Что такое квантовая запутанность и почему она важна для будущего науки

Фото из открытых источников

Квантовая запутанность — явление, при котором две или более частицы оказываются тесно связаны между собой, мгновенно влияя друг на друга независимо от расстояния, информирует издание Innovanews. Это явление давно вызывает удивление и споры среди учёных, начиная с Альберта Эйнштейна, который называл его «жутким действием на расстоянии». Несмотря на скептицизм великого физика, многочисленные эксперименты подтвердили реальность квантовой запутанности и открыли перед наукой новые горизонты.

Суть квантовой запутанности заключается в том, что свойства связанных частиц оказываются взаимозависимыми. Если измерить состояние одной из них, то состояние другой мгновенно определяется, даже если частицы разделены огромными расстояниями. Однако это не означает передачу информации быстрее света, поскольку результат измерения всегда случайный и непредсказуемый. Такой парадоксальный эффект можно сравнить с двумя игральными костями, которые всегда дают в сумме одно и то же число, хотя сами значения каждого броска не известны заранее.

История изучения квантовой запутанности началась с так называемого парадокса Эйнштейна-Подольского-Розена (ЭПР), предложенного в 1935 году. Эйнштейн и его коллеги пытались доказать, что квантовая механика неполна и должна иметь скрытые параметры, объясняющие мгновенную связь частиц. Однако в 1980-х годах французский физик Ален Аспект провёл серию опытов, которые однозначно показали, что запутанность действительно существует и не может быть объяснена классическими теориями. Эти эксперименты стали поворотным моментом в понимании квантовой физики.

Современные исследования продолжают расширять границы знаний о квантовой запутанности. Например, китайский спутник «Мо-Цзы» продемонстрировал запутанность фотонов на расстоянии более тысячи километров. Учёные также успешно создают квантовые сети и исследуют запутанность в сложных системах многих тел, что позволяет заглянуть в глубины квантовой материи и открыть новые возможности для технологий.

Практическое применение квантовой запутанности уже меняет научно-технический ландшафт. Квантовые компьютеры, основанные на кубитах — квантовых битах, использующих запутанность, способны выполнять вычисления, недоступные классическим машинам. Это открывает перспективы для решения сложнейших задач в химии, физике и материаловедении. Кроме того, квантовая криптография использует запутанные частицы для создания абсолютно защищённых каналов связи, где любое вмешательство становится мгновенно заметным.

Учёные из различных стран, включая Институт ядерной физики Польской академии наук и Брукхейвенскую национальную лабораторию США, продолжают исследовать квантовую запутанность на фундаментальном уровне. Так, недавно было доказано, что внутри протона кварки и глюоны находятся в состоянии максимальной запутанности, что меняет традиционные представления о структуре элементарных частиц. Эти открытия помогают понять, как взаимодействия на квантовом уровне формируют свойства материи.

Кроме того, квантовая запутанность рассматривается как возможный ключ к разгадке таких сложных явлений, как сознание. Некоторые учёные предполагают, что в нейронах мозга могут возникать запутанные фотоны, которые синхронизируют работу нервных сетей, что может объяснять координацию мозговой активности. Эта гипотеза, хотя и остаётся спорной, открывает новые направления в междисциплинарных исследованиях между квантовой физикой и биологией.