Я не физик, занимаюсь информационными технологиями.
Помогите пожалуйста мне разобраться – насколько корректно обоснование тезиса, который встречается мне во многих публикациях по квантовой механике и который утверждает, что используя квантовые корреляции невозможно передать информацию со сверхсветовой скоростью.
Вот пример соответствующего изложения:
«На самом деле никакой связи по типу рации между компонентами ЭПР-пары не существует. Существует лишь корреляция, а это принципиально разные понятия. В случае существования заявленной связи релятивистская причинность действительно нарушалась бы вследствие того, что наблюдатели ЭПР-пары могли бы обмениваться информацией со сверхсветовой скоростью, однако вероятностный характер предсказания квантовомеханических эффектов не позволяет этого делать: положительное и отрицательное значения проекции спина на любую ось при каждом измерении равновероятны. Ввиду того, что экспериментатор не может управлять результатами эксперимента, он не может послать наблюдателю второй ЭПР-частицы сигнал. Для второго наблюдателя результаты изменения параметра будут совершенно случайными. Следовательно, сверхсветовая передача информации невозможна, а это и значит, что квантовая нелокальность имеет специфическую корреляционную (не причинную) природу.»
Но я не могу понять, как такое объяснение стыкуется, например, с результатами экспериментов Мандела, где первый наблюдатель мог на своей стороне направленно вызывать и устранять эффект интерференции фотонов и этот эффект повторялся на стороне второго наблюдателя. Я не могу понять – почему явно наблюдаемые альтернативые состояния у второго наблюдателя (есть эффект интерференции/ нет эффекта) не могут являться формой передачи второму наблюдателю информации о действиях первого наблюдателя и не могут вследствие этого использоваться для передачи кода, содержащего данные.
Но, с другой стороны, я понимаю, что и допущение о возможности такой передачи информации приводит к неразрешимым логическим парадоксам.
Существует ли какое-то определённое решение этой проблемы?
Цитата:
| насколько корректно обоснование тезиса, который встречается мне во многих публикациях по квантовой механике и который утверждает, что используя квантовые корреляции невозможно передать информацию со сверхсветовой скоростью. |
Вы затронули интересную тему. Попробую высказать свое мнение на этот счет. Как я понимаю, противоречие иногда скрывается в самой постановке вопроса, например, когда речь идет о передаче информации при помощи квантовых корреляций. Квантовые корреляции – это те степени свободы, которые являются общими для всей системы. Это та часть системы, по которой система объединена, это те степени свободы, которые меняются как одно целое. Поэтому говорить о передаче информации при помощи квантовых корреляций, на мой взгляд, не совсем корректно – никакой “передачи”, по сути дела, здесь нет, поскольку квантовые корреляции не разделены на отдельно отстоящие части.
Попытаюсь немного пояснить, что я имею в виду. Давайте зададимся похожим, но более простым вопросом – с какой скоростью обмениваются между собой информацией кубиты в квантовом компьютере (КК)? Очевидно, что эта скорость бесконечна, и так называемая “передача” информации между кубитами совершается мгновенно, поскольку все кубиты ведут себя как единое целое. Изменяя состояние одного кубита, мы меняем сразу всю систему целиком. Лучше сказать, что ни передачи, ни обмена информацией между кубитами нет, а есть лишь их согласованное поведение. Замечу, что кубиты могут быть разнесены в пространстве. Неважно, на каком расстоянии друг от друга они находятся, необходимо только, чтобы между ними сохранялись корреляции по спиновым степеням свободы (если на них работает КК). Но в нашем привычном представлении, особенно когда кубиты разнесены в пространстве, можно конечно, говорить и о передаче, об обмене информацией между кубитами, поскольку изменение состояния одного кубита мгновенно передается другим кубитам, а работа квантового компьютера и заключается в обмене информацией между кубитами, в их согласованном поведении.
