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

Тем не менее, даже если запутывание не может быть использовано для сверхсветовых коммуникаций, кое-что может помочь почувствовать, что дальнодействующие корреляции между частицами являются столь причудливыми, что они применимы для кое-чего экстраординарного. В 1993 Беннет и его соратники открыли одну такую возможность. Они показали, что квантовое запутывание может быть использовано для квантовой телепортации. Вы не можете послать сообщение со скоростью больше световой, но если вы будете устраивать более медленную, чем свет, телепортацию частицы отсюда туда, запутывание будет билетом.

Обоснование, стоящее за таким заключением, хотя и математически честное, является хитроумным и изобретательным. Здесь приводятся особенности его проведения. Представим, что я хочу телепортировать отдельный фотон, который я называю Фотоном А, из моего дома в Нью-Йорке к моему другу Николасу в Лондон. Для простоты рассмотрим, как я телепортирую точное квантовое состояние спина фотона – это значит, как я обеспечиваю, что Николас получит фотон, чья вероятность определенного значения спина тем или иным образом будет идентична Фотону А.

Я не могу непосредственно измерить спин Фотона А, позвонить Николасу, чтобы он провел манипуляции с фотоном на его стороне, так что его спин соответствовал бы моему наблюдению; результат, который я получаю, будет подвержен влиянию наблюдения, которое я провожу, так что правильное состояние Фотона А перед моим наблюдением не будет отражено. Так что я могу сделать? Ну, согласно Беннету и его коллегам, первый этап заключается в том, чтобы гарантировать, что Николас и я, каждый имеем по одному из двух дополнительных фотонов, назовем их Фотоны В и С, которые запутаны. Как мы станем обладателями этих фотонов, не особенно важно. Только допустим, что Николас и я убеждены, что даже если мы находимся по разные стороны Атлантики, если я измеряю спин Фотона В относительно заданной оси и он делает то же самое для Фотона С, мы найдем в точности одинаковый результат.

Следующий этап, в соответствии с Беннетом и сотрудниками, не связан с прямым измерением Фотона А – фотона, который я надеюсь телепортировать, – поскольку это приведет к слишком резкому вмешательству. Вместо этого я должен измерить общее свойство Фотона А и запутанного Фотона В. Например, квантовая теория позволяет мне измерить, имеют ли Фотоны А и В одинаковый спин относительно вертикальной оси без измерения их индивидуальных спинов. Аналогично, квантовая теория позволяет мне измерить, имеют ли Фотоны А и В одинаковый спин относительно горизонтальной оси без измерения их индивидуальных спинов. В результате такого объединенного измерения я не узнаю спина Фотона А, но я узнаю, как спин Фотона А связан со спином Фотона В. И это важная информация.

Удаленный фотон С запутан с фотоном В, так что если я знаю, как Фотон А связан с Фотоном В, я могу вывести, как Фотон А связан с Фотоном С. Если я теперь сообщу по телефону эту информацию Николасу, передав ему, как состояние спина Фотона А связано с состоянием спина Фотона С, он сможет определить, что надо сделать с Фотоном С, чтобы его квантовое состояние стало соответствовать состоянию Фотона А. Как только он проведет необходимые манипуляции, квантовое состояние фотона, находящегося в его владении, будет идентичным состоянию Фотона А, а это все, что нам необходимо, чтобы объявить, что Фотон А был успешно телепортирован. В простейшем случае, например, если мое измерение обнаруживает, что спин Фотона В идентичен спину Фотона А, мы придем к заключению, что спин Фотона С также идентичен спину Фотона А и без дальнейших хлопот телепортация будет завершена. Фотон С будет в том же самом квантовом состоянии, как и Фотон А, как и хотелось.

Ну, почти. Имеется грубая идея, но для объяснения квантовой телепортации в виде управляемых этапов, я до настоящего момента оставлял без внимания абсолютно ключевой элемент истории, который я сейчас восполню. Когда я провожу совместное измерение Фотонов А и В, я на самом деле узнаю, как спин Фотона А связан со спином Фотона В. Но, как и во всех наблюдениях, само измерение влияет на фотоны. Следовательно, я не узнаю, как спин Фотона А был связан со спином Фотона В до измерения. Вместо этого я узнаю, как они связаны после того, как состояния обоих фотонов были нарушены актом измерения. Так что, с первого взгляда, мы, кажется, стоим перед лицом той же самой квантовой преграды для копирования Фотона А, которую я описал выше: перед неизбежным нарушением состояния, вызванным процессом измерения. Именно здесь Фотон С приходит на помощь. Поскольку Фотоны В и С запутаны, нарушение, которое я вызвал у Фотона В в Нью-Йорке, будет также отражено в состоянии Фотона С в Лондоне. Это удивительная природа квантового запутывания, как мы детально обдумывали в Главе 4. Фактически, Беннет и его соратники показали математически, что через запутывание с Фотоном В нарушение, вызванное моим измерением, отпечатывается на удаленном Фотоне С.