Физики из Китая, например, создали квантовый компьютер, работающий на фотонах, и за 200 секунд он провел бозонную выборку — это мегасложное вычисление, на которое могло уйти полмиллиарда лет работы самого быстрого суперкомпьютера. Новости, анонсы, рекомендации. Бытовая техника. В 1964 году физик Джон Белл придумал, как различить в эксперименте две версии квантовой механики — ортодоксальную и со скрытыми параметрами.
Долгожданный прорыв: квантовые вычисления стали более надежными
17.05.2023 квантовые технологии Криптография Инновации Новости. В частности, в квантовой физике постулируется, что квантовые законы реализуются на сверхмалых расстояниях и в мире сверхмалых частиц. Уже лет пять как в сети ходят новости о прорывах в квантовых вычислениях.
Квантовая механика
Эти частицы обладают свойствами как света, так и обычных материальных частиц, и их можно использовать в качестве носителей информации. То есть вместо электронов по микросхемам любых электронных устройств может бегать электрически нейтральная светожидкость. Поляритонные приборы позволят обрабатывать огромные потоки информации со скоростью, близкой к скорости света. Результат теор. Яркие пятна — это бозе-эйнштейновские конденсаты экситонных поляритонов. Конденсат Бозе — Эйнштейна был получен в полупроводниковом микрорезонаторе, содержащем слой нового кристаллического материала диселенида молибдена толщиной в один атом. Локализация света в слое такой малой толщины была достигнута впервые. В результате этого исследования могут быть созданы новые типы лазеров, основанные на двумерных кристаллах, позволяющие создавать кубиты — квантовые транзисторы, основу квантового компьютера, работающего на светожидкости.
Новый метод использует лазерное охлаждение атомов, но при этом не требует использования магнитного поля. Это делает сенсоры более портативными и надежными и позволяет снизить общую стоимость мониторинговой системы. В планах разработчиков — создание компактных квантовых сенсоров для использования при пограничном контроле, мониторинге инфраструктуры и окружающей среды 362 views Квантач 2-нм чипы появятся уже в следующем году На фоне бума ИИ-технологий особенно важным становится производство передовых полупроводников. Компании Samsung, TSMC и Intel планируют освоить 2-нм техпроцесс и начать массовое производство в 2025 году, а Rapidus — только открыть пробное производство. Ожидается, что Intel первой добьется коммерциализации 2-нм чипов. TSMC будет применять 2-нм техпроцесс в чипах для iPhone, но затем предложит передовые полупроводники и другим компаниям. Согласно ранее озвученным планам Samsung, компания сначала начнет массово производить 2-нм чипы для мобильных устройств, начиная с 2025 года, а затем в 2026 году начнет выпускать продукты для высокопроизводительных вычислений.
Локализация света в слое такой малой толщины была достигнута впервые. В результате этого исследования могут быть созданы новые типы лазеров, основанные на двумерных кристаллах, позволяющие создавать кубиты — квантовые транзисторы, основу квантового компьютера, работающего на светожидкости. Руководитель лаборатории оптики спина СПбГУ профессор Алексей Кавокин Важно понимать: как не раз отмечал ученый, квантовые компьютеры называют сегодня атомной бомбой XXI века, ведь они открывают огромные возможности не только в области, например, создания новых лекарств, но и в области кибератак. Имея компьютер с такими мощностями, можно разгадать практически любой шифр, поэтому перед учеными сегодня также стоит важная задача защиты квантовых устройств — квантовой криптографии, в которой открытия Алексея Кавокина и его коллег также играют очень важную роль. Сегодня Алексей Кавокин возглавляет лабораторию оптики спина имени И. Уральцева в СПбГУ, группу квантовой поляритоники в Российском квантовом центре, Международный центр поляритоники в Университете Вестлейка в Китае, а также является профессором Университета Саутгемптона Великобритания , где заведует кафедрой нанофизики и фотоники. В 2011 году ученый выиграл мегагрант Правительства Российской Федерации, в рамках которого была создана лаборатория оптики спина имени И. Исследование было поддержано грантами Немецкого научно-исследовательского сообщества DFG , Европейского исследовательского совета ERC , Немецкого фонда академических стипендий Studienstiftung, грантами Университета Вестлейка Китай , Санкт-Петербургского государственного университета Россия и других научных организаций.
