Читать «Журнал «Компьютерра» № 10 от 14 марта 2006 года» онлайн - страница 38
Компьютерра
В чем же фокус? А никакого фокуса нет. Тут просто используется хорошо известный корпускулярно-волновой дуализм нашего странного мира, в котором каждая частица одновременно еще и волна. В интерферометре проявляются волновые свойства фотона, а если один из его путей перекрыт бомбой, то фотон проявляет себя как частица и информация об этом может сохранить жизнь саперу.
Пример получил известность, и сразу возник вопрос: можно ли увеличить шансы сапера на выживание? В описанной схеме, подобрав коэффициент пропускания зеркал и выполнив несколько попыток в случае неопределенного ответа, можно увеличить шансы сапера обнаружить бомбу, не подорвавшись, но в лучшем случае до 50%. Это, конечно, маловато. Но почти сразу были придуманы и более изощренные устройства, в которых шансы теоретически могут быть сколь угодно близки к ста процентам. И уже в первых экспериментах, разумеется без всяких бомб, успех достигался более чем в 70% случаев. Их стали называть квантовыми измерениями без взаимодействия (Interaction-Free Measurements), или способом «видеть в темноте».
С некоторыми из таких устройств можно ознакомиться на страничке профессора . Именно он с коллегами в 1994 году предложил первое устройство для наблюдений в темноте, стажируясь в Австрии в группе известного специалиста по квантовой оптике профессора Зелингера (anton Zeilinger). Это устройство использует поляризацию фотонов и так называемый квантовый эффект Зенона (назван в честь древнегреческого философа, прославившегося своими апориями, в том числе про Ахилла и черепаху). Этот эффект иногда называют теоремой о котелке, который никак не закипит, если за ним все время наблюдать. Теорема гласит, что если состояние квантовой системы измерять достаточно быстро и часто, то она так в этом состоянии и останется, вместо того чтобы эволюционировать по законам квантовой механики. Добавив к интерферометру пластинку, вращающую поляризацию, несколько поляризационных делителей и фильтров, которые все время «измеряют» поляризацию, можно заставить его «увидеть» бомбу при сколь угодно малой вероятности ее взорвать.
Позже был предложен и целый ряд других способов «наблюдений в темноте», которые используют иные квантовые эффекты.
Можно ли утверждать, что в подобных квантовых экспериментах мы действительно обнаруживаем объект, совсем с ним не взаимодействуя? Это лишь одна из возможных интерпретаций. На самом деле взаимодействие есть. Просто его делают крайне слабым за счет увеличения количества измерений или времени эксперимента так, чтобы поглощение фотонов объектом случалось пренебрежимо редко в этом вероятностном квантовом мире.
Квантовые устройства, позволяющие «видеть в темноте», как надеются их авторы, могут быть использованы в самых тонких физических экспериментах, например для обнаружения наличия холодных атомов в ловушках. Но пока эта довольно сложная в реализации техника не получила широкого распространения. И вот теперь ее пытаются попробовать в квантовых вычислениях, надеясь, что она поможет как-то облегчить их реализацию.