Нобелевская премия по физике. Бог все-таки играет в кости

Интервью Бориса Штерна со Станиславом Страупе
«Троицкий вариант» №20(364), 18 октября 2022 года

Джон Клаузер, Ален Аспе и Антон Цайлингер («Википедия»; The Royal Society; Jacqueline Godany)

Нобелевскую премию по физике получили Ален Аспе (Alain Aspect), Джон Клаузер (John Clauser) и Антон Цайлингер (Anton Zeilinger) «за эксперименты со спутанными фотонами, доказательство нарушений неравенств Белла и заложение основ квантовой информатики». Комментирует Станислав Страупе, старший научный сотрудник физического факультета МГУ, руководитель группы Российского квантового центра. Беседовал Борис Штерн. Видеозапись интервью можно посмотреть на YouTube.

Борис Штерн

— Для начала небольшая метафора. Рассказывают, что спутанность частиц можно сравнить с парой носков. Как только мы одеваем носок на левую ногу, второй носок автоматически становится правым, где бы он ни находился. А что, если один носок на Земле, а другой — на Марсе, и космонавтам на разных планетах нужно синхронно надеть эти носки в течение двух секунд? Послать сигнал на Землю никаким образом нельзя. В случае с носками у нас ничего не выйдет, а вот если мы будем манипулировать спутанными частицами, то всё получится — на большом расстоянии и мгновенно. Может быть, есть какая-то тайная метка, по которой мы можем определить, правый ли это носок или левый? Как я понимаю, лауреаты Нобелевской премии задались схожим вопросом. Эти метки называются скрытыми параметрами, верно?

Станислав Страупе

— Да, это скрытые переменные, или скрытые параметры. Лауреатам удалось экспериментально показать, что на спутанных частицах, в отличие от носков, скрытой метки быть не может. Аналогия с носками хороша, потому что в ней есть еще такой аспект: если космонавту на Марсе отправить носок, то он не поймет, левый он или правый. Для того, чтобы это понять, нужно связаться с Землей и узнать, на какую ногу там надели другой носок. Если на правую, то носок космонавта — левый. Без этого канала связи никуда, без него мы нарушим принцип релятивистской причинности. Передавать информацию, посылая друг другу носки быстрее скорости света, мы не способны — тут не поможет никакая квантовая запутанность. Тем не менее нечто экстраординарное всё равно происходит. Мне больше нравится другая аналогия, которую в свое время придумал Джон Прескилл. Как возникают корреляции в классической физике? Вот простой эксперимент: я нахожусь на Земле и у меня есть набор черных и белых шаров. Я раскладываю их по коробкам. Если в одну коробку я кладу черный шар, то в другую обязательно помещаю белый — они непременно должны антикоррелировать. Коробки же я выбираю случайно. Одну из них получает корреспондент на Марсе, а другая отправляется на Венеру. Такая рассылка коробок с шаром в каждой повторяется много-много раз. Получатели открывают коробки и случайным образом обнаруживают черный или белый шар. По статистике у нас не будет ничего особенного — примерно в половине случаев черный, в половине случаев белый. Затем получатели встречаются, сверяют данные и с удивлением обнаруживают стопроцентную антикорреляцию: у одного черный шар, а у другого белый. Корреспонденты делают вывод: есть я, раскладывающий шары человек, и общая причина, которая вызывает корреляции. Если бы они знали, как я раскладываю шары, то могли бы полностью объяснить корреляции. В классической физике считается, что у шара всегда есть истинный цвет, который мы видим при открытии коробки. Кажущаяся случайность связана с тем, что мы не знаем начальных условий, не знаем, как разложены шары по коробкам, и прибегаем к вероятности, чтобы описать произошедшие события.

