История квантовой запутанности начинается в 1935 году, когда Эйнштейн, Подольский и Розен сформулировали ЭПР-парадокс – философский эксперимент, описывающий поведение двух фотонов с суммарной нулевой поляризацией. Из этого парадокса следуют два важных вывода: 1) состояние частиц не детерминировано, пока его не измерили; 2) объекты обладают квантовой запутанностью: между свойствами двух объектов наблюдаются устойчивые корреляции.
Эйнштейн понимал ЭПР-парадокс как неполноту квантовой теории, потому что он противоречит принципу локальности. Этот принцип в упрощенном варианте выглядит так: если две системы пространственно разделены, то действия над первой системой не должны изменять свойства второй.
Однако физические эксперименты, проведенные три десятилетия спустя, показали неверность исходного локального реализма Эйнштейна.
Квантовая запутанность – явление, когда при изменении состояния одних объектов синхронно меняется состояние других. Квантовая запутанность – научно доказанный факт, хотя суть этого явления ломает наши привычные представления об окружающем мире. Да, это похоже на телепатию.
Какие возможности открывает нам квантовая запутанность:
• сверхсветовая передача информации: здесь речь идет не о передаче сигнала в обычном понимании, а о согласованном поведении систем А и Б, будь они сколь угодно разнесены. Проблема в физической реализации заключается в том, что система А находится в суперпозиции, и, если мы условно нажмем на телеграфный ключ, то напечатаем случайный набор знаков. Такой же случайный, однако строго связанный со знаками системы А, набор символов окажется у получателя;
• квантовая телепортация и квантовый коммутатор: в основе обоих явлений лежит «обмен запутанностью». В случае квантового коммутатора у каждого пользователя есть своя запутанная пара, частицу которой он отдает на центральный коммутатор. Таким образом все пользователи объединяются квантовыми корреляциями.
• Эзотерический аналог квантового коммутатора – эгрегоры.
• квантовый компьютер (о нем мы поговорим подробно в последнем разделе).
Наличие квантовой запутанности означает, что, зная все о частях системы, мы все равно не знаем ее как целое. Существует понятие меры запутанности, которая отражает, насколько элементы системы связаны между собой. Если система неделима, то запутанность равна 1, а состояние системы называется нелокальным. Напротив, если систему можно разобрать на локальные части, то запутанность равна 0. Любая замкнутая система находится в нелокальном состоянии.
Когда система взаимодействует с окружением, ее мера запутанности постепенно уменьшается, а она сама начинает «проявляться», как лист фотобумаги в проявителе. Только этот лист содержит в себе потенциальное множество изображений (то есть находится в суперпозиции). Процесс проявления называется декогеренцией