Таким образом, в целом, когда речь идет о сверхсветовой передаче информации, нельзя сказать, что она невозможна. По моему мнению, проблемы и “логические парадоксы” возникают тогда, когда некорректно определяются системы, которые должны обмениваться информацией. Например, когда начинают говорить о передаче информации от одного человека к другому по квантовому каналу связи. Меня тут иногда порывает сказать – проблем нет, для этого испокон веку существует всем известная телепатия
. Но когда начинают рассматривать технические решения с квантовым каналом связи, т.е. с передающим устройством, приемником и т.п., то проблемы возникают. Квантовый канал связи по сути дела лишь объединяет источник и приемник информации в единое целое по спиновым степеням свободы, и опять о передаче информации между ними можно говорить лишь условно. А вот объединить две человеческие головы, которые должны обменяться информацией, в единое целое (как при телепатии) те технические квантовые каналы, которые сейчас обычно предлагаются, пока не в состоянии, поэтому они (головы) вынуждены дополнительно использовать классический канал связи.Цитата:
| Квантовые корреляции – это те степени свободы, которые являются общими для всей системы. Это та часть системы, по которой система объединена, это те степени свободы, которые меняются как одно целое. Поэтому говорить о передаче информации при помощи квантовых корреляций, на мой взгляд, не совсем корректно – никакой “передачи”, по сути дела, здесь нет, поскольку квантовые корреляции не разделены на отдельно отстоящие части. |
Но ведь "Наблюдатель 1" и "Наблюдатель 2" всё-таки разделены между собой пространством-временем "на отдельно отстоящие части", однако при этом они оба, вроде бы, способны влиять на состояние единой квантовой системы и наблюдать результаты этого влияния? Почему же тогда квантовая система не может являться для обыденного сознания наблюдателей информационным мостом между ними?
Цитата:
| Но когда начинают рассматривать технические решения с квантовым каналом связи, т.е. с передающим устройством, приемником и т.п., то проблемы возникают. Квантовый канал связи по сути дела лишь объединяет источник и приемник информации в единое целое по спиновым степеням свободы, и опять о передаче информации между ними можно говорить лишь условно. |
А исчезновение/появление эффекта интерференции фотонов в «приёмнике» в результате изменения условий в «передатчике» – разве не может являться информационным сигналом, которым, в принципе, уже можно передавать морзянку?
Я возвращаюсь к вопросу, заданному выше:
Существует ли убедительное обоснование - почему на эффектах, наблюдавшихся в экспериментах Мандела, не могут быть построены технические передатчик и приёмник информационных сообщений, не нуждающиеся в классическом канале связи?
(Я допускаю, что в самом деле не могут, но не понимаю – по какой именно причине не могут.)
| Но ведь "Наблюдатель 1" и "Наблюдатель 2" всё-таки разделены между собой пространством-временем "на отдельно отстоящие части", однако при этом они оба, вроде бы, способны влиять на состояние единой квантовой системы и наблюдать результаты этого влияния? Почему же тогда квантовая система не может являться для обыденного сознания наблюдателей информационным мостом между ними? |
Необходимо, чтобы “наблюдатели” могли изменять и “наблюдать результаты этого влияния” в той части, которая их объединяет, а не разделяет. Обыденное сознание направлено на ту часть, которая разделяет, она не имеет дело напрямую с квантовым каналом. Чтобы воспользоваться квантовым каналом связи, сознание наблюдателей должно непосредственно отслеживать процессы, происходящие со степенями свободы, которые реализуют квантовый канал. Одно из прямых решений, которое используется в эзотерической практике – смена состояния сознания и расширенное восприятии реальности.
Насчет того, можно ли это сделать при помощи технических средств, думаю, что можно, и принципиальных запретов я здесь не вижу.