В квантовой механике же дела обстоят интереснее. Если будем продолжать аналогию с шарами, то давайте добавим такие параметры: открывая коробку сверху, мы можем обнаружить либо черный, либо белый шар, а открывая сбоку — синий или красный. Цвет шара будет зависеть от того, как мы открыли коробку. Оказывается, квантовомеханический эксперимент можно устроить таким образом, что вне зависимости от того, как экспериментаторы открывают коробки, у них будут антикоррелируемые результаты, если коробки будут открываться одинаковым образом (при том, что подсчет шаров будет произведен намного позже их запечатывания и отправки на Венеру и Марс). Квантовые корреляции отличаются от классических тем, что наблюдателю кажется, что шары каким-то образом знают друг о друге, о том, каким образом открываются коробки. Экспериментаторы могут чисто случайно (коммуникация между ними невозможна в силу пространственноподобного интервала) выбрать одну и ту же коробку, и результат будет антикоррелированным. Многих это неприятно поражало.

История нынешней Нобелевской премии уходит корнями в 1920-е годы и дискуссию между Нильсом Бором и Альбертом Эйнштейном на V Сольвеевском конгрессе. Эйнштейну не нравилась вероятностная интерпретация квантовой теории: вроде бы всё хорошо, но вот если попытаться описать взаимодействия макроскопических приборов с этим квантовым миром, то неизбежно возникнет вероятность. Бор утверждал, что она фундаментальна и не является свидетельством нашего незнания: нам остается только делать вероятностные предсказания. Эйнштейн же утверждал, что «Бог не играет в кости»: должна найтись другая, более полная теория, в которой этой вероятности не будет. Соответственно, все статистические интерпретации, которые мы видим, — следствие того, что мы не знали о скрытых параметрах. Эйнштейн еще называл их элементами реальности и говорил, что не бывает так, что у вас не получится предсказать отклонение спина в эксперименте Штерна — Герлаха. (После пропускания через установку он отклоняется либо влево, либо вправо в зависимости от значения проекции спина на ось, вдоль которой направлен градиент магнитного поля.) Должен быть некий элемент физический реальности, который подскажет нам, что произойдет. Если я знаю всё про систему, то почему в этом эксперименте я не могу предсказать всё до конца, почему я вынужден ограничиваться вероятностным описанием? Бор отвечал, что есть вещи, которые мы не узнаем никогда и что Природе бессмысленно задавать вопросы, на которые нет ответа — так уж устроен мир. Казалось, спор философский, и разрешить его физическим экспериментом вряд ли можно. А оказалось, что можно, — и поставившие такие эксперименты получили Нобелевскую премию.

— Получается, Бор не верил в существование скрытых параметров, считал вероятность фундаментальной вещью. Как я понимаю, в те времена у него на руках не было твердых доказательств...

— Да, аргументы в пользу той или иной ситуации были сформулированы значительно позже. Сам Эйнштейн в 1935 году аргументировал неполноту квантовой механики в статье, написанной в соавторстве с Подольским и Розеном¹. Они предложили так называемый парадокс EPR. При распаде частиц на две части можно измерить у одной из них импульс и благодаря закону сохранения импульса узнать аналогичную величину второй частицы. Определив координату, одновременно можно узнать значение двух некоммутирующих наблюдаемых. Для квантовой теории не очень хорошо, но особого противоречия нет, и Эйнштейн это понимал. Но ему не нравилось, что одна частица каким-то образом мгновенно понимает, какую наблюдаемую измеряют у другой частицы и, соответственно, ее состояние коллапсирует до состояния, собственного для координаты или импульса. Более наглядно можно продемонстрировать это в варианте Дэвида Бома: есть два спина в синглетном состоянии, проекции которых можно измерять в приборе типа Штерна — Герлаха. Если мы будем измерять проекции разных спинов на одинаковую ось, то всегда будем получать антикоррелированные результаты. Ось же можно ориентировать как угодно: состояние каждого из спинов будет инвариантно относительно локальных унитарных преобразований. Локально можно настраивать ориентацию прибора Штерна — Герлаха случайным образом, вероятности результатов измерений не изменятся. Однако как только оба экспериментатора выберут одинаковую ориентацию, они будут получать антикоррелируемые результаты. Если же ориентация будет разной, то результат будет произвольный...

— Допустим, взяли перпендикулярную ориентацию. Получили плюс на первом спине и либо плюс, либо минус на втором. Суммарный спин должен быть равен нулю, но мы видим, что результат отличен от нуля. Как объяснить это на квантовом языке в классическом подходе?

