что такое квантовая физика
Четыре популярных заблуждения о квантовой физике / Хабр - Habr
Это называется суперпозицией. Это было продемонстрировано в знаменитом двухщелевом эксперименте: единственная квантовая частица, например фотон ...
пугающим
Но чтобы понять квантовую механику, необходимо представить, что в конвертах лежат две карты, находящиеся в суперпозиции: то есть, они обе оранжевые и синие одновременно (одна оранжево-синяя, а другая сине-оранжевая). Когда кто-то вскроет один конверт, в нём окажется карта одного цвета, который будет определяться случайным образом. Но при вскрытии другого конверта в нём всегда будет карта другого цвета, « <anchor>пугающим</anchor>» образом связанная с первой.
Спросите Итана: чего такого пугающего есть в квантовой запутанности? / Хабр
Спросите Итана: чего такого пугающего есть в квантовой запутанности? / Хабр

[Хабр](/ru/) β

Открыть список

[Как стать автором](/ru/sandbox/start/)

[Моя лента](/ru/feed/) [Все потоки](/ru/articles/) [Разработка](/ru/flows/develop/) [Администрирование](/ru/flows/admin/) [Дизайн](/ru/flows/design/) [Менеджмент](/ru/flows/management/) [Маркетинг](/ru/flows/marketing/) [Научпоп](/ru/flows/popsci/)

[Поиск](/ru/search/)

Написать публикацию

Настройки

[Войти](https://habr.com/kek/v1/auth/habrahabr/?back=/ru/articles/406209/&hl=ru)

Обновить

[![](//habrastorage.org/r/w48/getpro/habr/avatars/329/fc8/9e5/329fc89e55a9132bf200ff315065f3f7.jpg)](/ru/users/SLY_G/ "SLY_G") [SLY\_G](/ru/users/SLY_G/) 26 авг 2017 в 19:00

# Спросите Итана: чего такого пугающего есть в квантовой запутанности?

Время на прочтение6 мин

Количество просмотров31K

[Научно-популярное](/ru/hubs/popular_science/)[Физика](/ru/hubs/physics/)

Перевод

[Автор оригинала: Ethan Siegel](https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2016/11/19/ask-ethan-whats-so-spooky-about-quantum-entanglement/#443986d779e0)

![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/744/e6d/1d4/744e6d1d4233808b04df72011c72701a.jpg)

_Создав два запутанных фотона в существующей системе, а затем разделив их на большое расстояние, мы сможем получить информацию о состоянии одного из них, измерив состояние другого_

Квантовая физика полна загадок, печально известных тем, что они противоречат нашей интуиции. Частицы, кажется, знают, смотрите ли вы на них, или нет, и демонстрируют различное поведение, в зависимости от того, наблюдаете вы за ними, или нет, проходя через двойную щель. Измерение одной величины, допустим, положения частицы, создаёт присущую ей неопределённость в дополняющей величине, к примеру, импульсе. А если вы измерите её спин в вертикальном направлении, то уничтожите информацию о спине в горизонтальном направлении. Но самым «пугающим» из всех квантовых явлений будет квантовая запутанность, когда одна частица, кажется, мгновенно «узнаёт», измерили ли спутанного с ней партнёра, даже если это проделают на другом конце Вселенной. На этой неделе мы рассмотрим вопрос читателя, заинтригованного тем, почему это вообще считается загадкой.

> С точки зрения фотонов они прошли нулевое расстояние за нулевое время. Так что в этом пугающего? Пока один из них не измерят, они находятся в одном и том же месте и в одно и то же время (если верить им), так что нельзя назвать загадкой то, что они координируют свои состояния.

Разумные рассуждения: замедление времени для быстро двигающихся частиц означает, что они могут координировать свои состояния с любой скоростью. Но эту загадку не так просто решить.

![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/bad/1b7/1aa/bad1b71aa7fb11e49aff110868f664d1.jpg)

_Схема третьего эксперимента Аспе по проверке квантовой нелокальности. Запутанные фотоны из источника отправляются к двум переключателям, направляющим их к поляризующим датчикам. Переключатели очень быстро переключают свои состояния, меняя настройки детектора во время полёта фотонов._

Для начала пройдёмся по вопросу запутанности. Эксперимент обычно проводят с фотонами: вы передаёте один квант света через специальный материал (рассеивающий кристалл), расщепляющий его на два фотона. Эти фотоны будут запутаны в определённом смысле, то есть, если у одного будет спин, внутренний момент импульса, +1, тогда у другого он будет -1. Но у какого какой, нам неизвестно. Можно даже проделать эксперименты, в которых после рассмотрения большого числа фотонов будет видно разницу между

• статистическими результатами в случае, если спин +1,

• статистическими результатами в случае, если спин -1,

• и статистическими результатами в случае, если спин остался неопределённым.