Цитата:
| А исчезновение/появление эффекта интерференции фотонов в «приёмнике» в результате изменения условий в «передатчике» – разве не может являться информационным сигналом, которым, в принципе, уже можно передавать морзянку? Я возвращаюсь к вопросу, заданному выше: Существует ли убедительное обоснование - почему на эффектах, наблюдавшихся в экспериментах Мандела, не могут быть построены технические передатчик и приёмник информационных сообщений, не нуждающиеся в классическом канале связи? |
Вообще-то физики обычно осторожны в высказываниях, что может быть реализовано, а что нет. Думаю, что теорем такого рода, которые строго доказаны, не существует. На данный момент есть эксперименты по плотной кодировке информации, в которых при помощи квантового канала связи удается передать два бита информации, используя одну частицу, (которая в классическом случае несет один бит информации). Эксперименты пока реализованы таким образом, что необходим классический канал связи. Это то, что есть на данный момент. Но отсюда, я думаю, нельзя делать обобщений, что классический канал связи необходим в любом случае. Физики в своих статьях таких обобщений и не делают, они докладывают конкретные результаты конкретной работы. Это, мне кажется, уже интерпретация средств массовой информации.
Одна из проблем мне видится в том, что, пользуясь запутанными состояниями, отправитель не может однозначно по своему усмотрению задать строго определенную последовательность сигналов. Пользуясь Вашей аналогией с морзянкой, отправитель не может “отстучать” строго определенную последовательность “точек” и “тире”. У него есть суперпозиция этих “знаков”, и при каждом нажатии на “ключ”, с равной вероятностью “выпадает”, либо “точка”, либо “тире”. Поэтому для получателя это будет выглядеть как случайный набор “знаков”, которые, тем не менее, однозначно связаны со “знаками”, которые так же случайно “выпали” у отправителя. Т.е. имеется корреляция, связь между “значками” с той и с другой стороны, но как воспользоваться этой корреляцией для передачи информации пока неясно.
В целом я оптимист и думаю, что будут найдены технические решения, позволяющие обмениваться информацией по одному квантовому каналу. Думаю, решения эти будут неожиданные и принципиально новые, и будут очень далеки от существующих схем и даже представлений.
Цитата:
| Одна из проблем мне видится в том, что, пользуясь запутанными состояниями, отправитель не может однозначно по своему усмотрению задать строго определенную последовательность сигналов. Пользуясь Вашей аналогией с морзянкой, отправитель не может “отстучать” строго определенную последовательность “точек” и “тире”. У него есть суперпозиция этих “знаков”, и при каждом нажатии на “ключ”, с равной вероятностью “выпадает”, либо “точка”, либо “тире”. Поэтому для получателя это будет выглядеть как случайный набор “знаков”, которые, тем не менее, однозначно связаны со “знаками”, которые так же случайно “выпали” у отправителя. Т.е. имеется корреляция, связь между “значками” с той и с другой стороны, но как воспользоваться этой корреляцией для передачи информации пока неясно. |
Хорошо, вот одно из описаний экспериментов Мандела:
Цитата:
| "Установка Л.Мандела идет дальше классических опытов, позволяя сделать интересную вещь: впервые в мировой физической науке она позволяет уже в ходе эксперимента довольно радикально изменить топологию пространства, в котором "обитают" наши фотоны. Для этого, например, достаточно непрозрачным экраном перекрыть путь к детекторам нижним дополнительным фотонам. И тогда именно происходит перед нами чудо "элементарного познания": сигнальные и дополнительные фотоны, в определенный момент времени излученные своими нелинейными преобразователями, более никогда ведь не встретятся — они направляются к совершенно разным детекторам, не имея ни малейшей возможности непосредственно воздействовать друг на друга. Тем не менее интерференционная картина сигнальных фотонов сразу исчезнет, если только одна группа дополнительных фотонов не дойдет до своих детекторов." |
Если факт наличия интерференционной картины и факт её отсутствия может констатироваться на стороне пассивного наблюдателя, то почему эта констатация не является информационным сигналом об определённых действиях на стороне активного наблюдателя? А точки и тире разве не могут передаваться, например, различимыми по длительности интервалами присутствия интерференционной картины, наблюдаемой на стороне приёмника? Разве этот "знак" отправитель в опыте Мандела не может "отстучать" получателю строго определённо?