— По статистике всё понятно — ноль, но в каждой конкретной ситуации для перпендикулярного направления у нас будет совершенно неопределенный исход. Поскольку это синглет, то вне зависимости от ориентации прибора Штерна — Герлаха у каждого из экспериментаторов исходы всегда будут равновероятными, ведь у спинов полностью смешанное состояние. Но полное состояние — чистое, синглет. Проявляться это будет в том, что когда мы меряем на одно и то же значение проекции, на одну и ту же ось, результат всегда будет противоположным. При этом важно, что выбрать ориентацию оси можно уже после того, как наши спины разлетелись. В синглетном состоянии же они находились изначально — имело место некое взаимодействие, сделавшее спины синглетными. Далее мы дали им разлететься в разные стороны и после этого ориентируем прибор. В этом-то и заключалась идея эксперимента Алена Аспе. Джон Клаузер, разделивший с Аспе Нобелевскую премию, первым обратил внимание на статью² Джона Стюарта Белла, опубликованную в конце 1960-х годов, поняв, что такой эксперимент можно провести в лаборатории. Белл же пошел чуть дальше, чем Эйнштейн, Подольский и Розен, постаравшись количественно ответить на вопрос: а что случится, если будут скрытые параметры и полный детерминизм? Возьмем пару спинов и предположим, что у каждого из них есть некое нам неизвестное состояние. В аналогичном эксперименте мы можем измерить тестовую статистику и выяснить, что она никогда не будет больше двух, вне зависимости от устройства спинового состояния. Некая величина, определенные корреляторы с правильными знаками будут меньше или равны двойке для любого эксперимента — это стали называть неравенством Белла.

Джон Клаузер понял, что неравенство можно проверить на поляризованных фотонах — в оптике это сделать проще, чем на спинах. Эксперимент заключался в том, что два фотона проходили через линейные поляризаторы в двух плечах установки. Поляризаторы ориентировались определенным образом, затем велся подсчет статистики. Надо сказать, что установка оснащалась вращающимися поляризационными светоделителями, через которые фотон или проходил, или отражался. В плечах прибора также находились два детектора. Совпадения между их отсчетами регистрировались.

— Я видел схему, где каждый фотон расщепляется полуотражающей пластинкой...

— Такие эксперименты тоже есть, но в нашем случае схема устроена не так — достаточно обычного проекционного измерения, поляризационного светоделителя. Корреляция между фотонами появляется сразу. И Клаузер, и Аспе использовали атомный каскад — двухфотонный переход из возбужденного состояния в основное через промежуточное. Можно подобрать параметры эксперимента так, чтобы рождающиеся фотоны были запутаны по поляризации. В эксперименте Клаузера был один недостаток: направление поляризатора выбиралось случайно, но заранее. В мысленном эксперименте Белла, описанном в статье², направление поляризации выбиралось тогда, когда фотоны уже улетали — для того, чтобы выбор направления поляризатора не влиял на то, как в синглетном состоянии устроены гипотетические скрытые переменные. Мы же тестируем гипотезу, что всё можно описать не квантовой теорией, а какой-то другой, более глубокой физикой, скрытые параметры которой нам пока что неизвестны. Черт его знает, от чего оные зависят, но вдруг на это влияет угол поворота поляризатора? Тогда это всё объяснит.

А нужно было сделать вот что: подождать, пока фотоны улетят, и пока они летят от места рождения до места измерения, повернуть поляризатор. Технически это было сделать очень сложно из-за того, что скорость света большая. В то время несколько десятков наносекунд, в течение которых даже на большом оптическом столе фотоны летят из одного конца в другой, считались маленьким временем — за эти наносекунды нужно было успеть повернуть поляризатор. Аспе придумал, как это сделать: не поворачивать поляризаторы, а поставить акустооптический дефлектор, который будет быстро отклонять пучок. В этом устройстве свет дифрагирует на бегущей акустической волне. Соответственно, эту ультразвуковую волну мегагерцовых частот можно быстро включать и выключать. За несколько наносекунд можно поменять направление распространения светового пучка. На одном направлении ставится поляризатор, ориентированный одним образом, на другом — ориентированный иначе. С помощью генератора случайных чисел решается, в какую сторону направить фотон после его излучения. Естественно, результаты не поменялись. Казалось бы, зачем этим заниматься? Квантовая теория очевидна, есть тысячи свидетельств, что она работает. Но ведь дело в том, что вопрос интерпретации квантовой теории — один из фундаментальных. Есть ли смысл искать какую-то более глубокую детерминистическую теорию? Эйнштейн считал, что смысл есть, и раз он всерьез так думал, то стоит прислушаться. Идеи Белла и последующие эксперименты нобелевских лауреатов показали, что такие поиски бессмысленны — нравится нам это или нет, существует истинная случайность. Это экспериментальный факт. Неравенства Белла сформулированы настолько общим образом, что даже если квантовую теорию сменит другая, то она тоже будет вероятностной — фундаментальная случайность никуда не денется.