Очень сложно визуализировать эти результаты, но в квантовой механике есть прекрасная аналогия: прохождение частицы через двойную щель.

![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/505/f8a/d79/505f8ad79b18568765c89f50f61aef54.jpg)

_Если пропускать электроны, фотоны или любые другие частицы через двойную щель, возникает картина интерференции. Но это происходит, только если вы не проверяете, через какую щель они проходят!_

Если пропустить частицу через двойную щель – то есть, экран с двумя узкими щелями, находящимися очень близко друг от друга – и она пройдёт сквозь них, вместо того, чтобы быть задержанной экраном, вы легко можете определить, где она окажется с другой стороны. Если вы будете запускать множество частиц по одной через двойную зель, вы обнаружите, что прошедшие через щели частицы формируют интерференционную картину. Иначе говоря, каждая частица ведёт себя не так, будто она прошла через одну или другую щель; она ведёт себя так, будто она прошла через обе щели сразу, проинтерферировала сама с собой на манер волны, и продолжила движение.

Но этот рисунок, демонстрирующий странную квантовомеханическую природу всех частиц Вселенной, появляется, только если вы не определяете, через какую щель проходит частица.

![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/501/27f/360/50127f36035b4c2dcb9eb2e6af7bce06.jpg)

_Если вы определяете, через какую щель проходит частица, оставив весь остальной эксперимент без изменений, вы вообще не получаете интерференционную картину._

Если вы вместо этого вы измеряете частицу на проходе через одну из щелей – это можно сделать через установку счётчика – вы не получите интерференционную картину. Вы получите кучу частиц, соответствующую прохождению через щель 1, и кучу для щели 2.

![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/440/397/a2c/440397a2cc049ca873cc6aa036493c81.jpg)

_Волновой рисунок электронов, проходящих через двойную щель по одному. Если вы измерите, через какую щель прошёл электрон, вы уничтожаете квантовую интерференционную картину. Отметим, что для создания такой картины требуется больше одного электрона._

Иначе говоря, проводя измерение, определяющее избранный частицей путь, вы меняете результат этого выбора! Для одной частицы вы сможете только определить вероятность прохождения через щель 1, щель 2, или интерференции с самой собой. Для открытия реального состояния вашего эксперимента потребуется больше статистики.

![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/3b8/d96/e96/3b8d96e96fab2d07dc108cb93ca99a82.jpg)

_Квантовомеханический тест Белла для частиц с полуцелым спином_

Вернёмся к запутанным фотонам. Или вообще к любым запутанным частицам. Вы создаёте две запутанные частицы, у которых вам известна общая сумма их свойств, но не свойства каждой из них. Простейшим примером будет спин – у двух фотонов он получится либо (+1 и -1), либо (-1 и +1), у двух электронов — (+½ и -½) или (-½ и +½) – и вы не знаете, у какого из них будет какой спин, пока не измерите. Вместо щелей можно отправлять их через поляризатор. И как только вы измеряете один, вы определяете другой. Иначе говоря, знаете это мгновенно.

![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/e4d/c07/237/e4dc072378271af8d3fd74654677b7e6.jpg)

_Эксперимент квантового стирания, в котором две запутанных частицы разделяются и измеряются. Никакие действия с одной из частиц в точке назначения не влияют на другую._

«Пугающим» становится тот факт, что в физике ничто другое не происходит мгновенно. Самая большая скорость передачи любого сигнала будет равна с, скорости света в вакууме. Но эти две запутанные частицы можно разделить на метры, километры, астрономические единицы или световые года, и измерение одной из них мгновенно определяет состояние другой. Неважно, двигаются ли запутанные частицы со скоростью света или нет, обладают они массой или нет, много ли у них энергии, и изолируете ли вы их друг от друга, чтобы они не отправляли друг другу фотоны. Нет никаких лазеек, позволяющих скорости взаимодействия в любой системе отсчёта как-то это компенсировать. В конце 1990-х эксперименты с разделением и одновременным измерением этих частиц определили, что если какая-либо информация и передаётся между ними, то она двигается быстрее скорости света в 10000 раз.

