Ученые: понятия суперпозиции и запутанности останутся в постквантовой физике
Новую связь между двумя квантовыми явлениями — суперпозицией и запутанностью, которая остается справедливой вне квантовой теории, установила группа физиков и математиков из Франции, Германии и Испании, 1 мая сообщает сайт новостей науки EurekAlert.
Согласно законам квантовой механики, до момента наблюдения невозможно однозначно определить результат состояния частицы; она существует в «суперпозиции», представляющей несколько взаимоисключающих состояний. Так, частица может находиться в двух или более местах одновременно, а экспериментатор может лишь рассчитать вероятность ее нахождения в определенном месте.
Запутанность — это квантовая взаимосвязь состояния частиц, независимая от их расстояния друг от друга.
Оба этих понятия математически описываются квантовой теорией и подтверждаются экспериментально. Однако многие физики считают, что окончательная «теория всего» (ToE) лежит за пределами квантовой теории.
Физики и математики из Университета Клода Бернара в Лионе, Франция, Ульмского и Зигенского университетов в Германии и Мадридского университета Комплутенсе в Испании обнаружили новую связь между этими двумя свойствами, которая не вытекает из квантовой теории.
Результаты своего исследования ученые опубликовали в журнале Physical Review Letters под названием «Запутанность и суперпозиция — эквивалентные понятия в любой физической теории».
«Мы были очень рады найти эту новую связь, которая выходит за рамки квантовой теории, потому что связь будет действительна даже для более экзотических теорий, которые еще предстоит открыть», — заявил Людовико Лами, физик из Ульмского университета, пояснив, что эта связь определяется понятиями непосредственной оперативной интерпретации.
У сделанного учеными открытия есть практические последствия. Квантовая запутанность играет ключевую роль в разработке квантовых компьютеров, которым предназначено превзойти стандартные компьютеры в решении определенных задач, в том числе в квантовых криптографических протоколах, которые уже используются с применением квантовых правил для обеспечения сверхбезопасной связи по каналам, теоретически невосприимчивых к взлому.
Однако, если в будущем квантовую теорию заменит другая, более фундаментальная теория, не будет ли это означать, что эти криптографические протоколы небезопасны? На этот вопрос ответило открытие Лами и его коллег, которые доказали, что запутанность и суперпозиция, лежащие в основе криптографических протоколов, эквивалентны в любой физической теории, а не только в квантовой.
Они математически определили, что в системах, в которых эта эквивалентность сохраняется, законы теории запутанности и суперпозиции можно использовать для сверхнадежного шифрования. В том числе команда доказала, что известный квантовый криптографический протокол BB84 будет работать всегда, независимо от того, верна ли всегда квантовая теория.
«Как-то обнадеживает тот факт, что криптография на самом деле является особенностью всех неклассических теорий, а не просто квантовой странностью, поскольку многие из нас верят, что окончательная теория природы, скорее всего, будет неклассической», — резюмировал Лами.