— Если нет скрытых параметров, то получается довольно-таки ужасная вещь: частица одновременно находится везде, будучи спутанной. А мы привыкли к локальной физике, где частица взаимодействует в определенной точке, всё куда-то летит. Противное принять сложно: частица и тут, и на Марсе, и где-то еще... Это, мне кажется, даже сложнее принять, чем скрытые параметры.

— Строго говоря, то, что отрицает нарушение неравенств Белла, называется локальным реализмом. Это не локальность и не реализм (детерминированность исходов измерений) сами по себе, а их смесь. Неравенства Белла выводятся в предположении, что есть скрытые локальные переменные: их значение в одном месте не может моментально повлиять на значение переменных в другой точке. Именно такую теорию отвергает наличие неравенств Белла. От чего-то придется отказаться: либо от реализма, либо от локальности. Первый вариант: отказаться от локальности. Тогда нам придется признать, что исход измерения у одного из экспериментаторов на Марсе мгновенно окажет воздействие на события на Венере, и это нелокальность. Это будет странно, ведь есть релятивистская причинность, есть ограничения — Эйнштейну вряд ли бы понравился такой вариант. Приходится отказываться от реализма, говоря, что в синглетном состоянии у каждого из спинов нет никакой определенной ориентации. В процессе эксперимента, когда спин проходит через прибор Штерна — Герлаха, появляется определенное значение проекции. Принципиальный момент: не проведенные эксперименты не имеют исходов — «unperformed measurements have no results». Нельзя говорить о том, что тот или иной эксперимент повлечет за собой определенный исход, до тех пор, пока его не проведут.

Нарушение неравенств Белла в большинстве квантово-оптических лабораторий вошло в рутину: это используется для тестирования качества запутанных состояний, ведь никто уже не сомневается, что что-то тут не так. Если вдруг неравенства Белла у вас не нарушаются, то это не значит, что появились скрытые переменные — просто ваша установка плохо работает. Любопытно, что эксперименты в этой области продолжаются вплоть до нынешнего времени. Скажем, не прекращаются попытки отыскать лазейки (loopholes) в рассуждении и постановке эксперимента. Например, говорят, что детектируются не все спускающиеся фотоны, а лишь малая их часть. Может быть, в эксперименте используется нечестная выборка? Но природа устроена таким образом, что именно те фотоны, которые мы регистрируем, выглядят как нечестная выборка. А если зарегистрировать все 100%, то результаты будут иными. В 2015 году проводились эксперименты с регистрацией почти всех фотонов — неравенства Белла всё равно нарушались. Совершенно замечательный опыт с точки зрения экспериментальной техники, ведь он способствует прогрессу.

— Нобелевку разделили три человека. В каком порядке кто из них что сделал?

— Джон Клаузер был первым, кто провел экспериментальный тест неравенств Белла. Ален Аспе провел опыт в точности так же, как его хотел сделать Белл: с выбором базиса измерений после того, как фотоны разлетаются. Антон Цайлингер же просто молодец: он провел очень много экспериментов в области квантовой информации. К истории с неравенствами Белла работы Цайлингера, конечно, относятся, но они увидели свет куда позже трудов Клаузера и Аспе. Упоминания заслуживают его эксперименты с запутанными фотонами: Цайлингер предложил методы генерации запутанных фотонов, которые все используют. Это позволило превратить эксперименты — сложные и большие проекты — в нечто доступное даже для студентов в институтской лаборатории.