| Если факт наличия интерференционной картины и факт её отсутствия может констатироваться на стороне пассивного наблюдателя, то почему эта констатация не является информационным сигналом об определённых действиях на стороне активного наблюдателя? А точки и тире разве не могут передаваться, например, различимыми по длительности интервалами присутствия интерференционной картины, наблюдаемой на стороне приёмника? Разве этот "знак" отправитель в опыте Мандела не может "отстучать" получателю строго определённо? |
Наверное, какие-то варианты здесь возможны, и работы в этом направлении ведутся (модификация экспериментов Л. Мандела), я упомяну об этом чуть ниже. Только мне кажется, здесь не все так просто.
Как я понимаю, Вы процитировали статью И.А. Акчурина «Новые экспериментальные и теоретические основания современных поисков единства научного знания»
http://www.trinitas.ru/rus/doc/0231/008a/02310036.htm
Однако, чуть выше в ней можно прочитать:
Цитата:
| Эксперимент Л.Мандела с сотрудниками прямо использует каноническую для понятийного аппарата квантовой теории схему с полупрозрачной для фотонов (полупосеребренной) пластинкой-светоделителем, дающем 50% вероятности прохождения (или отражения) падающего на него каждого фотона. |
Видимо, это то, о чем я писал раньше, что “точки-тире” невозможно выбирать по своему усмотрению, они “выпадают” с равной вероятностью.
Кстати, эксперимент Л. Мандела со схемой самого эксперимента рассматривается в статье М. Заречного, Квантовая и мистическая картины мира (часть первая), Квант. Маг. 1, 1305 (2004), опубликованной в первом номере журнала Квантовая Магия:
http://quantmagic.narod.ru/volumes/VOL112004/p1305.html
Думаю, все не так безнадежно, и эксперименты продолжаются. В статье И.А. Акчурин ссылается на работу Мандела:
Induced coherence and indistinguishability in optical interference
X. Y. Zou, L. J. Wang, and L. Mandel Phys. Rev. Lett. 67, 318-321 (1991)
http://prola.aps.org/abstract/PRL/v67/i3/p318_1
Я посмотрел ссылки на эту статью. На нее 63 ссылки, в том числе 3 за последний год:
Experimental Demonstration of Continuous Variable Quantum Erasing
U. L. Andersen, O. Glockl, S. Lorenz, G. Leuchs, and R. Filip
Phys. Rev. Lett. 93, 100403 (2004)
Quantum disentanglement eraser: A cavity QED implementation
M. S. Zubairy, G. S. Agarwal, and M. O. Scully
Phys. Rev. A 70, 012316 (2004)
Quantum Marking and Quantum Erasure for Neutral Kaons
A. Bramon, G. Garbarino, and B. C. Hiesmayr
Phys. Rev. Lett. 92, 020405 (2004)
Здесь есть и экспериментальные работы, поэтому в этом направлении что-то делается.
