Применительно к теме книги этот результат может означать, что любой объект остается в неразрывной связи с Целым вне зависимости от того, осознает он это или нет.

Еще одно удивительное явление, связанное с нелокальностью, — квантовая телепортация, то есть возможность переноса на расстоянии квантового состояния одного объекта на другой объект.

Перемещения самого объекта при этом не происходит, передаются лишь свойства одного объекта другому. Разрушив квантовое состояние в одной точке пространства, мы можем создать точно такое же состояние в другой точке.

Это явление примечательно тем, что наряду с классическим каналом передачи информации в нем используется и нелокальный квантовый канал. Телепортация может быть осуществлена и в том случае, когда состояние телепортируемого объекта неизвестно.

Способ практической реализации этого эффекта был предложен в 1993 году группой Чарльза Беннета⁴¹ (IBM), а само явление впервые наблюдалось⁴² в работах австрийских исследователей, возглавляемых Антоном Цайлингером, а также итальянских под руководством Франческо Де Мартини.

⁴¹ Bennett C. H., Brassard G., Crépeau C., Jozsa R., Peres A., Wootters W. K. Phys. Rev. Lett. 70, 1895 (1993).

⁴² См. обзоры: Zeilinger A. Sci. Am. 282, 5 (2000); Волович И. В.. Квантовая телепортация, криптография и парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена. М., 2002; Килин С. Я. // УФН. 169, 507 (1999).

Общая схема квантовой телепортации такова. Сначала требуется получить две коррелированные частицы. Затем проводится измерение состояния одной из них посредством взаимодействия с частицей, несущей информацию, которую нужно передать. Измерение стирает квантовую информацию в этой частице, однако в силу запутанности она немедленно оказывается на второй частице пары вне зависимости от ее удаленности. Эту информацию можно извлечь и передать другой частице, используя в качестве ключа результаты измерения, которые передаются по классическому (обычному) каналу связи.

В случае, когда телепортируемое состояние само по себе является запутанным, можно наблюдать еще более удивительный феномен. Представим, что в эксперименте типа показанного на рис. 6 запутанность пары фотонов не существует изначально, но может быть создана экспериментатором в результате использования эффекта квантовой телепортации. Очевидно, если мы запутанность не создаем, фотоны будут регистрироваться независимо друг от друга. В случае, когда запутанность фотонов создается до их регистрации, результат для нас также ясен: проведя измерение над одним фотоном пары, мы можем точно предсказать, каков будет результат измерения, проведенного над другим фотоном.

Однако что будет, если мы создадим запутанность между фотонами пары уже после их регистрации? Результат эксперимента⁴³ поражает воображение — он ничем не отличается от того, как если бы мы создали запутанность фотонов до их регистрации.

⁴³ Jennewein T., Weihs G., Pan J.-W. and Zeilinger A. Phys. Rev. Lett. 88, 017903 (2002).

Таким образом, более позднее по времени действие влияет на результат более раннего измерения! Этот парадокс, неразрешимый в рамках классического подхода, находится в точном соответствии с предсказаниями КМ.

Отметим, что и здесь нет мгновенной передачи информации: квантовая информация передается мгновенно, однако, чтобы перевести эту информацию в классическую, необходимо передать результаты классических измерений. Это не может быть сделано со скоростью, выше скорости света.

Однако принципиальной невозможности передачи сигналов со сверхсветовой скоростью, вполне возможно, нет. По крайней мере, сообщение извне светового конуса⁴⁴ можно почувствовать мистически, в себе самом. Для этого принимающий сообщение должен иметь высокоразвитое сознание, позволяющее перемещаться по различным пространствам событий (об этом см. в следующих главах). Не исключено, что подобная передача информации возможна во время встреч во сне, которые может освоить почти каждый человек.

⁴⁴ То есть со сверхсветовой скоростью. Световой конус — область пространства–времени, в которой возможно получение сигнала об интересующем событии, при скорости распространения сигнала, равной скорости света.