— Имеет ли спутанность значение в квантовых компьютерах?

— Конечно, имеет. Не будь спутанности, квантовые вычисления стали бы невозможными. В каком-то смысле запутанность (как ее ни называй — спутанность, сцепленность, entanglement) представляет собой лишь математическое следствие принципа суперпозиции. Возьмем состояние из n кубитов, т. е. двухуровневых квантовых систем, где пространство состояний имеет базис: все n — нули, затем добавляется единица (n–1 = 0) и т. п.: двоичные строки из n бит. Принцип суперпозиции говорит нам, что состояние общего положения будет представлять суперпозицию из 2ⁿ базисных состояний, естественно, запутанную. Гигантская размерность этого пространства состояний — именно то, что делает квантовые компьютеры такими сложными для классического моделирования. С другой стороны, на таких машинах можно делать трюки, которые классические компьютеры не потянут.

Если же говорить о технологии, на которую эксперименты нобелевских лауреатов повлияли напрямую, то это квантовая связь. Она включает в себя квантовую криптографию, квантовое распределение ключей. Это протоколы, позволяющие распределять случайную последовательность битов, которая будет использоваться как криптографический ключ для шифрования связи между двумя легитимными пользователями. Невозможно перехватить этот ключ, не будучи обнаруженным. Такая технология базируется на фундаментальной случайности в квантовых измерениях. Если вы меряете неизвестное вам квантовое состояние, то, скорее всего, базис измерений не удастся подобрать так, чтобы получить достоверный исход. Если же вы получаете исход с какой-то вероятностью, то состояние после измерения будет коллапсировать в собственное состояние измерительного прибора и в результате изменится. Таким образом, можно придумать протокол распределения случайностей, основанный на этих феноменах. Если бы не было уверенности в том, что есть истинная квантовая случайность, то уверенности в секретности квантовой криптографии, наверное, тоже не было бы.

— Может быть, у вас самого найдется, что добавить по поводу нынешней Нобелевской премии и ее лауреатов?

— Могу поделиться любопытным фактом: недавно я обнаружил, что Джон Белл опубликовал свою статью² о неравенствах в очень странном журнале под названием «Physics Physique Физика»³. Оказалось, что он издавался лишь в течение четырех лет, пришедшихся на изыскания Белла в области квантовой теории. Журнал интересен тем, что его издавал Фил Андерсон, а статьи выходили на трех языках: английском, французском и русском. По-моему, это замечательно — надеюсь, золотые годы международной науки вернутся, и свет снова увидят интернациональные журналы, где будут публиковаться результаты, которые когда-нибудь удостоятся Нобелевской премии.

— Да, было бы замечательно. Большое спасибо за беседу!

¹ Einstein A., Podolsky B., and Rosen N. Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete? // Phys. Rev. 1935. 47(777).

² Bell J. S. On the Einstein Podolsky Rosen Paradox // Phys. Phys. Fiz. / P. W. Anderson, B. T. Matthias — Pergamon Press, 1964. DOI: 10.1103/PHYSICSPHYSIQUEFIZIKA.1.195.

³ PHYSICS PHYSIQUE FIZIKA.

Бытие из бита

Виталий Мацарский

Иногда случаются любопытные совпадения. Только вышел номер нашей замечательной газеты от 4 октября с моей заметкой о Дэвиде Боме, как тут же объявили лауреатов Нобелевской премии по физике. А присудили ее трем ученым, которые на практике показали, что взгляды Бома, скорее всего, неверны. О сути их работ можно узнать из интервью Бориса Штерна со Станиславом Страупе или из отличной статьи Алексея Левина на сайте «Элементы.ру»^I.

В вышедшем почти десять лет назад сборнике «Наука и предельная реальность» есть статья^II одного из лауреатов — австрийского физика Антона Цайлингера. Сборник посвящен юбилею Джона Арчибальда Уилера и содержит доклады, прочитанные на проходившем в марте 2002 года симпозиуме по случаю его 90-летия. На симпозиуме присутствовал и сам юбиляр, что, учитывая его почтенный возраст, бывает нечасто. (Одно из исключений — конференция, посвященная 90-летию лингвиста Юрия Дерениковича Апресяна^III. — Ред.)

