Легко найти, легко потерять...

Рейтинг пользователей: / 4
ХудшийЛучший 

То, что нарушает квантовую спутанность, может и восстанавливать ее...

Разве не здорово было бы стать электроном? Тогда стали бы доступны чудесные возможности квантовой механики, например можно было бы одновременно пребывать в двух местах, что очень полезно в современной жизни. К сожалению, физики давно развеяли подобные мечты, доказав, что законы квантовой механики применимы только к объектам микромира.

Согласно точке зрения, которая начала приобретать популярность в прошлом десятилетии, квантовые эффекты не проявляются в повседневной жизни не потому, что мы не микроскопичны, а потому, что их маскирует собственная исключительная сложность. Они обнаружатся, если знать, куда и как посмотреть: физики поняли, что эти эффекты в макромире более выражены, чем предполагалось ранее. «Стандартные доводы в отношении выживаемости квантовых эффектов могут быть слишком пессимистичными», — говорит нобелевский лауреат физик Энтони Леггет (Anthony Leggett) из Иллинойсского университета.

Наиболее примечательный из этих эффектов, называемый спутанностью, состоит в том, что два электрона образуют некое подобие телепатической связи, которая выходит за рамки пространства и времени. Это относится не только к электронам: вы тоже сохраняете квантовую связь со своими любимыми, как бы далеко от вас они ни находились. Если это звучит слишком романтично, обратная сторона состоит в том, что частицы безнадежно неразборчивы и вступают в связь с каждой другой частицей, которую они встречают. Так и вы сохраняете квантовую связь с каждым неудачником, столкнувшимся с вами на улице, и каждой молекулой, коснувшейся вашей кожи. При этом число нежелательных связей в колоссальной степени превышает число желательных. В результате спутанность разрушает спутанность, этот процесс называется де-когерентностью.

Для сохранения спутанности с целью использования ее, например, в квантовых компьютерах, физики применяют все приемы родителей, пытающихся контролировать увлечения своих детей-подростков, в частности изоляцию частицы от ее внешней среды или «эскортирование» ее и разрушение всех нежелательных спутанностей. Обычно они добиваются примерно такого же успеха. Но если невозможно избавиться от внешней среды, почему бы не использовать ее? «Внешняя среда может оказывать положительное влияние», — говорит физик Влатко Ведрал (Vlatko Vedral) из Национального университета Сингапура и Оксфордского университета.

Цзяньмин Цай (Jianming Cai) и Ханс Бригель (Hans J. Briegel) из Института квантовой оптики и квантовой информации в Инсбруке (Австрия) и Санду Попеску (Sandu Popescu) из Бристольского университета в Англии предложили один из подходов. Представьте себе, что у вас есть V-образная молекула, которую вы можете «раскрывать» и «закрывать», как ножницы. Когда молекула «закрыта», так что ее концы сомкнуты, два электрона на этих концах оказываются спутанными. Если удерживать их там, то под воздействием бомбардировки внешними частицами их спутанность рано или поздно нарушится, и способов восстановить ее не будет.

Выход состоит в том, чтобы «раскрыть» молекулу, т.е. раздвинуть ее концы, оставив эти два электрона, казалось бы, еще более открытыми для воздействия внешней среды. В таком положении процесс разрушения когерентности возвращает электроны в их подразумеваемое по умолчанию состояние с наименьшей энергией. После этого можно снова «закрыть» молекулу и тем восстановить состояние спутанности. Если «раскрывать» и «закрывать» молекулу достаточно быстро, все будет выглядеть так, словно спутанность никогда и не нарушалась. Такое положение получило название динамической спутанности в отличие от статической, которая может существовать лишь до тех пор, пока система не подвергается внешним воздействиям. Ученые говорят, что несмотря на колебания молекулы, динамическая спутанность может делать все то же, что и статическая.

В другом подходе используется группа частиц, действующая коллективно, как одна частица. Внутренняя динамика группы такова, что группа может иметь несколько подразумеваемых по умолчанию, или равновесных состояний, соответствующих структурам с различными, но сравнимыми энергиями. В квантовых компьютерах данные могли бы храниться в этих состояниях, а не в отдельных частицах. Такой подход, известный под названием пассивной коррекции ошибок, т.к. он не требует от физиков активного управления частицами, впервые предложил десять лет назад Алексей Китаев из Института теоретической физики им. Л.Д. Ландау.

Если группа частиц отклоняется от равновесия, внешняя среда стремится вернуть ее обратно в это состояние. Среда разрушает, а не стабилизирует такую группу только при достаточно высоких температурах. «Внешняя среда как вносит ошибки, так и устраняет их», — говорит Михал Городецки (Мihае Horodecki) из Гданьского университета в Польше.

Фокус в том, как добиться, чтобы система устраняла ошибки быстрее, чем вносит. Городецки, Гектор Бомбин (Hector Bombin) из Массачусетсского технологического института и их коллеги недавно придумали такую систему, но по геометрическим причинам она требовала большего числа пространственных измерений. В нескольких других недавно опубликованных статьях рассматривается обычное пространство. Для склонения баланса в сторону удаления ошибок вместо обращения к геометрии более высокого порядка предусматривается пронизывание пространства силовыми полями. Но может оказаться, что такие системы не будут способны выполнять вычисления общего характера.

В настоящей статье выдвигается предположение, что вопреки здравому смыслу спутанность может существовать в больших теплых системах, включая живые организмы. «Спутанность может играть некоторую роль или служить ресурсом в биологических системах», — говорит Мохан Саровар (Mohan Sarovar) из Калифорнийского университета в Беркли, который недавно установил, что спутанность может способствовать фотосинтезу. Ведрал, Элизабет Рипер (Elisabeth Rieper), также из Сингапурского университета, и их коллеги обнаружили, что в магнитно-чувствительных молекулах, которые, возможно, птицы используют в качестве своего рода компасов, электроны могут оставаться спутанными в 10-100 раз дольше, чем предсказывают стандартные формулы. Так что живые существа, даже не будучи электронами, все же могут пользоваться преимуществами удивительной квантовости последних.

Джордж Массер