Как понять, что такое квантовая запутанность, и почему говорят, что физикам удалось распутать Вселенную?

— Николай Николаевич, как понять, что такое квантовая запутанность, и почему говорят, что физикам удалось распутать Вселенную?

— Для обывателя вопрос квантовой запутанности чрезвычайно непрост. Уже сто лет он будоражит умы учёных. Начался он в двадцатые годы прошлого столетия с так называемого парадокса Эйнштейна — Подольского — Розена, или ЭПР-парадокса. Изначально споры вокруг парадокса носили скорее философский характер, но именно тогда появилась квантовая механика, многие постулаты которой плохо поддаются изучению. Там мало простых ньютоновских аналогов. Мы живём в ньютоновском мире, мыслим ньютоновскими категориями, а квантовая механика оперирует вероятностями, которые могут быть отрицательными, и перепутанностью, которую очень сложно осознать в рамках привычных нам физических представлений.

Очень грубо суть парадокса в следующем: если мы возьмём частицу с нулевым спином, которая может распасться на две частицы, то возможны два варианта — левая окажется со спином минус одна вторая, а правая — со спином плюс одна вторая, либо наоборот. Мы не знаем, какой выпадет вариант. Природа не определилась, какая из частиц окажется в том или ином месте. Других вариантов нет, поскольку законы сохранения энергии должны работать. Представим, что одна частица улетит на Венеру, а другая на Марс. Математически всё это описывается в одну строчку и называется белловским состоянием. Это и есть состояние запутанности.

[…] Если вернуться в привычный ньютоновский мир, то можно представить, что у нас есть коробка с двумя ботинками — правым и левым. Допустим, мы разрезали эту коробку пополам и один ботинок отправили на Марс, другой на Венеру, и мы не знаем, где какой ботинок находится. Если, находясь на Марсе, мы видим, что ботинок правый, значит, на Венере должен быть левый. Но квантовая запутанность гораздо тоньше и сложнее: мы можем с этим правым ботинком провести какую-то операцию — например, попытаться переделать его в левый...

Статьи по теме

• Нобелевские премии 2022 года. Квантово-запутанная премия. От невероятного эффекта до технологии
• «Альберт, ты не прав»

№11, 2022