Квантовая случайность. Нелокальность, телепортация и другие квантовые чудеса - Николя Жизан

Я не могу удержаться от описания одного последнего результата, тоже совсем недавнего, хоть он и отрицательный. Для спасения локальности, то есть идеи о том, что предметы и воздействия распространяются непрерывно из точки в точку, без разрывов и скачков, – идеи, которая так глубоко укоренилась в нашем сознании, что нам так трудно от нее отказаться, очень соблазнительной выглядит идея о том, что Алиса или ее прибор влияет на Боба каким-то неуловимым образом, который остается незаметным для физиков начала XXI века. Или что Боб влияет на Алису, в зависимости от того, кто первый делает выбор. Так как эта хронология зависит от произвольного выбора системы отсчета, хочется вообразить, что есть какая-то привилегированная система отсчета, которая определяет раз и навсегда порядок всех интересующих нас событий. Мы видели, что эксперимент может установить нижнюю границу скорости такого воздействия (см. главу 9) Но разве не может быть так, что очевидная нелокальность – это следствие воздействия, распространяющегося непрерывно из точки в точку между Алисой и Бобом с гигантской скоростью, определенной в привилегированной системе отсчета, которая пока неизвестна физикам? Согласно этой гипотезе, если воздействие приходит вовремя, то наблюдаемые корреляции будут как раз такими, какие описывает квантовая теория, а если воздействие не успевает, то эти корреляции с необходимостью являются локальными, а потому не дадут нам победить в игре Белла. Такая гипотеза противоречит духу теории относительности Эйнштейна, но не противоречит никаким экспериментальным проверкам этой теории. Короче говоря, эта гипотеза мирно сосуществует с теорией относительности, так же как и нелокальные квантовые корреляции, которые позволяют нам побеждать в игре Белла.

На первый взгляд, исключить такое объяснение кажется невозможным. В лучшем случае мы можем провести новые эксперименты вроде того, что описан в главе 9 и устанавливает нижний предел скорости распространения этого гипотетического воздействия. Но мы можем быть умнее.

Действительно ли существование воздействий, распространяющихся быстрее света, обязательно влечет за собой возможность коммуникации со сверхсветовой скоростью? Ведь можно представить себе, что такие воздействия навсегда останутся скрытыми. Это звучит не слишком хорошо с точки зрения физики, но естественно предположить, что пока физики не могут контролировать эти гипотетические воздействия, они не смогут и использовать их для сверхсветовой коммуникации.

Удивительно, но этой простой гипотезы, согласно которой мы не способны на коммуникацию со скоростью выше скорости света, если не можем контролировать это воздействие, достаточно для доказательства того, что такие воздействия не могут существовать! Этот результат получили во время написания этой книги мой студент Жан-Даниэль Банкаль, малайзийский постдок Йонг-Ченг Лянг, трое моих бывших коллег – Стефано Пироньо из Брюсселя, Антонио Ачин из Барселоны и Валерио Скарани из Сингапура – и я. Это была кульминация большого приключения, которое началось более десяти лет назад. Не удивляйтесь, что это будет трудно понять, ведь даже у нас это заняло столько времени. Я постараюсь обобщить наши разработки, но вы можете сразу перейти к выводам. Просто поймите, что даже само предположение о воздействиях, распространяющихся на сколь угодно больших, но конечных скоростях, быстрее скорости света, но тем не менее конечных, – даже эту экстремальную гипотезу можно опровергнуть. Природа совершенно точно нелокальна.

Гипотеза сверхсветовых воздействий может воспроизвести все экспериментальные результаты между двумя партнерами, например нашими друзьями Алисой и Бобом. Так как мы не можем обеспечить идеальную синхронизацию в эксперименте, мы всегда можем предположить, что эти взаимодействия распространяются достаточно быстро, чтобы успеть скоррелировать два события. С тремя партнерами вопрос остается открытым^[107]. Но с четырьмя партнерами, назовем их A, B, C и D, мы нашли такой довод. Представим, что в привилегированной системе отсчета первой производит измерение A, затем D, а потом и почти одновременно – B и C, так что воздействие от А успевает дойти до всех трех партнеров, а воздействие от D успевает дойти до B и C, но B и C не могут повлиять друг на друга. В этой конкретной ситуации корреляции ABD и ACD получаются такими же, как предсказывает квантовая теория в соответствии с предположением о скрытом воздействии. Однако корреляция B и C локальна. Нам удалось найти удивительное неравенство^[108], которому удовлетворяют все четырехсторонние корреляции при условии, что корреляция BC является локальной, и которое не может быть использовано для коммуникации без передачи. Более того, это неравенство содержит только члены, основанные на корреляции между ABD и между ACD. Каждая из этих троек взаимосвязана гипотезой о скрытом воздействии, к примеру A влияет на D, которая влияет на B. Следовательно, в описанной выше конфигурации любая модель, использующая скрытые воздействия, распространяющиеся с конечной скоростью, выдает то же значение, что и квантовая теория для этого неравенства. Но квантовое предсказание нарушает наше неравенство, поэтому мы можем сделать вывод, что любая модель, содержащая скрытые воздействия, распространяющиеся с конечной скоростью, с необходимостью производит корреляции, позволяющие сверхсветовую коммуникацию.

Результат, обрисованный выше, завершает инициированную Джоном Беллом программу по объяснению квантовых корреляций через принцип непрерывности, согласно которому всё распространяется непрерывно из одной точки пространства в следующую. Рис. 10.1 иллюстрирует эту программу. Еще раз: неизбежный вывод состоит в том, что удаленные события соединены неким разрывным образом, и природа действительно нелокальна.