Нобелевская премия по физике 2022 года присуждена трём учёным за новаторские эксперименты с запутанными фотонами, устанавливающие нарушение неравенств Белла.
Квантовую механику очень сложно описывать простыми словами, потому что на интуитивном уровне понять её невозможно. С одной стороны, это чрезвычайно успешная теория, дающая прогнозы непревзойдённой точности. С другой, как и сказано выше, интуитивно её понять вряд ли получится: согласно квантовой механике, свет является одновременно частицей и волной, кошки могут быть мёртвыми и живыми в одно и то же время, а объекты на противоположных концах галактики запутаны так, что воздействие на один из них приводит к мгновенному изменению второго.
В отличие от понятных нам физических законов, когда с помощью уравнений мы можем предсказывать поведение исследуемых объектов, в квантовой механике предсказывать можно только вероятность чего-либо с той или иной точностью.
К примеру, вероятность обнаружения субатомных частиц в том или ином месте, тогда как эта частица фактически находится в нескольких местах одновременно до момента измерения её положения. Да, запутанно. О том и речь.
Эйнштейн был уверен, что должны существовать какие-то «скрытые переменные» — силы или законы, которые мы не можем зафиксировать, — но которые предсказуемо влияют на результаты наших измерений.
Ещё в 1964 году Джон Белл, физик из Северной Ирландии, совершил важный прорыв, разработав мысленный эксперимент, чтобы показать, что скрытых переменных, которые имел в виду Эйнштейн, не существует.
Если бы квантовую запутанность можно было объяснить частицами, взаимодействующими друг с другом на огромном расстоянии через скрытые переменные, это потребовало бы сверхсветовой связи между ними, что, как мы знаем, невозможно.
Если кратко, то Белл представил, как проводит эксперименты с двумя запутанными фотонами по отдельности и сравнивает их результаты, чтобы доказать, что они были запутаны. Правда, существовало несколько лазеек, которые позволяли объяснить результаты без запутанности.
Всего через восемь лет после знаменитого мысленного эксперимента Белла, в 1972 году, Джон Клаузер, один из нынешних лауреатов, показал, что свет действительно может быть запутан.
Ален Аспект, ещё один лауреат этой Нобелевской премии по физике, придумал гениальный эксперимент, чтобы исключить одну из самых важных потенциальных лазеек в тесте Белла. Он показал, что фотоны в эксперименте на самом деле не взаимодействуют друг с другом через скрытые переменные, то есть они действительно запутаны.
Для чего это всё нужно?
Казалось бы, какая разница, как ведёт себя микроскопический мир, или что фотоны могут быть запутаны? С ответом на этот вопрос приходит третий лауреат премии этого года Антон Цайлингер.
Когда-то с помощью классической механики люди начали создавать машины и заводы, что привело к промышленной революции. Развитие электроники и полупроводников привело к цифровой революции. Так вот понимание квантовой механики позволит нам использовать её для создания новых устройств, которые приведут нас к следующей, квантовой технологической революции. Путь к этой революции и проложила работа Цайлингера, в рамках которой впервые была осуществлена квантовая телепортация с использованием фотонов, показав, как можно связать ряд запутанных систем вместе, чтобы построить квантовый эквивалент сети.
В конечном счете, Нобелевская комиссия 2022 года признала важность практических основ создания, управления и тестирования квантовой запутанности и революции, которой она способствует. Ну а помимо прочего, это тот случай, когда Эйнштейн, судя по всему, оказался не прав, ведь, вероятнее всего, нет никаких скрытых сил и законов, которые позволяли бы связываться запутанным объектам на сверхсветовой скорости.
Подписывайтесь на каналы в Telegram и ВК и делитесь статьёй с друзьями.