Ученые и инженеры просто применяют ту физику, которая им кажется уместной в данном случае. И всех это, конечно, тяготит, но — как быть-то, выхода не просматривается. Эти две физики — теория относительности и квантовая механика. Они появились практически одновременно, в начале ХХ века. Благодаря Альберту Эйнштейну у нас есть такая вещь, как спутниковая навигация да, ее работа основана на теории относительности , благодаря квантовой механике у нее много «отцов» я сейчас пишу эти строки на компьютере, а вы читаете их на экране своего смартфона. Вся электроника — это чистейшая квантовая механика. Которую Эйнштейн не принял. И имел право: это две разные физики. Теория относительности воспринимает мироздание как море тягучего киселя. Солнце, Луна, мы с вами плаваем в этом киселе и создаем волны. Кисель искривляется, а мы и не замечаем, потому что погружены в него. Эта вязкая жижа — пространство-время. Ученые поставили тысячи экспериментов, и все они подтвердили правоту Эйнштейна. Другие ученые выдвинули тысячи гипотез, чтобы Эйнштейна опровергнуть, и пока ни у кого не получилось. Квантовая механика — это как будто вы идете сквозь песчаный ураган. В лицо вам бьют песчинки. Нет никакого киселя, вообще ничего вязкого и непрерывного. Есть сикстиллионы частиц, про которые мы ничего не знаем и принципиально а не потому, что у нас плохие приборы никогда не узнаем. В этом мире все странно. Можно общаться быстрее скорости света. Путешествовать во времени. Телепатировать и телепортировать. Возможно вообще все. Сотни опытов подтвердили, что все так и есть. Ни единого свидетельства против. Профессор Джонатан Оппенгейм выступил с революционной теорией, которая призвана спасти физику.
Ученые продолжили попытки понять квантовую запутанность: есть большой прогресс
Десятилетие науки и технологий в России Российская наука стремительно развивается. Одна из задач Десятилетия — рассказать, какими научными именами и достижениями может гордиться наша страна. В течение всего Десятилетия при поддержке государства будут проходить просветительские мероприятия с участием ведущих деятелей науки, запускаться образовательные платформы, конкурсы для всех желающих и многое другое.
Квантовая механика говорит, что гравитация - это поле, как электрическое, магнитное, и его переносит квант, единица гравитационного воздействия. Которого никто не видел. Взять ту же теорию струн. Но профессор Оппенгейм решил ударить в самое сердце. Имя этому сердцу неопределенность. Гравитация Эйнштейна заранее задана и понятна. Она не меняется просто так.
Гравитация квантовой теории непредсказуема и постоянно меняется. Оппенгейм говорит: а что, если пространство-время не есть кисель холодный, устоявшийся. А — кисель на конфорке, и его постоянно варят. Пространство-время слегка колеблется. Создается квантовая неопределенность там, где Эйнштейн видел статику. Это в самом деле решило бы все. Уравнения квантовой механики, в которых — одни вероятности, теперь можно применять и в теории относительности. Мир Эйнштейна сохранен, но он стал немного зыбким. Не пострадала и квантовая механика.
Это и есть квантовая гравитация. Можно ли это проверить? Да легко. Вес всего на свете должен немного колебаться. Оппенгейм уже поспорил с другими учеными, профессором Карло Ровелли и доктором Джеффом Пенингтоном, что так и будет. Причем взрывной профессор сделал ставку 5000 к одному. Так уверен в победе. Точный опыт теперь будут делать. Например, все слышали, что эталон килограмма хранится в Париже, в Международном бюро мер и весов, но им фактически не пользуются.
Это скорее исторический раритет и символ.
В феврале 2024 г. Мы его реализовали на ионной платформе. Также у нас есть 25-кубитный компьютер на атомной платформе. Но качество операций лучше на ионной платформе». До конца этого года должны успеть 50 сделать. Посмотрим, может быть, получится и больше», — добавил Юнусов.
