Автор оригинала: Charlie Wood. Перевод: Вячеслав Голованов. У измерения и запутывания в квантовом мире есть «пугающий» нелокальный привкус. Теперь физики используют эту нелокальность для исследования распространения квантовой информации и управления ею. Измерение — заклятый враг запутанности. Когда запутанность распространяется по сетке квантовых частиц, как показано в этой модели, что если измерить некоторые частицы в разных местах, а некоторые оставить так? Какое явление победит?

В 1935 году Альберт Эйнштейн и Эрвин Шрёдингер, два самых выдающихся физика того времени, вступили в спор о природе реальности.

Эйнштейн провёл математические расчёты и понял, что Вселенная должна быть локальной, то есть никакое событие в одном месте не может мгновенно повлиять на удалённое место. Но Шрёдингер провёл собственные расчёты и понял, что в основе квантовой механики лежит странная связь, которую он назвал «запутанностью» и которая, как оказалось, наносит удар по здравому эйнштейновскому предположению о локальности.

Когда две частицы становятся запутанными (что может произойти, например, при их столкновении), их судьбы оказываются связанными. Измерьте, например, ориентацию спина одной частицы, и вы можете узнать, что её запутанный партнёр (если и когда он будет измерен) указывает в противоположном направлении, независимо от его местонахождения. Таким образом, измерение в Пекине может мгновенно повлиять на эксперимент в Бруклине, что, очевидно, нарушает эйнштейновский закон о том, что никакое воздействие не может распространяться быстрее света.

Эйнштейну не нравилось влияние запутанности (которую он позже назовёт «пугающей»), и он критиковал зарождавшуюся в то время теорию квантовой механики как неизбежно неполную. Шрёдингер, в свою очередь, защищал теорию, в создании которой он принимал участие. Но он с пониманием отнёсся к неприятию Эйнштейном запутанности. Он признал, что то, как она, судя по всему, позволяет одному экспериментатору «рулить» недоступным в других случаях экспериментом, «довольно неприятно.

С тех пор физики в значительной степени избавились от этого дискомфорта. Теперь они понимают то, что упустил из виду Эйнштейн, а возможно, и сам Шрёдингер: запутанность не оказывает никакого дистанционного влияния. Она не способна привести к определённому результату на расстоянии; она может только распространять знание об этом результате. Эксперименты с запутыванием, подобные тем, за которые была присуждена Нобелевская премия в 2022 году, стали уже обыденностью.

За последние несколько лет шквал теоретических и экспериментальных исследований выявил новую странную сторону этого явления — оно проявляется не в парах, а в скоплениях частиц. Запутанность естественным образом распространяется по группе частиц, создавая сложную паутину случайностей. Но если измерять частицы достаточно часто, разрушая при этом запутанность, то можно остановить формирование паутины.

В 2018 году три группы теоретиков показали, что эти два состояния — паутина или отсутствие паутины — напоминают привычные состояния материи, такие как жидкость и твёрдое тело. Но вместо того чтобы обозначать переход между различными структурами материи, переход между паутиной и отсутствием паутины указывает на изменение структуры информации.

«Это фазовый переход в информации, — говорит Брайан Скиннер из Университета штата Огайо, один из физиков, впервые выявивших это явление. — В этом случае свойства информации — то, как она передаётся между объектами, — претерпевают очень резкое изменение».