![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/6db/f08/3fc/6dbf083fc5d803b788e87fb35b27917c.gif)

_Квантовая телепортация, которую часто путают с путешествием быстрее света. В реальности информация быстрее скорости света не передаётся._

Но этого не может быть! В реальности никакой информации не передаётся. Нельзя провести измерение частицы в одном месте и использовать это для передачи чего-либо частице, расположенной очень далеко. Было разработано множество хитроумных схем, задуманных так, чтобы, используя это свойство, передавать информацию быстрее света, но в 1993 году доказали, что этот механизм не допустит передачи информации. Тому есть простое объяснение:

• Если вы измерите «каково состояние имеющейся у меня частицы», вы узнаете состояние другой частицы, но с этой информацией нельзя ничего сделать до тех пор, пока либо вы доберётесь до другой частицы, либо она доберётся до нас, и передача сообщений должна будет идти со скоростью света или медленнее.

• Если же вы заставите имеющуюся у вас частицу принять определённое состояние, это не изменит состояние запутанной частицы. Наоборот, это разрушит запутанность, так что вы не узнаете ничего о второй частице.

\[ _Итан немного не до конца раскрыл суть проблемы. Всё вышеописанное может и не удивить вас, если представить себе аналогию с перчатками. Некто отправил вам одну перчатку из пары, а вашему другу – другую. И вы, открыв свою посылку, мгновенно узнаёте не только то, какую перчатку, левую или правую, вы получили, но и то, какую получил ваш друг. Однако в случае с запутанными частицами состояние «перчаток» изначально не определено. И мы его не просто не знаем или не умеем определять – оно на самом деле определяется случайным образом, и именно в момент измерения одной из «перчаток». Тогда другая «перчатка» мгновенно принимает противоположное состояние. Именно это Эйнштейн и называл «пугающим дальнодействием» / прим. перев._\]

![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/9a2/b8b/1ba/9a2b8b1ba110a227c4e6d25d4fd77e2c.jpg)

_Если две частицы запутаны, свойства их волновых функций дополняют друг друга, и измерение одной из них определяет свойства другой. Но является ли волновая функция абстрактным математическим описанием, или же она лежит в основе более глубокой истины Вселенной и детерминистской, фундаментальной реальности – вопрос открытый._

Это философская проблема для реалистов. Это значит, что волновая функция частицы – или запутанная волновая функция нескольких частиц – представляет собой реальный, физический объект, существующий и эволюционирующий во Вселенной, но для этого требуется большое количество неудобных предположений. Нужно предположить, что существует бесконечное число возможных реальностей, и что мы живём только в одной из них, хотя никаких свидетельств о существовании других нет. Если вы инструменталист (как автор; это проще и практичнее), у вас нет этой философской проблемы. Вы просто принимаете, как данность, что волновая функция – это инструмент для расчётов.

![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/b4b/952/ccb/b4b952ccba2b8040bf9dbbf8c769b6fd.jpg)

_Эйнштейн был убеждённым реалистом в вопросах квантовой механики, и это предубеждение он унёс с собой в могилу. Никаких свидетельств в поддержку его интерпретации квантовой механики обнаружено не было, хотя у неё до сих пор есть много приверженцев_

Стивен Вайнберг, нобелевский лауреат, сооснователь Стандартной Модели и гениальный во многих областях физик-теоретик, недавно осудил подход инструментализма в журнале Science News, описывая его так:

Это так ужасно, представлять, что у нас нет знаний по поводу всего, что существует – мы можем сказать, что произошло, только проведя измерение.

Но вне зависимости от ваших философских увиливаний, квантовая механика работает, и волновая функция, запутывающая частицы, позволяет разрушать эту запутанность, даже на космических расстояниях. Это единственный мгновенный процесс во Вселенной, известный нам, и поэтому он действительно стоит особняком!