Теоретические основы квантовой коррекции ошибок были заложены почти 30 лет назад, однако только сейчас их удалось успешно применить на практике. Результаты опубликованы в Nature. Квантовая коррекция ошибок — это процесс, предназначенный для сохранения квантовой информации. Информация в классических вычислениях поступает в виде битов, соответствующих единицам или нулям. В квантовых вычислениях информация существует в квантовых битах, или кубитах.
Кубиты могут создаваться разными способами. В этом исследовании — из сверхпроводящих цепей, охлаждаемых до температур в 100 раз ниже, чем температура открытого космоса.
Физики обнаружили гигантский невзаимный перенос заряда в топологическом изоляторе
Награда присуждается трем физикам–экспериментаторам, чьи новаторские исследования заложили основу квантовой информатики. Квантовая физика (рассказывает физик Дмитрий Бочаров и др.) Новости дня от, интервью, репортажи, фото и видео, новости Москвы и регионов России, новости экономики, погода. квантовая физика. воздух6 августа 2015. Как создаются щит и меч квантовой физики. Научный руководитель Центра квантовых технологий МГУ Сергей Кулик представил современное состояние квантовых технологий в России и в мире на научном семинаре Национального центра физики и математики (НЦФМ) в рамках Десятилетия науки и технологий. Позднее он стал работать на стыке атомной физики и квантовой оптики, занявшись изучением бозе-эйнштейновских конденсатов и разработкой методов глубокого охлаждения атомов с помощью лазерных пучков.
Новости физики в Интернете
Читайте последние новости на тему в ленте новостей на сайте РИА Новости. В стране полным ходом прокладывают сети квантовой связи. В данном обзоре новостей представлены последние открытия в физике и астрофизике. Статья Квантовая физика, Квантовые точки принесли ученому из России Нобелевскую премию, Разработан первый в мире квантовый аналог механического двигателя. Фактически квантовые явления в виде группового взаимодействия электронов можно использовать как макрообъекты, что упростит эксперименты в области квантовой физики и позволит использовать эти явления в обычной электронике и не только. Научный руководитель Центра квантовых технологий МГУ Сергей Кулик представил современное состояние квантовых технологий в России и в мире на научном семинаре Национального центра физики и математики (НЦФМ) в рамках Десятилетия науки и технологий. Знай наших квантовая физика. В НИТУ МИСиС создали алгоритм для моделирования работы полупроводниковых лазеров НОВОСТИ Знай наших. квантовая физика. воздух6 августа 2015. Как создаются щит и меч квантовой физики.
ЭПР-парадокс
- Квантач – Telegram
- Сверхбыстрые кванты: ускорение вычислений на сотни миллиардов лет - «Ведомости. Наука»
- Что такое кубиты?
- Жуткие «пауки», разбросанные по городу инков на Марсе, видны на невероятных изображениях
#квантовая физика
В частности, физикам из МГТУ удалось за 2023 год создать прототип квантового процессора на базе сверхпроводников и разные компоненты квантовых устройств. В данном обзоре новостей представлены последние открытия в физике и астрофизике. В 1973 году физик Филип Андерсон описал ее в своей теории, отметив, что она бы сыграла ключевую роль в создании квантовых компьютеров. И расширяет наше понимание квантовой физики и странных феноменов, которые возникают на атомном уровне. В прошлом году физики из Института Макса Планка сообщили о разработке эффективного метода создания квантовой запутанности между фотонами. Одно из ключевых явлений квантовой физики — квантовая запутанность частиц: изменение, произошедшее с одной частицей, приводит к изменению другой частицы, находящейся на расстоянии от первой.
Первые в мире: ученые МФТИ добились прорыва в области квантовых компьютеров
Квантовая физика – это раздел физики, который изучает поведение элементарных частиц на микроуровне, используя квантовую механику. Что представляет собой физика полупроводников? Почему полупроводники всегда будут сохранять свою актуальность, несмотря на развитие квантовых технологий? Или построить новые методы долгосрочной защиты информации на основе квантовой и постквантовой криптографии, которые будут устойчивы к широкому классу атак, поскольку их надёжность сводится к фундаментальным законам физики.