Я немного прошелся по другим последним статьям, которые ссылаются на Л. Мандела и вижу, что эксперименты в этом направлении ведутся. Например, как мне показалось (сужу только по абстракту) одна из последних интересных экспериментальных работ:
Entanglement with classical fields
K. F. Lee and J. E. Thomas
Phys. Rev. A 69, 052311 (2004)
http://link.aps.org/abstract/PRA/v69/e052311
Наиболее часто цитируемые статьи Л. Мандела:
145 ссылок
Violation of Bell's Inequality and Classical Probability in a Two-Photon Correlation Experiment
Z. Y. Ou and L. Mandel, Phys. Rev. Lett. 61, 50–53 (1988)
http://prola.aps.org/abstract/PRL/v61/i1/p50_1
169 ссылок (24 за последний год)
Measurement of subpicosecond time intervals between two photons by interference
C. K. Hong, Z. Y. Ou, and L. Mandel, Phys. Rev. Lett. 59, 2044–2046 (1987)
http://prola.aps.org/abstract/PRL/v59/i18/p2044_1
Последние десять статей Л. Мандела, опубликованные в APS. Это так, больше для себя, чтоб список не потерялся и был под рукой:
1. Violation of a Bell-type inequality in the homodyne measurement of light in an Einstein-Podolsky-Rosen state
A. Kuzmich, I. A. Walmsley, and L. Mandel
Phys. Rev. A 64, 063804 (2001)
2. Generation of Spin Squeezing via Continuous Quantum Nondemolition Measurement
A. Kuzmich, L. Mandel, and N. P. Bigelow
Phys. Rev. Lett. 85, 1594-1597 (2000)
3. Violation of Bell's Inequality by a Generalized Einstein-Podolsky-Rosen State Using Homodyne Detection
A. Kuzmich, I. A. Walmsley, and L. Mandel
Phys. Rev. Lett. 85, 1349-1353 (2000)
4. Quantum nondemolition measurements of collective atomic spin
A. Kuzmich, L. Mandel, J. Janis, Y. E. Young, R. Ejnisman, and N. P. Bigelow
Phys. Rev. A 60, 2346-2350 (1999)
5. Quantum effects in one-photon and two-photon interference
L. Mandel
Rev. Mod. Phys. 71, S274-S282 (1999)
6. Is There a Unique Operator for the Phase Difference of Two Quantum Fields?
J. R. Torgerson and L. Mandel
Phys. Rev. Lett. 76, 3939-3942 (1996)
7. Experimental test of Selleri's variable photodetection-probability model
A. Garuccio, J. R. Torgerson, C. Monken, D. Branning, and L. Mandel
Phys. Rev. A 53, 2944-2947 (1996)
8. Generating mutual coherence from incoherence with the help of a phase-conjugate mirror
C. H. Monken, A. Garuccio, D. Branning, J. R. Torgerson, F. Narducci, and L. Mandel
Phys. Rev. A 53, 1782-1785 (1996)
9. Violations of locality in polarization-correlation measurements with phase shifters
J. R. Torgerson, D. Branning, C. H. Monken, and L. Mandel
Phys. Rev. A 51, 4400-4403 (1995)
10. Measurement of phase differences between two partially coherent fields
A. Fougeres, J. W. Noh, T. P. Grayson, and L. Mandel
Phys. Rev. A 49, 530-534 (1994)
| Наверное, какие-то варианты здесь возможны, и работы в этом направлении ведутся (модификация экспериментов Л. Мандела), я упомяну об этом чуть ниже. Только мне кажется, здесь не все так просто. |
Скорее, всё сложно.
С одной стороны, вполне определённая информация о характере удалённых манипуляций, вроде бы, передаётся в этих опытах мгновенно и гипотетически нет препятствий для реализации на этом эффекте технического передатчика.
С другой стороны, допущение о реализации на этом эффекте технического устройства, передающего информацию в двух направлениях, порождает неразрешимые неоднозначности, склоняющие к выводу о невозможности его физической реализации.
Но я не буду больше Вас мучить. Я понял, что с этой проблемой пока ни у кого нет ясности. Подождём...
Цитата:
| Однако, чуть выше в ней можно прочитать: Цитата: Эксперимент Л.Мандела с сотрудниками прямо использует каноническую для понятийного аппарата квантовой теории схему с полупрозрачной для фотонов (полупосеребренной) пластинкой-светоделителем, дающем 50% вероятности прохождения (или отражения) падающего на него каждого фотона. Видимо, это то, о чем я писал раньше, что “точки-тире” невозможно выбирать по своему усмотрению, они “выпадают” с равной вероятностью. |
50 % - это вероятность, с которой отдельный излученный лазером фотон попадает после зеркала в верхний или в нижний луч. Но передача точки-тире в варианте, о котором шла речь у меня, не зависит от конкретного пути отдельного фотона. Сигналы там передаются за счёт манипулирования законом распределения фотонов в детекторах. Он ведь не случаен.