Брайан Грин - Ткань космоса. Пространство, время и текстура реальности

И осуществить это можно весьма оригинальным способом. Вот как это делается.

Представим, что я хочу телепортировать конкретный фотон — назовём его фотоном A — из своего дома в Нью-Йорке своему другу Николасу в Лондон. Ради простоты проследим только за спином фотона — посмотрим, как можно точно телепортировать квантовое состояние спина фотона, т. е. как Николасу получить фотон с тем же распределением вероятности спина по осям, как и у моего фотона A .

Я не могу просто измерить спин фотона A , а затем позвонить Николасу и сказать, что ему сделать со своим фотоном, чтобы его спин соответствовал моим наблюдениям; на результат, который я получил, оказало бы влияние проведённое мной измерение, и поэтому он не будет отражать истинное состояние фотона A до измерения. Так что же делать? Выход предлагает Беннетт со своими коллегами: прежде всего, нам с Николасом надо иметь по дополнительному фотону (назовём их фотонами B и C ), которые составляют вместе пару запутанных фотонов. Не важно, как мы добудем такие фотоны. Просто допустим, что мы с Николасом уверены в том, что хотя нас разделяет Атлантический океан, но если я измерю спин своего фотона B относительно одной из осей, а Николас — спин своего фотона C относительно той же оси, то наши результаты совпадут.

Затем, согласно Беннетту с сотрудниками, не следует напрямую измерять спин фотона A (того фотона, который я собираюсь телепортировать), поскольку это обернётся слишком сильным вмешательством. Вместо этого мне следует измерить некую совместную характеристику фотонов A и B . Например, квантовая теория позволяет мне определить, обладают ли фотоны A и B одинаковым спином относительно вертикальной оси, не измеряя спин каждого фотона по отдельности. Аналогично, квантовая теория позволяет определить, обладают ли фотоны A и B одинаковым спином относительно горизонтальной оси, не измеряя спин каждого фотона по отдельности. Выполнив такое совместное измерение, я не узнаю спин фотона A , но зато узнаю, как спин фотона A связан со спином фотона B . Это важная информация, и вот почему.

Удалённый фотон C запутан с фотоном B , поэтому, зная о связи фотонов A и B , я могу вывести, как фотон A связан с фотоном C . Если я теперь передам по телефону эту информацию Николасу, он сможет определить, что нужно сделать с фотоном C , чтобы его квантовое состояние точно соответствовало фотону A . Проделав необходимые манипуляции, он получит у себя фотон C , квантовое состояние которого будет идентично моему фотону A , а именно это и требуется, чтобы заявить, что фотон A был успешно телепортирован из Нью-Йорка в Лондон. Например, в простейшем случае, когда спин фотона B оказывается идентичным спину фотона A , тогда и спин фотона C оказывается идентичным спину фотона A , и уже больше ничего не нужно делать для телепортации. Фотон C будет находиться в том же квантовом состоянии, что и фотон A , что и требовалось.

Всё почти так. Такова идея в общих чертах, и ради простоты изложения я намеренно опустил кое-что необычайно важное. Сейчас я восполню этот пробел. Проводя совместное измерение фотонов A и B , я действительно узнаю о связи спинов этих фотонов. Но, как и любое наблюдение, такое измерение тоже воздействует на фотоны. Поэтому я не узнаю, как спины фотонов A и B были связаны до измерения. Вместо этого я узнаю, как они связаны после того, как сам акт измерения уже повлиял на них. Так что на первый взгляд кажется, что мы сталкиваемся с той же проблемой, как и при непосредственном измерении спина фотона A : в обоих случаях квантовое состояние фотона A меняется после измерения. И вот где к нам приходит на выручку фотон C . Поскольку фотоны B и C запутаны, то любое воздействие на фотон B в Нью-Йорке отразится на состоянии фотона C в Лондоне . Такова удивительная природа квантового запутывания, как мы обсуждали в главе 4. И действительно, Беннетт с сотрудниками математически показали, что благодаря запутыванию с фотоном B искажение, вносимое измерением, отпечатывается на удалённом фотоне C .

И вот что чрезвычайно интересно. Посредством измерения мы можем узнать, как связаны спины фотонов A и B , но сам процесс измерения влияет на оба фотона. Однако благодаря квантовому запутыванию это измерение влияет и на фотон C (даже если фотон C находится в тысячах километров от A и B ), и это позволяет нам изолировать эффект влияния и тем самым получить информацию, обычно теряющуюся в процессе измерения. Если я теперь сообщу Николасу результат своего измерения, то он узнает, как связаны спины фотонов A и B после измерения, и через фотон C он получит доступ к результату влияния самого измерения . Это позволит Николасу использовать фотон C для того, чтобы, грубо говоря, вычесть влияние измерения и таким путём обойти препятствие, мешавшее копированию состояния фотона A . В действительности, Беннетт с сотрудниками детально показали, как путём простой манипуляции со спином фотона C (на основе информации о связи спинов фотонов A и B ) Николас может гарантированно сделать так, чтобы квантовое состояние фотона C в точности воспроизводило состояние фотона A до измерения . Пока речь шла только о спине, но и другие характеристики квантового состояния фотона A (такие как вероятность нахождения на том или ином энергетическом уровне) могут быть скопированы аналогичным образом. Таким образом можно телепортировать фотон A из Нью-Йорка в Лондон. {196}