Эти ученые, по словам Нобелевского комитета, «открыли дверь в новую эру экспериментов с квантовой физикой, демонстрируя непосредственное наблюдение отдельных квантовых частиц, не разрушая их». Их работа открывает фантастические перспективы в области вычислительной техники.

Со стороны звучит несколько странно – наградить экспериментатора за то, что он не разрушает объект исследований. Но в квантовой физике это очень важный момент. Да простят меня квантовые физики, говорить об их науке в их терминах с нормальными людьми совершенно немыслимо. Квантовый мир фантастичен настолько, что чудеса Иисуса Христа кажутся по сравнению с ним вещами простыми и легко объяснимыми.

Квант – это, по сути дела, фиксированная порция электромагнитного излучения, например, солнечного света или лазерного луча, который еще называют фотон. Фотон – это частица, которая не имеет массы, у нее нет заряда, и существует она только в процессе движения. Если она врезалась в атом – она передает ему свою энергию, а сама исчезает.

Фотон, как воплотившийся на земле Бог, дуалистичен: Иисус, согласно христианскому богословию, имеет в равной степени и в полной мере две природы — божескую и человеческую, а квант одновременно и в полной мере демонстрирует свойства и частицы, и волны. Такой же дуализм, кстати, характерен и для электрона. Но дело не только в этом. Фотоны как частицы квантового мира могут пребывать в состоянии суперпозиции – то есть, популярно говоря, могут быть одновременно и «нулем», и «единицей», и «черными», и «белыми». Какова частица в данный конкретный момент – мы не знаем, а если измерим ее состояние, то она тут же исчезнет. Это важнейший момент: частицы нельзя «измерять» без их потери или изменения их состояния.

Но и это еще не все. Частицы обладают так называемой квантовой спутанностью. То есть если мы получаем две частицы в результате одного процесса, то они, даже разлетевшись, продолжают «чувствовать» друг друга, когда одна меняет свое состояние в зависимости от изменения состояния другой частицы.

Все происходит по вероятностной схеме. Что получится, если мы их измерим, – неизвестно. Точнее, есть одна возможность из некоторого, в принципе конечного количества вариантов. На практике кодируют такие параметры фотона как спин (вращение) и поляризацию, что дает в итоге 4 варианта. Но при этом из двух спутанных частиц можно создать такое состояние, что если одна из них «черная», то другая обязательно будет «белой». И часть информации здесь всегда равна целой. Видите, насколько этот мир отличается от нашего...

Одним из методов исследования микромира, имеющих практический аспект, был и остается метод квантовой телепортации. Его система выглядит примерно следующим образом:

1. Есть Отправитель и есть Получатель информации. Физики называют отправителя Алисой, а получателя – Бобом, но, думаю, проще называть их по их сущности. Итак, у Отправителя есть частица А в определенном состоянии. Это состояние и является ценной информацией.

2. Создается пара частиц В и С, их состояния спутаны, но неизвестны до момента их измерения. Частица С остается у Отправителя, частица В уходит Получателю. Получатель теперь располагает частицей В. Если частица В приобретет свойства частицы А, то Получатель получит желаемую информацию.

3. Отправитель устанавливает взаимодействие частиц С и А, частица А при этом необратимо меняет свое состояние, оно переходит на частицу С, и....

4. Поскольку частицы С и В спутаны, то, получив (например, по обычному оптическому кабелю) информацию о частице А в момент разрушения ее состояния, становится ясно, что надо сделать с частицей В, чтобы получить исходное состояние А. Информация об А передана.

С профессиональным описанием процесса и с технологическими схемами можно ознакомиться здесь – это результаты практических опытов по телепортации частиц.

Что все это значит? Прежде всего, что квантовая телепортация – это перенос через пространство информации, но не материальных объектов. Второе, она возможна только на ограниченном расстоянии, потому что необходим обычный радио или проводной канал передачи информации.

И вот в развитие всей этой базы и были проведены работы Сержа Ароша и Дэвида Уайнлэнда, которые нашли способы анализировать состояние частиц, так сказать, щадящим способом, с применением лазерного излучения. Они «ощупывали» лазером мишени и оценивали их состояние в суперпозиции, не изменяя этого состояния. Желающих поломать голову над тем, как именно они это осуществляли, можно отослать сюда.

Так зачем нам, людям, нужна эта головоломка? Головоломка – правильное слово. Специалисты сразу поняли, что если ключ к шифру послать с помощью квантового передатчика, то любая попытка перехватить его обернется полным и гарантированным уничтожением ключа. И отправитель шифрограммы будет точно знать, что кто-то интересуется его перепиской.

Гораздо интереснее другое. Если создать компьютер, который будет оперировать квантами, открываются захватывающие перспективы. Квантовый бит информации (кубит) может одновременно (благодаря явлению суперпозиции) кодировать и «0», и «1». Значит, два кубита – это возможные комбинации: 00, 01, 10, 11. Три кубита – 000, 001, 010, 011, 100, 101, 1010, 111. Возникает ряд – 2, 4, 8... это прогрессия 2 в степени N.

Поскольку квантовый компьютер работает сразу с массой спутанных частиц, то это означает, что расчет можно производить одновременно для всех функций с заданной переменной одновременно. О быстродействии такого компьютера даже трудно говорить – все наши компьютеры сегодня могут стать удивительным анахронизмом. Правда, пока квантовые компьютеры находятся еще только в начальной стадии разработки, но все же.

В итоге квантовый компьютер может стать основой для создания новой информационной среды, в которой будет возможно развитие рукотворного разума, поскольку работа нейронов в нашем мозге также построена на вероятностной модели. Это маленькая щелка в новый, удивительный мир, где человечество научится создавать полноценный искусственный разум, а это в свою очередь может открыть для людей самые удивительные возможности, вплоть до межпланетных путешествий. Вот за это премии и дают.