_[Итан Сигель](mailto:startswithabang@gmail.com) – астрофизик, популяризатор науки, автор блога Starts With A Bang! Написал книги «За пределами галактики» \[ [Beyond The Galaxy](https://www.amazon.com/Beyond-Galaxy-Humanity-Discovered-Universe/dp/9814667161)\], и «Трекнология: наука Звёздного пути» \[ [Treknology](https://www.amazon.com/Treknology-Science-Star-Tricorders-Drive/dp/0760352631)\]._

Теги:

- [спросите итана](/ru/search/?target_type=posts&order=relevance&q=[%D1%81%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%81%D0%B8%D1%82%D0%B5+%D0%B8%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%B0])
- [квантовая запутанность](/ru/search/?target_type=posts&order=relevance&q=[%D0%BA%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F+%D0%B7%D0%B0%D0%BF%D1%83%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C])
- [пугающее дальнодействие](/ru/search/?target_type=posts&order=relevance&q=[%D0%BF%D1%83%D0%B3%D0%B0%D1%8E%D1%89%D0%B5%D0%B5+%D0%B4%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B8%D0%B5])
- [эйнштейн](/ru/search/?target_type=posts&order=relevance&q=[%D1%8D%D0%B9%D0%BD%D1%88%D1%82%D0%B5%D0%B9%D0%BD])
- [квантовая физика](/ru/search/?target_type=posts&order=relevance&q=[%D0%BA%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F+%D1%84%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BA%D0%B0])

Хабы:

- [Научно-популярное](/ru/hubs/popular_science/)
- [Физика](/ru/hubs/physics/)

Если эта публикация вас вдохновила и вы хотите поддержать автора — не стесняйтесь нажать на кнопку

Задонатить

Всего голосов 18: ↑16 и ↓2+14

Добавить в закладки37

[Комментарии96](/ru/articles/406209/comments/)

[![](//habrastorage.org/getpro/habr/avatars/329/fc8/9e5/329fc89e55a9132bf200ff315065f3f7.jpg)](/ru/users/SLY_G/)

1002

Карма

167.1

Рейтинг

Вячеслав Голованов [@SLY\_G](/ru/users/SLY_G/)

Научпоп. Проповедую в храме науки.

Подписаться

Отправить сообщение

[Сайт](https://golovanov.net) [Сайт](https://boosty.to/slygol) [Сайт](https://www.youtube.com/UncleSlyMagic) [Twitter](https://twitter.com/golovanov_net) [ВКонтакте](https://vk.com/slygol)

[Комментарии Комментарии 96](/ru/articles/406209/comments/)

## Публикации

Лучшие за суткиПохожие

Показать лучшие за всё время

[![](https://assets.habr.com/habr-web/img/vk.f57448a1.webp)](https://u.habr.com/technohub_top)

## Истории

## Ближайшие события

[![](https://habrastorage.org/r/w390/getpro/habr/upload_files/024/1bb/2c5/0241bb2c5d9a5d00243fc2f35fd8225f.png)](/ru/events/460/)

27 августа – 7 октября

[Премия digital-кейсов «Проксима»](/ru/events/460/)

Москва • Онлайн

[Больше событий в календаре](/ru/events/#460)

Маркетинг

Другое

[![](https://habrastorage.org/r/w390/getpro/habr/upload_files/42c/754/0a2/42c7540a2f82946eca4bbc53f3d90d91.jpg)](/ru/events/468/)

14 сентября

[Конференция Practical ML Conf](/ru/events/468/)

Москва • Онлайн

[Больше событий в календаре](/ru/events/#468)

Разработка

[![](https://habrastorage.org/r/w390/getpro/habr/upload_files/157/1f9/1ea/1571f91ea5aeb967432a7633aad3a7ae.jpg)](/ru/events/436/)

19 сентября

[CDI Conf 2024](/ru/events/436/)

Москва

[Больше событий в календаре](/ru/events/#436)

Маркетинг

Аналитика

[![](https://habrastorage.org/r/w390/getpro/habr/upload_files/f55/6da/3ca/f556da3cad26d18be749e21cbdcda785.png)](/ru/events/472/)

20 – 22 сентября

[BCI Hack Moscow](/ru/events/472/)

Москва

[Больше событий в календаре](/ru/events/#472)

Разработка

[![](https://habrastorage.org/r/w390/getpro/habr/upload_files/fd0/255/4d3/fd02554d346912bf8fc4bc81f9406174.png)](/ru/events/440/)

24 сентября

[Конференция Fin.Bot 2024](/ru/events/440/)

Москва • Онлайн

[Больше событий в календаре](/ru/events/#440)

Разработка

Менеджмент

Маркетинг

[![](https://habrastorage.org/r/w390/getpro/habr/upload_files/d16/50e/88f/d1650e88f6c6c7b04d43fac51a5eedc1.jpg)](/ru/events/480/)

24 сентября

[Вебинар «Коммуникации компаний на Хабре: привлекаем внимание IT-специалистов»](/ru/events/480/)

Онлайн

[Больше событий в календаре](/ru/events/#480)

