Две независимые группы физиков из Австрии и из Италии зафиксировали мгновенную передачу свойств от одного фотона к другому на больших расстояниях

Подробности

МИНУВШИЙ 1997 год, начавшись с научной сенсации (потрясшее мир сообщение шотландских ученых об успешно проведенном клонировании млекопитающего - овцы Долли), закончился тоже сенсационным событием, на этот раз из области квантовой физики. По крайней мере, именно как сенсацию преподнесли ведущие средства массовой информации сообщение о том, что двум группам физиков, из Австрии и Италии, независимо друг от друга (и по разным методикам) удалось экспериментально подтвердить существование явления квантовой телепортации. Статья группы австрийских физиков, которой руководил Антон Цайлингер, "Экспериментальная квантовая телепортация" с описанием методики эксперимента и его результатами, опубликованная в известнейшем научном журнале "Нейчур" (390, 11 декабря 1997 г., 575 - 579), и инициировала вспышку сенсационного интереса.

Впрочем, ничего удивительного в такой дружной реакции на, казалось бы, сугубо научное сообщение нет. Представляется, что главным раздражителем для "почтенной публики" послужило ключевое слово в названии нейчуровского материала - телепортация. Действительно, тысячекратно описанное в произведениях писателей-фантастов явление - мгновенное (то есть с бесконечно большой скоростью!) перемещение материальных объектов из одной точки пространства в другую - неожиданно подтверждается экспериментально вполне серьезными учеными, и результаты их экспериментов публикует солидное научное издание. Есть от чего прийти в волнение. При этом несколько в тени оставлялось определение, предшествующее слову телепортация - квантовая. А мир квантовых объектов и мир классических материальных объектов - это две большие разницы, как говорят в Одессе. Вот о чем не следует забывать, рассматривая обнаруженный экспериментально эффект.

Сами авторы статьи в "Нейчур" дают такое определение: "Квантовая телепортация - мгновенная передача и восстановление на произвольном расстоянии состояния квантовой системы" (выделено мною. - Д. П.). Явление квантовой телепортации было теоретически предсказано 5 лет назад в работе Чарльза Беннета с соавторами ("Physical Review Letters", 70, 1895-1899, (1993). В его работе, по существу, речь шла о мгновенной передаче квантовой информации об объекте другому объекту, находящемуся на произвольном расстоянии. Такая передача информации возможна за счет так называемого эффекта "спутывания" (entanglement): два объекта каким-то, пока не до конца понятным способом "знают" о существовании друг друга. Главное - "спутанные" частицы должны быть тщательно изолированы от их окружения, чтобы это когерентное состояние не нарушалось.

В эксперименте Цайлингера с коллегами пара "спутанных" фотонов создавалась за счет так называемой параметрической конверсии: один фотон, попадая в некое устройство - черный ящик, превращается в два с направлениями поляризации, ориентированными в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Экспериментаторы назвали эти частицы "телефонными" и один фотон из этой пары мысленно приписали отправителю - Алисе; а второй - получателю, Бобу. (Оценим тонкий юмор физиков!) Третий "участник" эксперимента, Кэрол, посылает Алисе другую частицу, чье квантовое состояние и представляет предмет сообщения, которое предназначено Бобу. За счет некоторых специальных квантово-механических эффектов Алиса определяет общую характеристику посланной частицы и своей "телефонной". Но при этом состояние обеих частиц меняется неконтролируемо. Весь фокус в том, однако, что точно такую же трансформацию претерпевает и частица Боба. Молниеносно! И даже еще быстрее, чем молниеносно! Это и есть мгновенная передача части квантовой информации - телепортация.

Итак, Алиса и Боб остались на своих местах, но стали в некоторой части своих свойств одинаковыми. И процесс этот произошел с бесконечно большой скоростью. (Поэтому, кстати, непонятно: правомерно ли вообще говорить в данном случае о процессе, ведь это понятие предполагает некоторую протяженность во времени, даже если эта протяженность имеет размерность долей секунды.)

Ну а что же надо сделать, чтобы добиться, так сказать, абсолютной (а не только квантовой) телепортации объекта? Тот же Чарльз Беннет показал, что полную информацию, необходимую для того, чтобы восстановить состояние объекта, можно разделить на две части - квантовую и классическую. Первую можно передать мгновенно, что и подтверждено экспериментально, но нельзя использовать без второй, передаваемой обычными методами - со скоростью, не превышающей скорость света.

"В явлении квантовой телепортации ничего сверхъестественного нет, - подчеркнул, комментируя по нашей просьбе статью в "Нейчур", академик РАН Виталий Гинзбург. - Подобные эффекты, конечно, не так легко объяснить, но в общем - это так называемая посылка квантового пакета. И связано это с известным парадоксом Эйнштейна - Подольского - Розена".

На Эйнштейна ссылаются и австрийские ученые. Следует напомнить, что Эйнштейн находил этот парадокс невероятным, но в то же время с железной необходимостью вытекающим из постулатов квантовой механики (и на этом основании отрицал последнюю). Однако сегодня удалось уже теоретически доказать непротиворечивость эффекта "спутывания" и теории относительности. Мало того, согласно последним сообщениям, эффект "спутывания" фотонов наблюдается на расстояниях свыше 10 км.

Все это имеет не только чисто теоретический интерес. Как отмечают авторы, квантовую телепортацию можно использовать для переноса информации с быстро исчезающих носителей (фотонов, например) на частицы более удобные для длительного хранения информации (ионы). Другими словами, речь идет о том, что эффект "спутывания", возможно, будет реализован не только для квантовых объектов, но и для вполне материальных, в привычном понимании этого слова, частиц. "Дискуссии о локальной реалистичности характеристик природы могут быть разрешены окончательно, если в будущем удастся поставить эксперимент, показывающий существование эффекта "спутывания" между более чем двумя пространственно разделенными частицами", - так заканчивают свою статью австрийские ученые.

К сказанному остается добавить, что статья итальянской группы физиков направлена в редакцию журнала "Physical Review Letters" и в скором времени, очевидно, также будет опубликована.

Я же обратился за некоторыми подробностями и дополнительными комментариями в Московское бюро журнала "Нейчур". Его директор Юрий Елдышев подчеркнул: "Действительно, статьи со столь претенциозными названиями - исключительный случай для этого издания. Но если такое и случается, то для такого рода потенциально спорных материалов чаще используется рубрика "Письма в "Нейчур"". Статья же "Экспериментальная квантовая телепортация" опубликована в самом "фундаментальном" разделе - "Articles". По-видимому, у редакции имелись достаточно веские соображения в пользу такого решения".

(С) "НГ-Наука" (НГН), электронная версия приложения к "НГ" (ЭВНГН). Номер 001 (5) от 14 января 1998 г., среда. Полоса 1.