С момента подготовки Цайлингером этой статьи до присуждения ему Нобелевской премии прошло 20 лет, так что, казалось бы, нечего ее и вспоминать, ведь с тех пор он опубликовал много чего еще, однако там очень четко, просто и понятно изложены его взгляды. Позволю себе приводить обширные цитаты практически без комментариев.

Вот, например, как Цайлингер воспринимает реальность в квантовой теории: «Выбирая прибор, экспериментатор определяет, будет ли данное явление наблюдаться как волна или как частица, и, как только выбор сделан, Природа дает соответствующий ответ, а другая альтернатива исчезает навеки. Итак, можно заключить, что выбором прибора экспериментатор может определять, какая характеристика станет реальностью в эксперименте. В этом смысле сделанный экспериментатором выбор вносит составляющую в реальность, но следует строго предостеречь против субъективистской интерпретации роли экспериментатора или наблюдателя. Ясно, что сознание наблюдателя ни в коей мере не влияет на частицу, в отличие от широко распространенной, но неудачной интерпретации квантовой теории».

Цайлингер вполне согласен со взглядами Нильса Бора, который однажды сказал: «Квантового мира нет. Есть только абстрактное квантовое физическое описание. Неверно думать, что задача физики — обнаруживать, как устроена Природа. Физика — это то, что мы можем сказать о Природе».

На этом основании Цайлингер делает следующий вывод: «То, какой вопрос мы формулируем, задает пределы наших потенциальных знаний о мире. Значит, как в научной деятельности, так и в повседневной жизни мы собираем информацию о мире, информацию, которую всегда можно разбить на вопросы и ответы или на ряд предположений типа „истинно/ложно“».

Отсюда непосредственно следует его подход к информации.

«Такая гигантская система, как галактика, требует для своего полного описания колоссального количества битов информации. Но что происходит с информацией по мере уменьшения размера системы? Очевидно, что при делении системы на две части разумно предполагать, что для описания каждой половинки потребуется половина информации. Будем поэтому делить систему на всё более мелкие части, так что количество битов информации, требующихся для описания системы, будет неуклонно уменьшаться. Ясно, что в конце концов мы придем к фундаментальному пределу, и этот предел достигается, когда система несет всего один бит информации. Очевидно, что меньше уже быть не может. Разумно тогда определить самую элементарную систему следующим образом: наиболее элементарная система несет один бит информации».

«Наше замечание о том, что наиболее элементарная система несет только один бит информации, просто означает, что она может дать ответ только на один вопрос или же сообщать об истинности или ложности только одного высказывания. Теперь можно показать, как это невинное соображение приводит к пониманию таких фундаментальных понятий, как дополнительность, случайность индивидуальных квантовых событий и запутанность».

«Наше представление о том, что самая элементарная система несет лишь один бит информации, ведет к естественному пониманию запутывания. Понятие запутывания (по-немецки Verschrankung) было введено Эрвином Шрёдингером, причем он назвал его наиболее существенной чертой квантовой физики. Запутанное состояние в простейшем случае имеет два квантовых бита, или кубита, несущих значение бита „0“ или „1“. Запутанное состояние означает, что если первый кубит несет значение бита „0“ или „1“, то второй кубит несет другое значение бита „1“ или „0“, так что между обоими имеется полная корреляция. Физически кубитом может быть любая дихотомная (то есть двухуровневая) наблюдаемая, например спин электрона, поляризация фотона или путь частицы в интерферометре. Наиболее важно то, что описанное состояние представляет собой когерентную суперпозицию двух возможностей, а не просто статистическую смесь».

«Чтобы увидеть связь с информацией, имеет смысл предположить, что две элементарные системы несут лишь два бита информации. Можно просто предположить, что каждый бит информации представляет возможный результат измерения для каждой элементарной системы самой по себе. Будем называть это локальным кодированием. В таком случае любые взаимоотношения между возможными результатами обоих измерений есть лишь следствие информации, переносимой каждой индивидуальной системой. Например, если использовать два бита, каждый из которых определяет спин по оси z, то при этом однозначно определяется, как измерения спина по этой оси соотносятся друг с другом. Это есть, очевидно, дополнительный бит информации, но это не независимая информация, а прямое следствие способа кодирования информации в двух системам самих по себе».