Квантовые точки: что это такое и почему за них дали нобелевскую премию?
| Новости по тегу Квантовая физика | | Квантовая физика (рассказывает физик Дмитрий Бочаров и др.) Новости дня от, интервью, репортажи, фото и видео, новости Москвы и регионов России, новости экономики, погода. |
| «ФИЗИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВ БУДЕТ НУЖНА ВСЕГДА» | Китайские физики обнаружили гигантский — на два порядка больше по величине обычного — невзаимный перенос заряда в топологическом изоляторе на основе тетрадимита допированного оловом (Sn—Bi1,1Sb0,9Te2S). |
| Новости квантовой физики | Китайские физики объявили о доказательствах существования новой субатомной частицы, обнаруженной при распаде (J/psi)-мезона на пару положительных и отрицательных пионов. |
Новости по теме: квантовая физика
Историк Марьяна Скуратовская Узнать больше Подпишитесь на ежемесячную рассылку новостей и событий российской науки! Самые интересные проекты, открытия и исследования, а также информация о конкурсах и мероприятиях в вузах и научных центрах России в одном удобном формате. Будьте в курсе событий Десятилетия науки и технологий!
Чтобы превратить фермионы в бозоны, можно взять два фермиона и объединить их в единую систему. Эта новая система — бозон. Его разрушение позволит нам снова получить фермионы. Делая это циклически, мы можем привести двигатель в действие без использования тепла, — объясняет профессор Томас Буш Thomas Busch , руководитель подразделения квантовых систем OIST. Созданный двигатель функционирует только на квантовом уровне.
До этого применение неравенств Белла предполагало лазейки в постановке экспериментов. Устранить все спорные места мог только эксперимент, в ходе которого измерения должны проводиться за меньшее время, чем требуется свету, чтобы пройти от одного конца к другому — это доказывает, что между ними не было обмена информацией. У поставленного эксперимента была и другая цель — убедиться, что сравнительно большие сверхпроводящие системы могут обладать квантовыми свойствами. В опыте участвовали две сверхпроводящие схемы, которые играли роль связанных частиц, тогда как обычно речь идёт о запутывании элементарных частиц типа электронов, фотонов или атомов. В эксперименте использовались объекты нашего большого мира, и они отыграли по законам квантовой физики. Это означает, что на основе сверхпроводящих макросистем можно строить квантовые компьютеры, осуществлять квантовую связь и делать много другого интересного не углубляясь до таких тонких и пугливых сверхчувствительных материй, как элементарные частицы. В этом скрыт небывалый потенциал, который учёные намерены разрабатывать дальше.
Десятилетие науки и технологий в России Российская наука стремительно развивается. Одна из задач Десятилетия — рассказать, какими научными именами и достижениями может гордиться наша страна. В течение всего Десятилетия при поддержке государства будут проходить просветительские мероприятия с участием ведущих деятелей науки, запускаться образовательные платформы, конкурсы для всех желающих и многое другое.
В МФТИ назвали главный прорыв года в квантовой физике
В классической химии считается, что атомы в смеси движутся хаотично, могут столкнуться, а могут и не столкнуться. При каждом столкновении есть шанс, что атомы соединятся, образовав нужную ученому молекулу, но гарантий никаких. Теоретики давно предположили, что в квантовом состоянии атомы станут более предсказуемыми, а реакции между ними будут проходить быстрее. В Чикагском университете доказали это на практике. Химические реакции протекали намного быстрее, чем в обычных условиях. Также ученые заметили, что взаимодействие трех атомов происходит чаще, чем двух, и при столкновении трех атомов два соединяются, образуя молекулу, а третий каким-то образом помогает процессу. По словам авторов исследования, все молекулы, которые получаются в итоге, находятся в одном и том же состоянии, что полезно для создания больших партий идентичных молекул.