Разработка

Другое

[![](https://habrastorage.org/r/w390/getpro/habr/upload_files/2d4/6b0/a40/2d46b0a4097c9ccaba40c1ea81e13fab.png)](/ru/events/466/)

25 сентября

[Конференция Yandex Scale 2024](/ru/events/466/)

Москва • Онлайн

[Больше событий в календаре](/ru/events/#466)

Разработка

Аналитика

[![](https://habrastorage.org/r/w390/getpro/habr/upload_files/2b7/84a/289/2b784a289612a4348154214d9d8079bc.png)](/ru/events/464/)

28 – 29 сентября

[Конференция E-CODE](/ru/events/464/)

Москва • Онлайн

[Больше событий в календаре](/ru/events/#464)

Разработка

Другое

[![](https://habrastorage.org/r/w390/getpro/habr/upload_files/eb7/699/3a0/eb76993a009fa2954cb74631ef089421.png)](/ru/events/458/)

28 сентября – 5 октября

[О! Хакатон](/ru/events/458/)

Онлайн

[Больше событий в календаре](/ru/events/#458)

Разработка

Другое

[![](https://habrastorage.org/r/w390/getpro/habr/upload_files/8ca/d72/5e6/8cad725e62dafcc18e20f6e3dd3f2ccd.png)](/ru/events/448/)

30 сентября – 1 октября

[Конференция фронтенд-разработчиков FrontendConf 2024](/ru/events/448/)

Москва • Онлайн

[Больше событий в календаре](/ru/events/#448)

Разработка

[![](https://habrastorage.org/r/w390/getpro/habr/upload_files/92c/627/e9d/92c627e9d8e37320bd9d2cb89945eed6.jpg)](/ru/events/476/)

3 – 18 октября

[Kokoc Hackathon 2024](/ru/events/476/)

Онлайн

[Больше событий в календаре](/ru/events/#476)

Разработка

Менеджмент

Аналитика

[![](https://habrastorage.org/r/w390/getpro/habr/upload_files/70b/3bc/3fe/70b3bc3febf931beb45bb0061948aab0.png)](/ru/events/470/)

3 октября

[Лекторий Хабра. IT-культура: какая она и как создать свою](/ru/events/470/)

Москва

[Больше событий в календаре](/ru/events/#470)

Другое

[![](https://habrastorage.org/r/w390/getpro/habr/upload_files/a22/694/df5/a22694df5620cf39fc380e596ae26fef.jpeg)](/ru/events/474/)

9 ноября

[Конференция для фронтендеров «EXOZ { “conf” : “frontend” }»](/ru/events/474/)

Калуга • Онлайн

[Больше событий в календаре](/ru/events/#474)

Разработка

ВлевоВправо

Ваш аккаунт

- [Войти](/kek/v1/auth/habrahabr/?back=/ru/articles/406209/&hl=ru)
- [Регистрация](/kek/v1/auth/habrahabr-register/?back=/ru/articles/406209/&hl=ru)

Разделы

- [Статьи](/ru/articles/)
- [Новости](/ru/news/)
- [Хабы](/ru/hubs/)
- [Компании](/ru/companies/)
- [Авторы](/ru/users/)
- [Песочница](/ru/sandbox/)

Информация

- [Устройство сайта](/ru/docs/help/)
- [Для авторов](/ru/docs/authors/codex/)
- [Для компаний](/ru/docs/companies/corpblogs/)
- [Документы](/ru/docs/docs/transparency/)
- [Соглашение](https://account.habr.com/info/agreement/?hl=ru_RU)
- [Конфиденциальность](https://account.habr.com/info/confidential/?hl=ru_RU)

Услуги

- [Корпоративный блог](https://company.habr.com/ru/corporate-blogs/)
- [Медийная реклама](https://company.habr.com/ru/advertising/)
- [Нативные проекты](https://company.habr.com/ru/native-special/)
- [Образовательные программы](https://company.habr.com/ru/education-programs/)
- [Стартапам](https://company.habr.com/ru/hello-startup/)

[Facebook](https://www.facebook.com/habrahabr.ru) [Twitter](https://twitter.com/habr_com) [VK](https://vk.com/habr) [Telegram](https://telegram.me/habr_com) [Youtube](https://www.youtube.com/channel/UCd_sTwKqVrweTt4oAKY5y4w) [Яндекс Дзен](https://dzen.ru/habr)

Настройка языка [Техническая поддержка](/ru/feedback/)

© 2006–2024, [Habr](https://company.habr.com/)