Дэйв Голдберг - Вселенная в зеркале заднего вида. Был ли Бог правшой? Или скрытая симметрия, антивещество и бозон Хиггса

С другой стороны, если принять, что (1) спин Алисиного позитрона фундаментально случаен и (2) Боб и Алиса, как бы далеко друг от друга они ни находились, всегда будут отмечать противоположные спины, единственный логичный вывод состоит в том, что какой-то сигнал распространяется быстрее скорости света. Для Эйнштейна налаживание коммуникации со скоростью больше скорости света было затеей абсолютно безнадежной, поэтому он сделал вывод, что должно быть что-то такое — он назвал это «скрытым параметром», — что заранее программирует электрон и позитрон и заставляет их координироваться так, чтобы их спины всегда были противоположны. А иначе откуда они знают, у кого какой спин?!

Сомнения Эйнштейна оставались без ответа до 1980‑х годов, когда французский физик Ален Аспе и его коллеги экспериментально показали, что никакой программы, регулирующей поведение запутанных частиц, быть не может, даже очень сложной.

Вообще-то на такой результат никто не рассчитывал, в том числе и Джон Белл, физик, заложивший теоретическую основу для экспериментов Аспе:

Мне казалось, что предположить, что фотоны [82] До сих пор мы говорили об электронах, но запутать можно все что угодно, в том числе и фотоны. в этих экспериментах несут какие-то заранее согласованные программы, определяющие их поведение, — это очень разумно. Это так рационально, что мне казалось, будто когда Эйнштейн это видел, а все остальные нет, это он вел себя рационально. А все остальные втыкали голову в песок — однако история их оправдала.

Что-то в квантовой механике позволяло, чтобы что-то координировало частицы и световой барьер этому не препятствовал. Вернемся к нашему телепортатору. Предположим, у Алисы есть позитрон, а у Боба — запутанный с ним электрон. Половину времени Алиса измеряет спин своего позитрона как направленный вверх, а Боб измеряет спин своего электрона как направленный вниз, а другую половину времени у обоих получаются противоположные результаты.

О невозможности создания ансибля мы уже говорили, поэтому распространяться об этом дальше я не хочу, однако кое-что повторить стоит. Как бы ни были умны Боб и Алиса, им никогда не удастся заставить даже бит информации переместиться быстрее света. И нарушить этот закон при помощи запутанности тоже не удастся.

Например, если Алиса намеряет у своего позитрона спин, направленный вверх, она не знает, как все было — то ли она сделала измерения первой, а Боб потом намеряет спин, направленный вниз, то ли Боб уже намерил спин, направленный вниз. И она не узнает даже, какой у него получился результат, пока не выполнит свои измерения. Точнее, непохоже, чтобы она могла как-то контролировать, какое направление она получит.

Подобным же образом Боб не может просто взять первый попавшийся электрон и сделать так, чтобы его спин был направлен вниз. То есть может, конечно, однако это не передаст Алисе никакого сообщения. Если вмешаться в характеристики электрона, пара перестанет быть запутанной. Это называется декогеренция — и это не просто ученое слово, обозначающее, что запутанность не может длиться вечно. А когда я говорю про вечность, то имею в виду, что даже самая долгая запутанность держится всего крошечные доли секунды.

И все же мы можем воспользоваться запутанностью как основой телепортатора. Оставим спин в стороне и вообще спрячем все квантовые подробности с глаз долой. У Алисы и Боба есть по маленькой электронной коробочке. Каждая коробочка снабжена кнопкой и экранчиком, на котором высвечивается или «Вверх», или «Вниз». Коробочки соединены датчиком, который в данный момент стоит на метке «Наоборот».

Коробочки можно программировать при помощи генератора случайных чисел, который определяет вероятность намерить спин, направленный вверх, однако Бобу и Алисе эта вероятность не известна. Но когда Алиса нажимает кнопку, первоначальная программа стирается и записывается новая, которая всегда дает один и тот же ответ. Сначала нам известно лишь одно: если Алиса нажмет кнопку, на экране появится или «вверх», или «вниз». А если после этого Боб нажмет свою кнопку, то получит противоположный результат.

Как можно при помощи этих устройств переслать программу на третью коробочку? Казалось бы, все тривиально, однако следите за моей мыслью. Предположим, что третья коробочка, назовем ее С, запрограммирована совсем просто. Алиса этого не знает, зато знаем мы: сколько ни нажимай кнопочку на С, она в 100 % случаев выдает «Вверх». А теперь поясню на всякий случай, что С — это та самая программа (частица), которую Алиса хочет телепортировать Бобу.

Затем Алиса соединяет коробочку С со своей коробочкой А. Когда соединение налажено, датчик на кабеле АС показывает «Одинаково». Происходит коллапс волновой функции, а это, очевидно, что-то да меняет в программе коробочки С.

Схема телепортации

Это совсем не так странно, как кажется. Очень многие физические системы позволяют нам сделать измерение комбинации каких-то двух параметров, но не каждого из них в отдельности. Например, два магнита, если держать их параллельно, обладают меньшей энергией, чем если направить их в противоположные стороны. Иногда бывает очень легко определить, что они направлены в противоположные стороны, даже если представления не имеешь, куда направлен каждый в отдельности.

Нам известно, что показания В противоположны показаниям А, а показания А, в свою очередь, совпадают с показаниями С. Если Боб нажмет кнопку, то увидит «Вниз». Это единственный логичный вариант.

Запутанность происходит мгновенно, так что Боб вроде бы получает сигнал быстрее скорости света. Но постойте! Теперь-то Алисе нужно еще взять телефон, позвонить Бобу и сказать ему: «А и С находятся в одинаковом состоянии».

Могло получиться и наоборот. Если бы на датчике появилось «Противоположно» — не забывайте, это совершенно случайный процесс, — то коробочка В противоположна А, а та, в свою очередь, противоположна С. Коробочка Боба — точная копия оригинала Алисы.

Иначе говоря, чтобы разобраться, какую копию оригинала вы отправили, позитив или негатив, нужно измерить частицу С, а потом передать эти сведения своему другу при помощи обычного радиосигнала, который распространяется со скоростью света. Это достаточно очевидно, если коробочки находятся в «чистом» состоянии, но не забывайте, что коробочка С может быть комбинацией «Вверх» и «Вниз». Вышеуказанный пример отражал смесь 80/20. Содержимое коробочки Алисе неизвестно, и если она нажмет кнопку на С, то случайным образом выберет один из двух доступных вариантов и сотрет первоначальную программу. Подобным же образом Боб на другом конце канала связи не должен, по сути дела, измерять свою копию программы. Ему достаточно просто знать, что у него точная копия оригинала.