Книга ‘Квантовая случайность: Нелокальность, телепортация и другие квантовые чудеса‘ Николя Жизана является неплохим введением в область квантовой информатики и криптографии. В центре рассмотрения лежат неравенства Белла, проверка которых экспериментально доказала квантовую запутанность и квантовую нелокальность. В свою очередь это дало возможности практического использования при разработки каналов коммуникаций, которые невозможно взломать.
Николя Жизан активно участвовал в становлении квантовой информатики и книга позволяет в том числе взглянуть на события тех лет глазами очевидца. В этом контексте интересно отметить консервативность научного сообщества и обычные трудности на пути становления новых идей. Сложный путь к квантовой информатике хорошо передан в прекрасной книге ‘Как хиппи спасли физику‘, но, к сожалению, она не переведена на русский язык. Пара цитат по этому поводу из книги Жизана:
‘Когда Ален Аспе начинал свою исследовательскую карьеру, он пришел к Джону Беллу и предложил провести эксперимент Белла, на что последний ответил: «А у вас уже есть постоянная должность?» По своему опыту Белл знал, насколько рискованно для молодого ученого было работать над предметом, который вызывал такую неприязнь в научном сообществе.’
‘Я расскажу небольшую историю, чтобы вы поняли, насколько мы продвинулись с начала второй квантовой революции в 1990-х годах. В 1983 году я был молодым постдоком в Соединенных Штатах. Однажды ко мне подошел уважаемый профессор, с сияющей улыбкой на лице, и сообщил мне, что только что спас мне жизнь. Он был рецензентом одной из моих ранних научных публикаций, в которой я совершил страшное богохульство, написав, что в квантовой физике представляется возможным, что «система может исчезнуть здесь и появиться вновь где-то еще». Сегодня это напоминает телепортацию, но тогда я вовсе не думал в таком ключе. Это была интуиция. Мой «спаситель» принял мою работу к публикации при непременном условии, что вышеупомянутое богохульство будет исключено. В те времена такое заявление могло навлечь на меня всеобщее порицание!’
Ниже я остановлюсь на моменте, связанном с возможными объяснениями квантовой нелокальности. Отмечу, что интересы Николя Жизана связаны не только с теоретической физикой. Ему также интересны практические применения — он был среди основателей компании ID Quantique, которая разрабатывает коммерческие решения на основе квантовой нелокальности. Можно предположить, что именно это обстоятельство связано с его решительным неприятием супердетерминизма:
‘Одна довольно отчаянная гипотеза отрицает, что Алиса и Боб могут свободного выбирать направление отклонения джойстика. По сути, это означает отрицание существования свободной воли.’
Действительно, невыносимо вести бизнес в рамках картины мира, когда все предопределено и от тебя ничего не зависит.
‘Но что за странное предложение — отрицать существование свободной воли! Неужели идея нелокальности настолько шокирует нас, что мы станем отрицать одну из вещей, столь хорошо нам знакомых? Мы можем заниматься самообучением, узнавая математику, химию, физику и множество других предметов, но мы никогда не будем знать ни одного уравнения, ни один исторический факт или даже простейшую химическую реакцию так же хорошо, как то, что говорит нам личный опыт. По моему мнению, это не что иное, как серьезная гносеологическая ошибка.’
‘Если бы не было свободной воли, мы никогда не решились бы проверить научную теорию. Мы могли бы жить в мире, где объекты умеют летать, но были бы запрограммированы смотреть на них только тогда, когда они падают. Должен признаться, у меня нет доказательства, что у вас есть свобода воли, но я определенно наслаждаюсь ею, и у вас не получится меня переубедить. Такого рода дискуссии часто ходят по кругу. Это логически возможно, но совсем неинтересно, как солипсизм, который утверждает, что я единственный человек в мире, а все остальные — это лишь иллюзии, населяющие мое сознание.’
Николя Жизан продолжает эту логику при критике многомировой интерпретации:
‘Для меня это построение выглядит притянутым за уши. … многомировая интерпретация предполагает тоталитарную форму детерминизма. В самом деле, согласно этой интерпретации, запутанность никогда не нарушается, а лишь распространяется дальше и дальше. Таким образом, всё запутано со всем и не оставляет места для проявления свободной воли.’
Золотые слова, их можно только приветствовать. Ирония ситуации заключается в том, что физики вспомнили про свободу воли исключительно в рамках борьбы с конкурирующими гипотезами. Вполне можно понять жалобы Сабины Хоссенфельдер (сторонница супердетерминизма), что всем здравомыслящим людям (философам, биологам и др.) понятно, что свободы воли нет — про это можно услышать со всех сторон безотносительно к квантовой физике. Только некоторые физики в борьбе против супердетерминизма вытащили на свет забытую идею свободы воли.
Также аргументы Шона Кэрролла (сторонник многомировой интерпретации) об отсутствии связи между квантовой механики и свободы воли вполне безупречны. Можно согласиться с тем, что детерминизм исключает свободу воли, однако свобода воли в полностью стохастическом мире также невозможна. В этом смысле высказывание Николя Жизан о свободе воли никак не связано с квантовой физикой — это его жизненная позиция. Как бы то ни было, приятно увидеть в научно-популярных книгах защиту свободы воли — это редкое исключение в настоящее время.
В целом, взгляд Николя Жизана на квантовый мир, насколько я понял, не сильно отличается от копенгагенской интерпретации. При этом я не понял, почему он в книге несколько раз критикует Бора:
‘Потом Бор и его Копенгагенская школа подавляли любое проявление любопытства, громко и четко заявляя, что квантовая механика представляет собой полную теорию.’
В любом случае в книге отстаивается взгляд на истинную случайность в квантовой механике:
‘природа недетерминистична и что она способна на подлинный акт творения. Другими словами, она может создавать истинно случайные события.’
При этом проблема измерения в квантовой физике осталась в книге незатронутой. Рассмотрим следующее описание:
‘Но, и в этом значительное отличие от облака, электрон не сделан из множества микроскопических капелек воды, и вообще из какого-либо рода капелек. Электрон неделим. А еще, помимо того что он неделим, у него нет определенного положения, а только облако возможных положений. Если, несмотря на это, мы решим измерить его положение, электрон тут же ответит: «Я здесь!» Но это будет ответ, созданный в момент измерения и совершенно случайный. У электрона не было определенного положения, но во время измерения мы заставили его ответить на вопрос, который до тех пор не имел ответа: квантовая случайность это истинная, нередуцируемая случайность.’
Итак, до измерения электрон по сути дела был истинной случайной величиной. После измерения он превратился в конкретный численной исход (выпадение) случайной величины. Это два разных понятия — случайная величина и ее выпадение. В то же время в физике речь идет про один и тот же электрон, до измерения он отождествляется со случайной величиной, а после с исходом случайной величины. Непонятно, что соответствует в природе этому процессу. Хотя с практической точки зрения это неважно, все прекрасно работает и так.
Информация
Николя Жизан, Квантовая случайность: Нелокальность, телепортация и другие квантовые чудеса, 2016.
Nicolas Gisin, Quantum Chance. Nonlocality, Teleportation and Other Quantum Marvels, 2014.
См. также: Как хиппи спасли физику