Миналия месец милиардерът Юри Милнър и астрофизикът Стивън Хокинг обявиха Breakthrough Starshot: невероятно амбициозен план за изпращането на първия космически кораб, създаден от човека, в друга звездна система в нашата галактика. Гигантски лазерен масив може да пусне апарат с размер на микрочип към друга звезда с 20% светлинна скорост. Но не е ясно как това малко устройство би било в състояние да комуникира с нас през огромното междузвездно пространство. Какво ще кажете за квантовото заплитане? Може ли да се приложи към такава връзка?
Тази идея със сигурност заслужава внимание.
Представете си две монети, всяка от които може да излезе с глава или опашки. Имате една монета, аз имам друга, а ние сме изключително далеч един от друг. Хвърляме монетите си във въздуха, хващаме ги и ги плесваме по масата. Преди да разгледаме парче, което е кацнало, очакваме вероятност 50/50 да се появят опашки и, разбира се, и глави. В обикновена, неразбрана вселена, вашите резултати и моите ще бъдат независими един от друг. Ако излезете опашки, монетата ми има 50% шанс да падне глави или опашки. Но при определени условия тези резултати могат да бъдат объркващи: ако пуснете този експеримент и той получи опашки, ще знаете, че монетата ми има 100% шанс да покаже глави, преди да ви кажа. Ще знаете за това моментално, дори ако сме разделени от светлинни години и не е минала нито една секунда.
В квантовата физика обикновено заплитаме не монети, а отделни частици, като електрони и фотони, където например всеки фотон може да има въртене на +1 или -1. Ако измерите въртенето на един фотон, веднага разпознавате въртенето на друг, дори ако той е на половина вселена от нас. Докато не измерите въртенето на един фотон, и двамата съществуват в неопределено състояние; но щом сте измерени, веднага знаете за това. На Земята проведохме такъв експеримент, като разделихме два заплетени фотона на много километри и измерихме завъртанията им над наносекунда. Оказа се, че ако измерим въртенето на единия и се окаже, че е +1, установяваме, че въртенето на другия -1 е 10 000 пъти по-бързо, отколкото скоростта на светлината би могла да ни позволи.
И тук е въпросът: можем ли да използваме това свойство - квантово заплитане - за комуникация с далечна звездна система? Отговор: да, ако смятаме извършването на измерване на отдалечено място като форма на комуникация. Но когато казвате свързване, обикновено искате да знаете нещо за мястото, с което се свързвате. Можете например да държите заплетена частица в неопределено състояние, да я изпратите на борда на космически кораб до близка звезда и да й кажете да търси признаци на скалисти планети в обитаемата зона на тази звезда. Виждайки такъв, той прави измерване, което води до факта, че вашата частица ще бъде в състояние +1, а ако не, тогава измерването ще покаже, че вашата частица е в състояние -1.
Промоционално видео:
Така че, предполагате, частица на Земята трябва да бъде в състояние -1, когато я измервате, което ще показва, че космическият кораб е намерил планета в обитаемата зона или в състояние +1, което ще показва, че устройството има планета не е намерен. Ако знаете, че е направено измерване, можете да направите своето собствено измерване и незабавно да знаете за състоянието на друга частица, дори и да е на много светлинни години.
Вълнова схема за електрони, преминаващи през двойна цепка. Ако измерите през кой процеп преминава електронът, ще унищожите модела на квантовата интерференция.
Планът е наред. Но има проблем: заплитането работи само ако попитате частицата: в какво състояние сте? Ако поставите заплетена частица в определено състояние, нарушавате заплитането и измерването на Земята ще бъде напълно независимо от измерването на далечна звезда. Ако просто сте измерили отдалечена частица (и сте установили: +1 или -1), тогава измерването ви на Земята също ще бъде -1 или +1 (съответно) и ще ви даде информация за частица, разположена на светлинни години от вас. Ако потопите частица в състояние +1 или -1, тогава независимо от резултата, вашата частица на Земята ще има 50% вероятност от +1 или -1 и няма да каже нищо за частицата в продължение на много светлинни години.
Това е едно от най-неразбраните неща в квантовата физика: заплитането може да се използва за получаване на информация за компонент на една система, когато знаете нейното пълно състояние и измервате друг (и) компонент (и), но не и за създаване и прехвърляне на информация от една част на заплетена система в друга. … Следователно няма възможност за комуникация по-бързо от светлината.
Квантовото заплитане е невероятно свойство, което можем да използваме за множество различни неща, като перфектна система за криптиране на информация. Но комуникацията е по-бърза от светлината? За да разберем защо това не е възможно, трябва да разберем ключово свойство на квантовата физика: принудителното потапяне на поне част от заплетена система в едно състояние ви пречи да получите информация за това потапяне чрез измерване на останалата част от системата. Както веднъж Нийлс Бор посочи, „ако квантовата механика все още не ви е шокирала дълбоко, вие още не сте я разбрали“.
Вселената играе зарове с нас през цялото време, за голяма мъка на Айнщайн. Дори най-добрите ни опити да изневерим в тази игра са изведени от природата.