Олег Фейгин - Тайны квантового мира: О парадоксальности пространства и времени

«С незапамятных времен человека волнует вопрос о свободе его воли и мысли: почему в известных обстоятельствах он подумал или поступил именно так, а не иначе. Всегда ли можно предвидеть его собственные поступки, поведение врага или друга заранее?

В древнегреческих трагедиях людьми правил неотвратимый рок. Не только то, что случилось с героями под влиянием внешних причин, но и сами их действия были заранее предопределены.

Однако человеческая мысль искала и других решений вопроса. О свободе воли немало спорили богословы. Не все их споры были совсем бессодержательны: дело ведь отчасти шло об ответственности людей за свои поступки.

Мыслители нерелигиозного толка тоже раздумывали над смыслом предопределения. Крайнюю точку зрения выразил Лаплас. Он утверждал, что в принципе все происходящее во Вселенной может быть записано в виде единого уравнения. То, что решение мирового уравнения неизвестно, связано только с ограниченностью наших измерительных и математических средств. Но Лаплас едва ли сомневался в объективной действительности всего существующего. Следовательно, он верил в непреложный закон, управляющий человеком. Непознанный закон оставался столь же неотвратимым, как „рок“ у греков. С этим не может примириться сознание современного человека, как бы ни был велик научный авторитет Лапласа или любого другого крайнего выразителя идеи механического детерминизма».

Как же можно практически использовать новые возможности квантовых каналов передачи информации? Давайте обратимся к оригинальному отрывку из книги известного американского физика Брайана Р. Грина«Ткань космоса: Пространство, время и структура реальности». В нем рассказывается, как герои телесериала «Секретные материалы» Малдер и Скалли получают странные одинаковые посылки инопланетного происхождения, в которых «находятся маленькие, защищенные от света титановые коробочки, пронумерованные от 1 до 1000, и письмо… письмо говорит, что каждая титановая коробочка содержит инопланетную сферу, которая сверкнет красным или синим в момент, когда будет открыта маленькая дверца на боку коробочки».

Далее Малдер разъясняет Скалли:

«Письмо говорит, что до того, как любая данная коробочка будет открыта, сфера имеет возможность сверкнуть или красным, или синим, и она делает выбор между двумя цветами в момент открытия дверки хаотически. Но здесь есть странная часть. Письмо говорит, что хотя твои коробочки работают точно таким же образом, как и мои, — хотя сферы внутри каждой из наших коробочек и выбирают хаотично между красным и синим сверканиями, — наши коробочки неким образом работают в тандеме. Письмо утверждает, что имеется таинственная связь, так что, если будет синяя вспышка, когда я открою мою коробочку 1, ты также обнаружишь синюю вспышку, когда ты откроешь твою коробочку 1; если я увижу красную вспышку, когда я открою коробочку 2, ты тоже увидишь красную вспышку в твоей коробочке 2 — и так далее» .

Квантовый компьютер

Квантовый компьютер — это физическое устройство, предназначенное для выполнения логических операций с помощью специально преобразованных квантовых состояний. Схематично работу квантового компьютера можно представить в виде следующего последовательного алгоритма: «ЗАПИСЬ» — подготовка начального состояния; «ВЫЧИСЛЕНИЕ» — преобразование начального состояния по специальной процедуре; «ВЫВОД» — детектирование результата измерения проецированного конечного состояния.

Единица информации

Информационная единица классических компьютеров — бит может иметь одно из двух состояний: 0 или 1; абстрактно бит можно представить стрелкой, направленной вверх или вниз.

Измерение квантовой информации

В микромире информация может измеряться с помощью особых единиц — квантовых битов — кубитов, которые имеют большое количество возможных состояний. Эти состояния можно представить стрелкой, указывающей на точку сферы. Северный полюс сферы эквивалентен 1, а южный — 0. Другие положения соответствуют квантовым суперпозициям 0 и 1. В общем, это стандартное представление для бита информации, имеющего единичное или нулевое значение, но с учетом вероятностного характера взаимодействующих квантовых подсистем.

Итак, Скалли и Малдер решительно открывают свои загадочные коробочки и «…сравнивая цвета, которые вспыхивают внутри каждой коробочки, Скалли и Малдер действительно находят соответствие, предсказанное в письме. Временами сфера в коробочке сверкает красным, временами синим, но при открывании коробочек с одинаковыми номерами Скалли и Малдер всегда видят вспышку одинакового цвета.

Малдер приходит во все большее возбуждение и ажиотаж от инопланетных сфер, но Скалли все это совершенно не впечатляет.

— Малдер, — мрачно говорит в телефон Скалли, — тебе в самом деле нужен отпуск. Это глупо. Очевидно, что сферы внутри каждой из наших коробочек запрограммированы, чтобы мигать красным, или они запрограммированы, чтобы мигать синим, когда дверца их коробочки открыта. И кто-то послал нам эти бессмысленно и одинаково запрограммированные коробочки, с тем чтобы ты и я обнаруживали одинаковые цвета вспышек в коробочках с одинаковыми номерами».

Малдер пытается возразить своей очаровательной партнерше-агентессе:

«— Ну нет, Скалли, письмо говорит, что каждая инопланетная сфера случайно выбирает между синими и красными вспышками, когда дверца открыта, а не то, что сфера предварительно запрограммирована на выбор одного или другого цвета.

— Малдер, — вздыхает Скалли, — мое объяснение имеет безупречный смысл и соответствует всем данным. Чего ты еще хочешь? И взгляни сюда, в конец письма. Это величайшая шутка. Инопланетяне информируют нас мелким шрифтом, что вспышка сферы внутри коробочки вызывается не только открыванием дверцы коробочки, но и любые другие действия с коробочкой, направленные на то, чтобы выяснить, как она работает, — например, если мы попробуем выяснить процесс образования цвета или химический состав сферы перед открытием дверцы, — также приведут к вспышке. Другими словами, мы не можем проанализировать предполагаемый случайный выбор красного или синего, поскольку любая такая попытка испортит сам эксперимент, который мы пытаемся провести».