Ейнштейн сміявся над цим явищем: давня загадка квантової фізики майже вирішена

Майже сто років тому виникла нова галузь науки під назвою квантова механіка. Але фізики, які вивчають квантову механіку досі не змогли розгадати деякі з її загадок. З огляду на досягнення в галузі квантової інформатики, фізик Вільям Марк Стакі з Елізабеттаунського коледжу (США) пропонує використати теорію квантової інформації для розв'язання загадки квантової заплутаності. Це явище висміював Ейнштейн, пише Live Science.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Квантова інформація

Квантова інформатика призначена для створення квантових комп'ютерів на основі квантового біта інформації, або кубіта. Він заснований на відкриттях фізиків Макса Планка і Альберта Ейнштейна, які виявили, що світло існує в квантових пучках енергії.

Квантові комп'ютери мають набагато більшу обчислювальну потужність, ніж звичайні. Кубіт видає двійкову відповідь на нескінченну кількість запитів за допомогою властивості квантової суперпозиції. Вона дозволяє фізикам з'єднувати кубіти в стані квантової заплутаності.

Але точна природа квантової заплутаності залишається загадкою для вчених. Стакі пропонує вирішити цю загадку за допомогою теорії квантової інформації та принципу відносності Ейнштейна.

Над цим явищем сміявся Ейнштейн

Принцип відносності свідчить, що закони фізики однакові для всіх спостерігачів, незалежно від того, де вони перебувають у просторі та як вони рухаються відносно один одного. Стакі та його колеги з'ясували, як використовувати принцип відносності в поєднанні з принципами теорії квантової інформації для врахування квантових заплутаних частинок.

За словами вченого, фізикам, які вивчають квантову інформацію, не потрібно знати, який вид фізичної сили може викликати загадкову поведінку квантових заплутаних частинок. І це дає перевагу для пояснення квантової заплутаності, яку висміював Ейнштейн і називав це явище "моторошною дією на відстані".

Річ у тім, що результати вимірювань двох квантових заплутаних частинок корелюють, навіть якщо вимірювання проводяться одночасно, а частинки розділені величезною відстанню. Якщо якась сила викликає квантову заплутаність, вона має діяти швидше за швидкість світла. Але в цьому разі ця сила порушує спеціальну теорію відносності Ейнштейна. За словами Стакі, пояснити квантову заплутаність можна без "моторошних дій на відстані".

При вимірюванні квантових заплутаних частинок можна отримати одночасно інформацію про дві частинки, навіть якщо вивчати тільки одну. У квантовій заплутаності кубіти поводяться не так, як класичні біти.

За словами Стакі, якщо вимірювати спін електрона за допомогою розташованих вертикально магнітів, можна отримати значення спіна, спрямованого вгору або вниз. Це двійковий результат вимірювання. Якщо виміряти спін електрона горизонтально, то вийде значення спіна, спрямованого вліво або вправо. Вертикальна і горизонтальна орієнтація магнітів становлять два різні виміри одного і того ж біта. Спін електрона — це кубіт і він продукує двійкову відповідь на кілька вимірів.

Розв'язання проблеми квантової заплутаності

Згідно з теорією квантової інформації, вся квантова механіка, включно з квантовою заплутаністю, заснована на кубіті з його квантовою суперпозицією. За словами Стакі, він і його колеги припустили, що квантова суперпозиція є результатом принципу відносності.

Оскільки в цьому випадку не використовується сила, то немає і "моторошних дій на відстані", які висміював Ейнштейн. Оскільки технологічні наслідки квантової заплутаності для квантових обчислень твердо встановлені, на одне питання щодо походження квантової заплутаності можна відповісти за допомогою фізичного принципу, каже вчений.

Як уже писав Фокус, фізики придумали спосіб, як виявити в космосі діючий варп-двигун. Цей пристрій, згідно з теорією, дає змогу космічному кораблю летіти зі швидкістю, більшою за швидкість світла. Хоча це порушує теорію Ейнштейна, вчені вважають, що такі двигуни існують.

Також Фокус писав про те, що астрономи знайшли нову близьку до нас планету, яка схожа на Землю і потенційно придатна для життя. Вчені вважають, що температура на планеті не надто висока і там може бути вода в рідкому вигляді.