Итак, официально достижение международной троицы звучит, как «Эксперименты с запутанными фотонами, установление нарушений неравенств Белла и новаторство в квантовой информатике».
Для того, чтобы понять, о чем идет речь, разберемся сначала с тем, что же такое квантовый мир и почему в нем иногда происходит какая-то запутанность. Сразу оговоримся, что речь идет об эффектах, которые скрыты от нас, – они происходят только в микромире - в мире квантовых явлений.
Само понятие «запутывание» ввел еще в 1935 году Эрвин Шредингер. Однако широко использоваться оно стало только с появлением первых систем квантовой связи и прототипов квантовых компьютеров.
Чтобы частицы стали связанными, или запутанными, они должны были когда-то провзаимодействовать. Например, они могли образоваться в результате распада одной частицы. Даже если их после этого взаимодействия разнести на любое расстояние, изменение одной частицы мгновенно, быстрее скорости света, повлечет за собой изменение другой.
Эйнштейн не соглашался с квантовой теорией. По его мнению, весь мир должен был подчиняться классической физике, а значит, ничто не должно превышать скорости света. Посему мгновенное изменение состояния частицы, удаленной на сотни или тысячи километров только из-за случайной запутанности просто невозможно.
– Великий ученый полагал, что для выстраивания логической картины, объясняющей изменения частиц, должны существовать какие-то скрытые законы, переменные, о которых ученые пока не знают, – поясняет Руслан Юнусов. – Если мы обратимся к истории, то вспомним известные слова Альберта Эйнштейна, касающиеся квантового парадокса: «Бог не играет в кости». На это Нильс Бор, сторонник квантовой механики, ответил ему: «Эйнштейн, перестань указывать Богу, что он должен делать со своими игральными костями!». Этот спор в 60-х годах был переформулирован на язык эксперимента британским теоретиком Джоном Беллом. Согласно его теории, проверить наличие или отсутствие скрытых механизмов квантовой запутанности, можно было при помощи специальной формулы (она названа неравенством Белла), которая определяет, носят ли предсказания квантовой механики вероятностный характер на фундаментальном уровне, или же могут быть объяснены наличием каких-либо неизвестных (скрытых) параметров.
И вот тут мы подходим к нашим нобелевским лауреатам, в частности Джону Клаузеру и Алану Аспе, которые уже в 80-е годы развили теорию Джона Белла и экспериментально доказали, что запутываться частицам никто и ничто не помогает, – случайные взаимодействия носят именно фундаментальный характер.
Это мощное доказательство того, что законы квантовой физики, противоречащие законам классической физики, работают, и в том далеком споре двух теоретиков-гигантов оказался прав именно Бор.
Ален Аспе не раз приезжал к нам, в Россию, читал лекции по поводу своих экспериментов, я с ним лично знаком.
Что касается Антона Цайлингера, то он стал одним из первых, кто перенес понятие запутанности в самое практическое русло. Его группа в 1997 году впервые продемонстрировала возможность квантовой телепортации — то есть изменение квантового состояния частицы из запутанной пары при изменении состояния другой, находящейся от нее на расстоянии. Одна из главных сфер применения квантовой телепортации — это так называемая квантовая криптография, которая лежит в основе архитектуры абсолютно защищенных систем связи. Идея этой технологии заключается в том, что одиночный фотон невозможно клонировать. Следовательно, мы можем передавать информацию в этом одиночном фотоне, и никто не сможет ее продублировать, а при попытке сделать это состояние фотона немедленно изменится или разрушится. Сейчас разработка квантовых линий связи ведется во всем мире, в том числе и у нас в России.
Пользуясь случаем, поздравляю всех лауреатов.