том числе инженерные и теоретические подходы. На сегодня ведущее место среди конкурирующих вариантов занимает альтернативный путь, в разработке которого принимал участие Алексей Китаев, под названием «дистилляции в магическом состоянии»[107]. Многие пути к квантовым компьютерам могут быть параллельными, и разные подходы могут дополнять друг друга. Каким бы ни оказался правильный путь, мне кажется, что мы вскоре доберемся до цели. Небольшие квантовые компьютеры, содержащие по нескольку кубитов, уже вполне доступны для использования онлайн. Вы можете буквально создавать свои собственные квантовые суперпозиции и запутывания: вы можете, не покидая уютного дома, писать и запускать свои собственные квантовые алгоритмы, обмениваясь информацией с экспериментальными лабораториями по всему миру через интернет. Могущество микроскопического мира уже пришло в срединную область.

Замкнем петлю, вернувшись к нашему исходному вопросу: откуда берется мощность квантовых компьютеров? Одна из интерпретаций ссылается на мультивселенную Дойча, но есть и множество других версий. Не вызывает разногласий лишь одно утверждение: что их мощность происходит из того же источника за пределами классического мира, из которого черпает свое могущество квантовая механика; оттуда, куда уходит Луна, когда на нее никто не смотрит.

Сейчас квантовая механика провозглашает конец закона Мура и тех ограничений, которые он налагает на рост классических компьютеров. В недалеком будущем мы научимся работать с квантовой механикой, высвобождая силы, превосходящие классические пределы. Но этим мы не избавимся от бесконечно продолжающегося роста: роста, невозможного во Вселенной с ограниченными ресурсами. Если мы хотим выжить в отдаленном будущем, мы должны стремиться не к нему, а к равновесию.

VIII В поисках философского камня