В поисках кота Шредингера. Квантовая физика и реальность

Сразу после выхода в свет первого издания книги «В поисках кота Шрёдингера» Джона Белла спросили, считает ли он, что эксперимент Аспе стал «окончательной» экспериментальной проверкой квантовой реальности. Он ответил:

Думаю, нет. Это очень важный эксперимент, и, возможно, он знаменует собой тот момент, когда каждому стоит остановиться и на минутку задуматься, но я точно надеюсь, что это еще не конец.[86]

Именно почувствовав, что этот эксперимент «знаменует собой момент, когда каждому стоит остановиться и на минутку задуматься», я написал свою книгу. Но куда нас привела еще четверть века раздумий и экспериментов?

Самым важным шагом в размышлениях о квантовой реальности стало превращение многомировой интерпретации из «пользующегося уважением взгляда меньшинства» в главенствующую позицию, с которой знакомы все физики. В конце 1980-х и в 1990-х идею подтолкнули космологи, включая знаменитого Стивена Хокинга, которые не смогли найти способа «редуцировать волновую функцию Вселенной» и были вынуждены принять многомировую альтернативу. Но космология – весьма эзотерическая дисциплина, а настоящей причиной возрождения многомировой интерпретации стало развитие квантовых вычислений и, в частности, работа оксфордского физика Дэвида Дойча.

Я подробно описал это в своей книге «В поисках мультивселенной» (Allen Lane, 2009), но вкратце можно сказать, что квантовый компьютер – это компьютер, в котором «переключатели» в блоках памяти («битах») не только могут принимать положение «1» и «0», как в компьютере, который я использую, чтобы писать эти слова, но могут также существовать – в соответствии с Копенгагенской интерпретацией, – как кот Шрёдингера, в суперпозиции состояний, будучи и «0», и «1» одновременно. С практической точки зрения это означает, что эффективная разрядность такого компьютера равняется не количеству переключателей, а числу 2, возведенному в степень, равную количеству переключателей. Таким образом 4-битный квантовый компьютер ведет себя, как классический компьютер с 16 битами – и так далее. Всего 10 квантовых битов (или кубитов) достаточно, чтобы компьютер обладал той же мощностью, что и классический компьютер с 2¹⁰

бит, то есть с одним килобитом.

Еще в 1985 году Дойч теоретически доказал, что квантовые компьютеры в принципе смогут совершать расчеты, которые не под силу обычным компьютерам. Но в то время у экспериментаторов не было возможности сконструировать такой компьютер. Поразительно, что, несмотря на практические сложности, в начале XXI века команда из Исследовательского центра IBM в Амальдене совершила прорыв, создав рабочий квантовый компьютер с 7-кубитным процессором, что эквивалентно 128 битам, а сейчас работать начали и несколько большие квантовые компьютеры. Квантовые вычисления явно работают. Но как – а точнее, где

– они работают?

Экспериментаторы не переживают на этот счет. Но Дойч сделал важные выводы из успеха квантовых вычислений. В обычных компьютерах 8 бит называются байтом, и это обычная единица измерения компьютерной памяти. «Хранилище» (которое обычно называют регистром) из 8 кубитов может одновременно вместить в себя 256 чисел. Единственное разумное объяснение этому, по словам Дойча, заключается в том, что «суперпозиция» на самом деле дает 256 разных компьютеров, находящихся в 256 различных «параллельных вселенных». Если бы у нас был квантовый компьютер, содержащий всего 100 кубитов, он был бы эквивалентен 1267 миллиардам миллиардов миллиардов обычных компьютеров, работающих в 1267 миллиардах миллиардов миллиардов вселенных. Тот факт, что квантовый компьютер работает, доказывает, что многие миры существуют. И это привело Дойча к развитию вариации на тему многомировой интерпретации, которая дает нам новое понимание квантовой реальности.

Люди вроде Хью Эверетта размышляли о многих мирах с позиции их разделения. В соответствии с их представлением, когда проводится эксперимент с котом, вся Вселенная делится на две ветви, на одной из которых кот умер, а на другой – остался жив. Но Дойч утверждает, что обе версии реальности существуют «всегда». Всегда было две вселенные, которые ничем не отличались до момента проведения эксперимента и стали различаться после него. В одной вселенной кот умирает, в другой вселенной кот продолжает жить, но разделения при этом не возникает. Подобные идеи с середины 1980-х годов развивал и другой оксфордский физик Джулиан Барбур, который предложил занимательный взгляд на то, что это означает для нашего понимания природы времени. Но это совсем другая история.