Logo
Cover

Одно из самых фундаментальных свойств квантовой физики — нелокальность Белла, то есть невозможность объяснения предсказаний квантовой механики через какую-либо классическую теорию. Это свойство влечет за собой важные теоретические и далеко идущие практические последствия в области квантовой информации. Однако австрийские ученые показали, что возможно полностью сохранить математическую структуру квантовой теории в макроскопическом масштабе.

Наш повседневный опыт свидетельствует, что макроскопические системы подчиняются законам классической физики. Естественно ожидать, что квантовая механика должна воспроизводить классическую в макроскопическом масштабе. Другими словами, законы физики не должны зависеть от размера объектов. Так гласит принцип соответствия, который ввел в 1923 году Нильс Бор.

Объяснить переход от квантовой к классической механике можно следующим образом: если измерения макроскопических систем имеют пределы разрешения и не могут быть сведены к микроскопическим частицам, то результаты ведут себя классическим образом. Такой довод, применимый к нелокальным корреляциям Белла, приводит к принципу макроскопической локальности. Аналогично, временные квантовые корреляции сводятся к классическим корреляциям, а квантовая контекстуальность — к макроскопической неконтекстуальности.

Распространено мнение, что переход из квантового мира в классический универсален, хотя доказать это физика не может. Проиллюстрировать это явление можно следующим примером: предположим, имеются два наблюдателя, Алиса и Боб, которые хотят измерить силу корреляции между своими локальными системами. Они проводят по-отдельности наблюдения за квантовыми частицами и сравнивают их, чтобы вычислить корреляции. Поскольку результаты случайны (как всегда, в случае квантовых экспериментов), они должны повторить эксперимент множество раз, чтобы найти значение корреляций. При этом каждый раз эксперимент следует повторять в точно тех же условиях и независимо — так называемая предпосылка независимых и случайно распределенных величин (IID).

К примеру, подбрасывая монету, нам нужно обеспечить чистоту каждого броска, чтобы вероятность того или иного результата была приблизительно 50%. Такая предпосылка играет центральную роль в доказательстве приведения к классической физике в макроскопическом масштабе, пишет Phys.org. Однако в макроскопических экспериментах участвуют кластеры квантовых частиц. Они взаимодействуют друг с другом, так что не естественно предполагать, что корреляции на микроскопическом уровне распределяются в виде независимых и идентичных пар. Если это так, то что будет если отбросить IID?

В своей работе физики из Университета Вены показали, что, как ни странно, квантовые корреляции сохраняются на макроскопическом уровне, если они не распределены независимо и случайно в масштабе микроскопических составных частей.

«Маленькие квантовые частицы находятся в сильном взаимодействии друг с другом, а квантовые корреляции и запутанность распределены повсюду. В таком сценарии мы пересмотрели существующие вычисления и смогли найти полное квантовое поведение в макроскопическом масштабе. Это полностью противоречит существующему принципу, и переход к классической физике не происходит», — объяснил Боривое Дакич, один из исследователей.

Авторы показали, что вся математическая структура квантовой теории — правило Борна и принцип суперпозиции — сохраняется в этом масштабе. Это свойство, названное ими макроскопическим квантовым поведением, напрямую позволяет им показать, что нелокальность Белла видима в макроскопическом масштабе.  

С тех пор, как Нильс Бор представил принцип дополнительности в 1927 году, лишь небольшое число квантовых теорий было проверено экспериментальным путем. Например, концепция дополнительности и корпускулярно-волнового дуализма все еще остается не подтвержденной полностью. Доказательство этой идеи предоставили недавно ученые из Южной Кореи.