В заключение главы хочу сказать, что квантовая механика давно имеет дело не только с лабораторными опытами. Согласно имеющимся оценкам⁴⁵, 30% национального продукта Соединенных Штатов базируется на изобретениях, ставших возможными благодаря квантовой механике. А сейчас уже имеются коммерческие предложения, использующие нелокальную связь между частицами: например, в предлагаемых на рынке системах квантовой криптографии, обеспечивающих абсолютную защиту связи⁴⁶. Так что сказанное еще как относится к тому миру, в котором мы живем. А о том, какие следствия из квантовой картины мира применимы к общим вопросам мироздания, мы поговорим далее.

⁴⁵ Tegmark M., Wheeler J. A. 100 years of quantum mysteries // Sci.Am. 284, 2,54–61 (2001).

⁴⁶ См., например, http://www.magiqtech.com/.

Подведем итоги этой главы.

· Физическим системам нельзя приписать (по крайней мере, всегда) характеристики как объективно существующие и независимые от проводимых измерений. Характеристики объекта «создаются» наблюдателем; вне акта наблюдения состояние любого объекта во многом является неопределенным. Частицы, образованные когда-то в одном акте, остаются в замкнутой системе единым объектом, вне зависимости от того, на каком расстоянии они находятся, и как давно произошло их разделение. Если с одной из них что-то происходит, то другие мгновенно меняют свои наблюдаемые свойства, и это происходит без материального носителя взаимодействия. Такие объекты не локализованы где-либо и обычно называются нелокальными (или квантово-коррелированными) структурами. Как мы убедимся в следующей главе, для них понятия времени и пространства, причины и следствия могут терять смысл.

· В любой замкнутой системе когерентность состояний не разрушается, то есть суперпозиция не переходит в смесь, и сама система является нелокальной. Отдельные локальные объекты (например, частицы) могут наблюдаться в ней только «изнутри», при взаимодействии отдельных подсистем и при «взгляде» из отдельных подсистем (подробнее об этом позже).

· В замкнутой системе состояние каждой частицы может быть как квантово-коррелированным с состояниями остальных частиц в данной системе, так и нет. В первом случае говорят о запутанном (то есть связанном, квантово-коррелированном, взаимозависимом) состоянии, а во втором — о сепарабельном (независимом) состоянии подсистем.

· Наш мир в своей основе нелокален и не может быть описан теориями, основанными на локальности и детерминизме. Именно об этом свидетельствуют результаты опытов, направленных на проверку неравенств Белла, которые позволяют отличить предсказания квантовой механики от предсказаний локальной объективной теории.

Домашнее задание будет таким. Я сейчас расскажу об эффектном эксперименте, идея которого была предложена в 1978 году Дж. Уилером⁴⁷ и который в дальнейшем был осуществлен⁴⁸ несколькими группами ученых в середине 80-х годов. Он известен как эксперимент с отложенным выбором.

⁴⁷ Wheeler J. A. & Zurek W. H. (eds.) Quantum theory and measurement // Princeton University Press. Princeton. New Jersey, 1983.

⁴⁸ Miller W. A., Wheeler J. A. Delayed-choice experiments and Bohr’s elementary quantum phenomenon, in S. Kamefuchi et al. (eds.), Foundations of quantum mechanics in the light of new technology. Proc. of a conference (Kokubunji, Tokyo, 1983), Physical Society of Japan, Tokyo, 1984.

Вашей задачей будет предсказать его результаты.

Рис. 9

Поток единичных фотонов (см. рис. 9) падает на расщепитель луча, представляющий собой обыкновенное полупрозрачное зеркало.

Выберет ли фотон определенный путь, А или А'? Если это так, то он проявит свойства частицы, а мы будем с 50%-й вероятностью регистрировать срабатывание то детектора А, то детектора А'.

А может быть, фотон пройдет одновременно по двум путям А и A', и наши детекторы зафиксируют интерференционную картину, наподобие картины при дифракции электрона на двух щелях?

Добавим в эксперимент изюминку, в силу которой он и получил название эксперимента с отложенным выбором.

Поставим переключатель, так называемую ячейку Поккельса, которая при включении способна практически мгновенно перенаправить летящий по пути B фотон в еще один приготовленный нами фотодетектор.

Будем включать ячейку Поккельса тогда, когда фотон уже прошел через расщепитель. То есть в этом эксперименте фотон не знает заранее, как ему следует себя вести: как частице, выбрав какой-то определенный маршрут, или как нелокальному объекту, перемещаясь сразу двумя путями.

Какую картину мы будем наблюдать?