«Но могут быть и совершенно другие ситуации. Вместо определения информации, переносимой каждой системой по отдельности, можно использовать оба бита для представления только того, как соотносятся между собой результаты измерения, выполненного над двумя системами. Тогда состояние единственным образом определяется двумя утверждениями: „два кубита ортогональны в выбранном базисе“ и „два кубита ортогональны в сопряженном базисе“».

«Итак, мы использовали два бита информации; утверждения, очевидно, независимы друг от друга, и не осталось никакой информации для определения результатов измерений индивидуальных систем самих по себе. Поскольку не осталось никакой информации для определения индивидуальных систем как таковых, результат измерения каждой индивидуальной системы самой по себе должен быть совершенно случайным, как и предписывается квантовой механикой. Это и есть загадка запутанности, изложенная в точности по Шрёдингеру».

«Таким образом, получается, что результаты измерения полностью коррелированы, хотя индивидуальные системы вообще не несут никакой информации. Мы показали, как наш принцип конечности информации вместе с таким способом распределения информации между двумя системами непосредственно приводит к интуитивному пониманию запутанности».

«Итак, мы увидели, что наиболее фундаментальные концептуальные понятия или следствия квантовой механики можно легко понять на основе нашего определения наиболее фундаментальной системы как базового элемента информации — бита. Остается лишь проанализировать понятие „системы“. Соблазнительно предположить, что система в нашем смысле есть нечто существующее со всеми своими свойствами само по себе и независимо от наблюдения. Однако при аккуратном рассмотрении понятия элементарной системы оказывается, что она есть всего лишь то, что в конкретной экспериментальной ситуации характеризуется информацией. Следовательно, система есть лишь нечто, к чему относится информация. Другими словами, помимо этой информации ничего нет».

Цайлингер полагает, что позиция, согласно которой во внешнем мире всё же есть некая реальность, независимая от того, что мы о ней знаем, лишена смысла.

«Очевидно, что любое свойство или характеристика реальности „там снаружи“ может основываться лишь на получаемой нами информации. Нет и не может быть ни одного утверждения о мире или о реальности без такой информации».

«Иначе говоря, операционально отделить реальность от информации невозможно. Значит, следуя принципу бритвы Оккама, представление об их различии нужно отбросить, поскольку представление о существовании такого различия не дает ничего, чего нельзя было бы получить без него. Следовательно, изучая фундаментальные элементы информации, мы автоматически изучаем фундаментальные элементы всего мира. Мы уже видели ранее, что любое представление информации основывается на битах. Любой объект представляется колоссальным количеством битов. При переходе ко всё более мелким объектам мы с необходимостью приходим к тому, что такие объекты могут характеризоваться одним битом, двумя битами, тремя битами и т. д., т. е. информация квантована в значениях „истинно/ложно“. С точки зрения нашего представления о том, что информация и реальность — это по сути одно и то же, реальность тоже должна быть квантована. Другими словами, квантование в физике — это то же самое, что квантование информации».

Пожалуй, приведенных цитат достаточно, чтобы составить себе представление о взглядах на реальность одного из Нобелевских лауреатов по физике 2022 года.

Как к ним относиться — судить читателям.

Виталий Мацарский

---

^I Нобелевская премия по физике — 2022, «Элементы», 08.10.2022.

^II Цайлингер А. Откуда квант? «Ит» из «бита»? Интерактивная Вселенная? Три провидческие проблемы Джона Арчибальда Уилера в их связи с экспериментом // Наука и предельная реальность: квантовая теория, космология и сложность / Ред. Дж. Барроу, П. Дэвис, Ч. Харпер-мл. — М. — Ижевск: ИКИ, 2013. — С. 171–186.

^III Лингвисту Юрию Апресяну — 90 лет, «Троицкий вариант — Наука» № 3(297), 11 февраля 2020 года.