В чем же парадокс? Допустим, что детекторы ориентированы иначе, скажем слева направо. Если спин одного электрона смотрит вправо, мы должны заключить, что спин второго направлен влево. Странный это элемент физической реальности, если его можно изменять по собственному усмотрению! Но это еще полбеды. Установим теперь ближний детектор вертикально, а дальний — ортогонально ему, слева направо.
Если наблюдатель у первого детектора увидит, что спин смотрит вверх, он посчитает, что спин электрона-партнера направлен вниз. Однако второй прибор регистрирует значения спина не по вертикали, а перпендикулярно ей. Квантовомеханические расчеты показывают, что при повторении этого эксперимента спин второго электрона в половине случаев будет смотреть вправо, а в половине — влево. Тогда второй наблюдатель вроде бы сможет с полным основанием заключить, что спин первого электрона направлен, соответственно, влево или вправо. В итоге выводы двух наблюдателей окажутся несовместимыми друг с другом. Что же делать с физической реальностью?
С точки зрения Бора, никакого парадокса тут нет. Если ориентация спина возникает лишь в ходе измерения, то не приходится говорить о ней вне экспериментального контекста. Однако вспомним, что мы вольны в выборе детекторов. Откуда спину заранее знать, в каком направлении его измерят? Похоже, что первый электрон мгновенно сообщает своему близнецу о том, что он проскочил через детектор. Но ведь никакого физического взаимодействия между ними нет, так как же они ухитряются общаться?
Так что, если задуматься, копенгагенская интерпретация тоже не беспроблемна. Из этого тупика можно выбраться с помощью догадки Шрёдингера: система из двух связанных общим процессом рождения электронов принципиально нелокальна, так уж устроен мир. Отсюда с необходимостью следует, что квантовые корреляции сильнее классических. Тогда всё встает на свои места. Мы изготовили пару электронов в спутанном состоянии, отсюда и вся необычность их поведения в ЭПР-эксперименте. Но Шрёдингер сформулировал свою гипотезу словесно, для физики этого маловато.
Можно ли перевести ее на язык чисел, чтобы проверить с помощью измерений? Белловский прорыв Эту задачу первым поставил и успешно разрешил чрезвычайно одаренный ирландский физик, имя которого, к сожалению, и сейчас не слишком известно широкой публике. Уроженец Белфаста Джон Стюарт Белл 1928—1990 прожил недолго, злая судьба послала ему раннюю смерть от кровоизлияния в мозг. Он долго работал в Европейском центре ядерных исследований, где много сделал в области теории элементарных частиц и конструирования ускорителей. В 1964 году Белл, который тогда получил отпуск в ЦЕРНе ради временного пребывания в Брандейском и Висконсинском университетах, заинтересовался основами квантовой механики, в частности ЭПР-парадоксом. Результатом этих раздумий стало строгое математической доказательство возможности надежной экспериментальной проверки гипотезы существования спутанных состояний J.
Bell, 1964. On the Einstein Podolsky Rosen paradox. Его иногда именуют теоремой Белла, хотя он сам в своей статье это название не использовал. Джон Белл 1979 год. Фото с сайта en. Белл сформулировал первое из названных его именем неравенств, которые в принципе как раз и позволяют осуществить проверку гипотезы скрытых параметров.
В содержательном плане суть его выводов состоит в утверждении, что никакое описание микропроцессов, основанное на этой гипотезе, не может объяснить все без исключения статистические результаты, получаемые в рамках стандартной квантовой механики. Со временем в теоретической физике возникло целое направление, посвященное поиску новых вариантов теоремы Белла. Математика первой статьи Белла в принципе не слишком сложна, но для воспроизведения в популярном тексте, конечно, не подходит. Однако суть его выводов можно передать и без технических деталей. Белл показал, как можно подтвердить или опровергнуть реальность спутанных состояний на основе бомовской версии мысленного эксперимента ЭПР. Во-первых, нужно использовать не два детектора спина, а не меньше трех, а еще лучше — четыре.
