Квантовая революция. Как самая совершенная научная теория управляет нашей жизнью - Адам Беккер

жалея времени, – вспоминал Жизан. – А иногда он приходил поговорить и ко мне в лабораторию <…>. Помню его рыжую шевелюру и шапку с маленьким помпоном на макушке. Он совершенно не строил из себя такого, знаете, “гения”, “великого Джона Белла”»[584].

Белл «всегда улыбался <…>. У него была слабость к людям неконформистского склада, – рассказывал Бертлман. – Мы много спорили, не только о физике, но и о политике, об искусстве». Но, пока Бертлман не прочел статью о своих носках, они никогда не обсуждали работ Белла по основам квантовых принципов. «Когда я увидел [эту статью], я чуть не выпрыгнул из этих своих носков, – вспоминал он. – Она меня просто сразила наповал – ну, вы можете себе представить. Я был очень взволнован, сердце у меня колотилось. Помню, я бросился к телефону и тут же позвонил Беллу. Я был в восторге, но он был подчеркнуто спокоен». Когда Бертлман немного пришел в себя, он решил узнать об основах квантовых принципов больше. «То, что я узнал, меня просто поразило, и после этого мне уже ничего не оставалось, как углубиться в эту область по-настоящему»[585].

* * *

Но проблема основ квантовых принципов привлекала не только молодых физиков вроде Жизана и Бертлмана. Вполне сложившиеся ученые старшего поколения тоже стали обращать на нее внимание, даже те из них, кто раньше пренебрегал этой областью физики как малозначительной или не имеющей практического смысла. В самом начале 1970-х, когда Джон Клаузер еще только начинал разрабатывать свой первый план экспериментальной проверки неравенств Белла, он как-то приехал в Пасадену навестить своих родителей на Рождество. Его отец, Фрэнсис Клаузер, был в то время профессором в Калтехе. «И вот я приехал, а [отец] мне и говорит: “Знаешь, я тебе устроил встречу с Фейнманом!” – вспоминал потом Клаузер. – Я только и смог выдавить из себя: “O боже!”» Ричард Фейнман был живой легендой, одним из самых выдающихся и блестящих физиков того времени. Он был одним из создателей квантовой электродинамики, теории взаимодействия света и вещества – это принесло ему в 1965 году Нобелевскую премию. Карьеру свою Фейнман начал студентом Джона Уилера и, как и его наставник, не испытывал больших сомнений по поводу копенгагенской интерпретации. Клаузер побаивался, что его работа, касающаяся малоизвестной теоремы Белла, будет отвергнута прямо с порога, – и не ошибся. «Я пришел к Фейнману в кабинет, и он сразу начал злиться, – рассказывал Клаузер. – Он сказал мне: “Вы что? Не доверяете квантовой механике? Ну как только найдете в ней ошибку, возвращайтесь, и мы об этом поговорим. А сейчас катитесь отсюда, все это мне неинтересно”»[586].

Но к тому времени, когда в 1984 году Ален Аспе приехал с докладом в Калтех, Фейнман уже сменил тон. «Он был крайне приветлив, – вспоминал Аспе, – и делал интересные замечания»[587]. После выступления Аспе Фейнман снова пригласил его к себе в кабинет, где они продолжили обсуждение. А как только Аспе вернулся домой, он получил от Фейнмана письмо, полное новых похвал: «Позвольте мне еще раз сказать вам: ваша работа замечательная»[588].

Вряд ли Фейнман извлек для себя много нового из неудачного визита к нему Клаузера, но ко времени, когда в Калтех приехал Аспе, он уже, без сомнения, был хорошо осведомлен о теореме Белла. После первых опытов Белла в печать хлынул поток статей по этой тематике, в которых теорема Белла объяснялась как физикам, так и широкой публике. Первое популярное изложение работы Белла поместил в 1979 году в журнале Scientific American д’Эспанья. Вскоре после этого стали появляться популярные книги по квантовой физике, написанные как физиками, так и популяризаторами, связанными с «Группой фундаментальной фисики» в Беркли: «Дао физики»[589], «Квантовая реальность»… А знаменитая серия статей по теореме Белла, написанная выдающимся физиком из Корнеллского университета Н. Дэвидом Мермином, исчерпывающе осветила этот предмет для коллег-физиков. В ней тема была раскрыта через систему изумительно простых мысленных экспериментов, которые быстро сделались стандартным способом введения в проблематику[590]. Фейнман, которого физики превозносили как за ясность изложения, так и за глубину его физических озарений, сразу сделался горячим поклонником работы Мермина. «Ваши статьи – одни из самых прекрасных среди известных мне работ по физике, – писал Фейнман Мермину в 1984 году. – На протяжении всех моих зрелых лет я пытался извлечь из странности квантовой физики суть, которую можно было бы выразить как можно более простыми средствами. <…> И я уже совсем было приблизился к этому, как вдруг появилось во всей своей идеальной первозданности ваше описание»[591].

Сам Фейнман представил свое объяснение теоремы Белла в 1981 году в своей вступительной речи на открытии конференции в Калтехе (хотя, как ни странно, самого Белла он при этом не упомянул). Конференция была посвящена, казалось бы, совершенно другой тематике – физике вычислительных процессов, – но Фейнман показал, что теорема Белла дает ответ на один вопрос, критический для этой области. «Можно ли моделировать физический мир при помощи универсального компьютера?» – поставил Фейнман этот вопрос в своей речи на конференции. «Физический мир подчиняется законам квантовой механики, а значит, в действительности задача сводится к моделированию квантовой физики – именно об этом я и хочу поговорить», – продолжал он. Для обычного компьютера, работающего в нормальных условиях, ответ отрицательный: пользуясь в привычном порядке двоичными кодами, состоящими из нулей и единиц, без происходящих внутри компьютера странных связей на расстоянии и других подобных трюков, мы способны моделировать только локальные физические процессы и не можем в полной мере воспроизводить эффекты квантовые. Но, предположил Фейнман, может найтись и другой путь к достижению этой цели. «Может быть, это получится с компьютером нового вида – квантовым компьютером? – задался он вопросом. – Не уверен… Этот вопрос я оставляю открытым»[592].

Спустя несколько лет молодой физик по имени Дэвид Дойч двинулся вперед с той точки, на которой остановился Фейнман. В 1985 году Дойч доказал, что квантовый компьютер – компьютер, в полной мере использующий различия между квантовой и классической физикой, – может работать более эффективно, чем обычный классический компьютер. Доказательство Дойча открыло возможность практического технологического приложения идей Белла – это был прорыв, которого сам Белл предвидеть не мог. Однако Дойч не указал конкретного практического аспекта, в котором квантовый компьютер мог обогнать классический, – он лишь доказал теоретическую осуществимость этой идеи и построил простой пример. Найти работающий алгоритм для компьютера, который еще не построен, да так, чтобы он превзошел все уже существующие, оказалось действительно трудным делом.

Спустя еще почти целое десятилетие блестящий математик Питер Шор решил эту задачу весьма эффектным способом. В 1994 году он разработал квантовый алгоритм быстрого разложения на множители очень больших чисел – результат чрезвычайной важности. И это было не только реализацией доказанной Дойчем теоретической возможности. У алгоритма Шора нашлось