Преодолевая принцип неопределённости
Олег Нечай
Опубликовано 06 августа 2010 года
Квантовая память может стать ключом к опровержению одного из краеугольных камней квантовой механики – принципа неопределённости Гейзенберга. Напомним, сформулированный в 1927 году немецким физиком Вернером Гейзенбергом принцип заключается в невозможности одновременного определения пары характеристик квантовой системы – к примеру, координаты и импульса частицы, тока и напряжения, электрического и магнитного полей.
Группа учёных из Цюрихского института теоретической физики (Швейцария) и Института прикладной физики технического университета Дармштадта (Германия) под руководством Роджера Кольбека пришла к выводу о том, что принцип Гейзенберга некорректен для запутанных (сцепленных) элементарных частиц, и его нельзя применять к таким частицам.
Как говорится в резюме статьи, опубликованной в журнале Nature, принцип Гейзенберга чётко иллюстрирует разницу между классической и квантовой механикой. Этот принцип предполагает невозможность предсказания возможных результатов двух измерений, даже если информация о состоянии частицы имеется в классической памяти. Однако, если частица сцеплена с квантовой памятью – неким прибором, который может быть создан в обозримом будущем – появится возможность точно предсказать результаты обоих изменений. Поэтому в формулировку принципа Гейзенберга необходимо внести дополнения, описывающие подобные исключения.
Как утверждают учёные, если максимально запутать частицу с квантовой памятью и измерить одну из её характеристик, к примеру, её координаты, это приведёт квантовую память в соответствующее состояние, которое также можно будет измерить. Иными словами, использование квантовой памяти позволяет преодолеть принцип Гейзенберга и одновременно получить значения обеих переменных с большой степенью определённости.
До изобретения квантовой памяти наши возможности наблюдать частицы на квантовом уровне всё ещё ограничены принципом Гейзенберга – из-за неопределённости страдает точность измерений характеристик микрочастиц. Объяснение этому явлению в том же 1927 году дал другой знаменитый создатель квантовой механики, английский физик Поль Дирак. Он обнаружил, что один из способов измерения положения частицы заключается в «бомбардировке» её фотонами и наблюдением при помощи детектора, куда «приземляются» фотоны. Такой метод позволяет с точностью определить координаты частицы, однако после «удара» фотона она, разумеется, меняет своё положение. Аналогично этому, измерение импульса также приведёт к тому, что частица переместится. Поэтому возникло представление о невозможности одновременного определения значений пар взаимосвязанных переменных с высокой степенью точности.