Во-вторых, детекторы следует располагать не параллельно или ортогонально, а под произвольными углами. Вот идеальная схема такого контрольного эксперимента. Пусть вновь имеется источник электронных пар с нулевым суммарным спином, посылающий частицы в противоположных направлениях, скажем влево и вправо. Поставим там по паре магнитных детекторов, повернув их по отношению друг к другу на произвольный угол. После каждого «включения» источника срабатывает один левый и один правый детектор, но какие именно — заранее не известно. А дальше — самое главное.
В итоге получим функцию назовем ее S , зависящую от угла, под которым установлены детекторы для интересующихся, речь идет о математическом ожидании. Из теоремы Белла следует, что для неспутанных частиц значения этой функции при любом расположении детекторов всегда лежат в промежутке от минус двух до плюс двух это и есть одна из версий неравенства Белла. Такой вывод следует лишь из предположения, что каждый член любой электронной пары, уйдя от источника, сохраняет свое собственное состояние, не подвергаясь воздействию далекого близнеца. Если же это не так, если электроны-партнеры даже вдали от источника не локализованы в полностью автономных состояниях, а связаны друг с другом квантовомеханической спутанностью, то выполнение неравенства Белла не гарантируется. Более того, из квантовомеханических вычислений следует, что при каких-то ориентациях детекторов численное значение функции S может быть как больше двух, так и меньше минус двух. Следовательно, экспериментальная проверка неравенства Белла в принципе открывает путь к решению проблемы существования спутанных состояний.
Однако это было только начало длинной цепочки исследований. Белл в своей статье описал мысленный эксперимент, в котором могли бы быть проверены сделанные им выводы, однако его схема не годилась для реализации «в железе». Holt опубликовали работу с новой версией белловского неравенства, которая уже допускала экспериментальную проверку J. Clauser et al. Proposed experiment to test local hidden-variable theories. Эта статья, известная по ссылкам как CHSH, стала важным этапом в развитии белловского подхода к проверке основ квантовой механики.
Клаузер, Аспе и другие Выполнить такую проверку удалось далеко не сразу. Изготовление и регистрация спутанных состояний — непростая задача. Первые опыты по верификации теоремы Белла проводились с поляризованными фотонами. Вместо бомовских пар спутанных электронов с нулевым полным спином в них использовали пары световых квантов с альтернативными модами поляризации например, вертикальной и горизонтальной , а вместо магнитных детекторов — поляризационные фильтры. В 70-е годы подобные эксперименты ставились несколько раз. Самые интересные результаты в 1972 году получили Джон Клаузер и скончавшийся десять лет назад его аспирант Стюарт Фридман Stuart Freedman.
Они в течение двух лет построили оптическую систему, которая на практике реализовала схему, описанную в статье CHSH, — правда, в модифицированной версии. В их эксперименте использовались световые кванты, испускавшиеся возбужденными атомами кальция. Источник света был расположен в центре экспериментальной установки, смонтированной на оптической скамье. Фотоны направлялись в противоположные концы скамьи и там проходили через пары поляризаторов, ориентированных под разными углами по отношению друг к другу. Эксперимент Клаузера и Фридмана в общей сложности продолжался 200 часов и в целом подтвердил нарушение неравенства Белла, которое они переписали применительно к своему протоколу. Однако соавторы не смогли исключить все потенциальные источники «загрязнения» собранных данных паразитной информацией.
Конкретно, их протокол не гарантировал, что наблюдатели на обоих концах скамьи устанавливают поляризаторы полностью независимо друг от друга.
На ней генерировались таммовские плазмоны с длинами волн 738-1504 нм. Непрерывная перестройка по частоте осуществлялась путём изменения структуры слоёв Sb2S3 от аморфных до кристаллических при электрическом нагреве. Лазерное излучение фокусировалось на образец с помощью линзы, и через ту же линзу наблюдался отклик рамановского рассеяния. Эксперимент показал перспективность данного устройстава как масштабируемой биосенсорной платформы для различных применений в клинической диагностике. В частности, устройство может регистрировать молекулы хромофора на волне 385 нм, и его работа была продемонтрирована для регистрации одного из белков-биомаркеров, важных для кардиологии. Nature Communications 14 7085 2023 Сверхмассивные чёрные дыры в ранней Вселенной 1 декабря 2023 Гравитационное поле массивных объектов, находящихся на луче зрения, фокусирует свет подобно линзе, и данный эффект помогает наблюдать небольшие галактики на значительном расстоянии. ЧД звёздного происхождения не успели бы нарастить свою массу до указанной величины, а модели с прямым гравитационным коллапсом массивного газового облака пока не исключены, но также сталкиваются с проблемой нехватки динамического времени. Зельдовичем и И.
