Премия за запутанность
Как объяснить квантовые явления с помощью носков
Лауреатами Нобелевской премии по физике за 2022 год стали француз Ален Аспе, американец Джон Клаузер и австрийский ученый Антон Цайлингер. Премия присуждена за исследования в области квантовой запутанности, за «эксперименты с запутанными фотонами, исследование нарушений неравенств Белла и работы по квантовой информатике».
Фото: Reuters
Фото: Reuters
Интересна сама история возникновения этой области физики. В 1935 году Альберт Эйнштейн и два его соавтора опубликовали статью с критикой только что возникшей квантовой механики. Там был приведен парадоксальный, как казалось авторам, мысленный эксперимент, опровергающий квантовую механику (описание этого эксперимента несложно найти во многих источниках). Квантовая механика так до сих пор и не опровергнута, а с этой статьи начались сначала теория, а затем и эксперимент в области запутанности.
Упомянутые в решении Нобелевского комитета неравенства Белла (Белла—Клаузера—Хорна—Шимони—Хольта) позволяют экспериментально определить, есть ли эта запутанность. На 4 октября 2022 года ответ — есть.
Запутанность трудно поддается популяризации, поскольку это сугубо квантовое явление и ее невозможно объяснить на повседневном языке. Точное определение такое: две подсистемы запутаны, если матрица плотности полной системы не может быть представлена в виде суммы прямых произведений матриц плотности подсистем с весовыми коэффициентами. Если вам это ничего не говорит, тогда лучше пример с носками. Когда вы утром надеваете носок на правую ногу, второй носок, где бы он ни находился, мгновенно становится левым. Но, конечно, хорошо, чтобы носки тоже были квантовыми.
Здесь важно еще вот что, о чем не забыл упомянуть Нобелевский комитет. Интерес к запутанности обусловлен не столько тем, что это непривычное, нетривиальное и красивое явление, сколько ее эффективными применениями в алгоритмах шифрования и в построении защищенных информационных каналов.