Квантова заплутаність, явище, яке Альберт Ейнштейн колись висміяв як «моторошна дія на відстані», перетворилося з теоретичного парадоксу в наріжний камінь сучасної квантової технології. Дебати навколо цієї дивної властивості квантової механіки, яка дозволяє частинкам залишатися корельованими незалежно від відстані, підживили десятиліття досліджень, кульмінацією яких стали такі практичні застосування, як надзахищений зв’язок і передові обчислення.
Витоки “Eerie”
У 1920-х роках Ейнштейн разом з Борисом Подольським і Натаном Розеном поставили під сумнів повноту квантової теорії. Вони стверджували, що якщо квантова механіка вірна, то вона передбачає миттєвий зв’язок між заплутаними частинками, порушуючи принцип локальності — ідею, що на об’єкт може впливати лише його безпосереднє оточення. Це змусило їх припустити існування «прихованих змінних», які б визначали поведінку частинок, усуваючи необхідність миттєвого впливу.
Однак у 1960-х роках фізик Джон Стюарт Белл розробив тест, щоб визначити, чи насправді існують ці приховані змінні. Теорема Белла передбачила, що якби локальний реалізм (поєднання локальності та прихованих змінних) був істинним, то певні статистичні кореляції між заплутаними частинками були б обмежені.
Експериментальний вердикт
Десятиліття експериментів, особливо тих, які проводив Рональд Хансон з Делфтського технологічного університету та інші дослідники, переконливо підтвердили, що нерівності Белла порушуються. Експерименти 2015 року, за які троє фізиків отримали Нобелівську премію 2022 року, довели, що квантові кореляції сильніші за все, що може дозволити локальна реалістична теорія. Як сказав Марек Жуковський з Ґданського університету: «Це був останній цвях у труну всіх цих ідей».
Це означає, що заплутані частинки демонструють зв’язок, який виходить за межі відстані та класичної фізики. Вони не просто співвідносяться зі спільною минулою інформацією; їхні долі переплетені таким чином, що суперечить традиційному розумінню.
Від парадоксу до практики
Визнання нелокальності відкрило можливості застосування в реальному світі. Робота Хенсона, спочатку задумана як перевірка квантової переваги, проклала шлях до квантової криптографії. Використовуючи заплутані частинки, можна створювати комунікаційні мережі, які теоретично неможливо зламати, оскільки будь-яка спроба перехопити передачу порушить заплутаність, негайно попередивши користувачів.
Квантові обчислення також значною мірою покладаються на заплутаність. Заплутані кубіти — квантовий еквівалент бітів — дозволяють виконувати обчислення, неможливі з класичними комп’ютерами. Дослідники активно досліджують, як використовувати заплутаність для створення більш потужних і ефективних алгоритмів.
«Ви не можете уникнути нелокальності», — каже Джейкоб Барандес з Гарвардського університету, підкреслюючи, що цей фундаментальний аспект квантової механіки є не просто теоретичною цікавістю, а фундаментальним принципом для технологій майбутнього.
Заплутаність залишається предметом поточних досліджень, і фізики продовжують вивчати основні припущення, що лежать в основі роботи Белла. Однак він уже перейшов від філософської дискусії до потужного інструменту для інновацій.
Початковий опір квантовій нелокальності поступився місцем новій епосі, коли прийняття цієї «страшності» сприяє прогресу в захищених комунікаціях, передових обчисленнях і глибшому розумінні самого Всесвіту.