Новиковым в 1966 г [6] и обсуждавшиеся позднее в работе С. Хокинга [7]. Nature Astronomy, онлайн-публикация от 6 ноября 2023 г. Novikov I.
Правда, аргументы Бора были довольно невнятными, а лет через десять он как-то признался, что уже сам не может в них разобраться. С «Папой» Бором согласились почти все теоретики, кроме Эрвина Шрёдингера. Он тщательно продумал смысл ЭПР-парадокса и пришел к чрезвычайно глубокому выводу, который следует процитировать. Если две системы, состояния которых нам известны, временно вступают в физическое взаимодействие, а затем разделяются вновь, то их уже нельзя описывать прежним образом, то есть утверждать, что каждая система пребывает в своем собственном состоянии. Я считаю это обстоятельство самой характерной чертой квантовой механики, разделяющей ее и классическую науку.
Так без большого шума в восьмистраничной статье одного из великих отцов-основателей квантовой механики впервые появилось это самое квантовое «спутывание» E. Discussion of probability relations between separated systems. Шрёдингер первым осознал, что логический анализ ЭПР-парадокса ведет к важнейшему выводу: квантовая механика допускает такие состояния физических систем, при которых корреляции между их элементами оказываются сильнее любых корреляций, допускаемых классической физикой! Эти состояния он и назвал спутанными, в немецком оригинале Verschrankung. Отсюда следует, что каждая такая система представляет собой единое целое, не допускающее разделения на независимые части. Это свойство квантовых систем принято называть нелокальностью. Шрёдингер с самого начала вполне осознал глубину этой идеи — не случайно он как-то сказал Эйнштейну, что тот своим мысленным экспериментом схватил за горло догматическую квантовую механику. Однако важность КС была по-настоящему осознана большинством физиков значительно позже. Стоит отметить, что в другой работе того же 1935 года Шрёдингер описал и ставший знаменитым воображаемый эксперимент с запертым в ящике котом E.
Дэвид Бом и его схема В начале 50-х годов американский физик Дэвид Бом сформулировал новую версию ЭПР-эксперимента, которая резче демонстрировала его парадоксальность и упрощала его математический анализ. Он рассмотрел пару одинаковых квантовых частиц с половинным спином, изначально изготовленную так, чтобы их полный спин равнялся нулю. К примеру, такую пару можно получить при распаде бесспиновой частицы. Для определенности назовем эти частицы электронами. После распада они станут удаляться от зоны рождения в различных направлениях. Поставим на их пути магнитные детекторы, измеряющие спин. В идеальной модели такого прибора электроны движутся сквозь щель, пронизанную параллельными силовыми линиями постоянного, но неоднородного магнитного поля на деле, естественно, всё несколько сложнее. Из-за своей квантовой природы до измерения спин вообще не имеет определенной ориентации, а после него он ориентируется либо в направлении поля, либо против него скажем, вверх или вниз, если поле вертикально. Теперь проведем ЭПР-эксперимент «по Бому».
Пусть один детектор сообщил, что спин «его» электрона направлен вверх. Теперь можно утверждать, что спин второго электрона глядит вниз. И опыт это подтверждает. Пусть второй электрон движется в сторону более удаленного детектора с такой же ориентацией поля. Этот прибор с некоторой задержкой отметит, что электронный спин направлен вниз, как и ожидалось. Таким образом, мы достоверно предсказали спин второй частицы, никак на нее не воздействуя. Согласно логике ЭПР, направление ее спина считается элементом физической реальности. В чем же парадокс? Допустим, что детекторы ориентированы иначе, скажем слева направо.
Если спин одного электрона смотрит вправо, мы должны заключить, что спин второго направлен влево. Странный это элемент физической реальности, если его можно изменять по собственному усмотрению! Но это еще полбеды. Установим теперь ближний детектор вертикально, а дальний — ортогонально ему, слева направо. Если наблюдатель у первого детектора увидит, что спин смотрит вверх, он посчитает, что спин электрона-партнера направлен вниз. Однако второй прибор регистрирует значения спина не по вертикали, а перпендикулярно ей. Квантовомеханические расчеты показывают, что при повторении этого эксперимента спин второго электрона в половине случаев будет смотреть вправо, а в половине — влево. Тогда второй наблюдатель вроде бы сможет с полным основанием заключить, что спин первого электрона направлен, соответственно, влево или вправо. В итоге выводы двух наблюдателей окажутся несовместимыми друг с другом.
Что же делать с физической реальностью? С точки зрения Бора, никакого парадокса тут нет. Если ориентация спина возникает лишь в ходе измерения, то не приходится говорить о ней вне экспериментального контекста. Однако вспомним, что мы вольны в выборе детекторов. Откуда спину заранее знать, в каком направлении его измерят? Похоже, что первый электрон мгновенно сообщает своему близнецу о том, что он проскочил через детектор. Но ведь никакого физического взаимодействия между ними нет, так как же они ухитряются общаться? Так что, если задуматься, копенгагенская интерпретация тоже не беспроблемна. Из этого тупика можно выбраться с помощью догадки Шрёдингера: система из двух связанных общим процессом рождения электронов принципиально нелокальна, так уж устроен мир.
Отсюда с необходимостью следует, что квантовые корреляции сильнее классических. Тогда всё встает на свои места. Мы изготовили пару электронов в спутанном состоянии, отсюда и вся необычность их поведения в ЭПР-эксперименте. Но Шрёдингер сформулировал свою гипотезу словесно, для физики этого маловато. Можно ли перевести ее на язык чисел, чтобы проверить с помощью измерений? Белловский прорыв Эту задачу первым поставил и успешно разрешил чрезвычайно одаренный ирландский физик, имя которого, к сожалению, и сейчас не слишком известно широкой публике. Уроженец Белфаста Джон Стюарт Белл 1928—1990 прожил недолго, злая судьба послала ему раннюю смерть от кровоизлияния в мозг. Он долго работал в Европейском центре ядерных исследований, где много сделал в области теории элементарных частиц и конструирования ускорителей. В 1964 году Белл, который тогда получил отпуск в ЦЕРНе ради временного пребывания в Брандейском и Висконсинском университетах, заинтересовался основами квантовой механики, в частности ЭПР-парадоксом.
Результатом этих раздумий стало строгое математической доказательство возможности надежной экспериментальной проверки гипотезы существования спутанных состояний J. Bell, 1964. On the Einstein Podolsky Rosen paradox. Его иногда именуют теоремой Белла, хотя он сам в своей статье это название не использовал. Джон Белл 1979 год. Фото с сайта en. Белл сформулировал первое из названных его именем неравенств, которые в принципе как раз и позволяют осуществить проверку гипотезы скрытых параметров. В содержательном плане суть его выводов состоит в утверждении, что никакое описание микропроцессов, основанное на этой гипотезе, не может объяснить все без исключения статистические результаты, получаемые в рамках стандартной квантовой механики. Со временем в теоретической физике возникло целое направление, посвященное поиску новых вариантов теоремы Белла.
Математика первой статьи Белла в принципе не слишком сложна, но для воспроизведения в популярном тексте, конечно, не подходит. Однако суть его выводов можно передать и без технических деталей. Белл показал, как можно подтвердить или опровергнуть реальность спутанных состояний на основе бомовской версии мысленного эксперимента ЭПР. Во-первых, нужно использовать не два детектора спина, а не меньше трех, а еще лучше — четыре. Во-вторых, детекторы следует располагать не параллельно или ортогонально, а под произвольными углами.