Зачем вся эта запутанность вообще была нужна и что она порождает?
— Начнем с фундаментальной истории, которая называется «проверка нарушений неравенства Белла». Что это такое? Существует глубокий философский вопрос о том, предсказуем наш мир или нет, принцип детерминизма. Можно ли определить, как все дальше будет развиваться, или это невозможно и есть принципиальная неопределенность? Долгое время разные ученые и философы считали, что мир предсказуем. Грубо говоря, еще в школе нас учили: если мы кинем шар под углом к горизонту с такой-то скоростью, траекторию можно посчитать. А когда человечество столкнулось с квантовой физикой, выяснилось, что квантовая теория не дает ответа на вопрос, как будет вести себя результат измерения в каждом конкретном эксперименте.
Допустим, фотон летит на светоделитель (полупрозрачную пластинку). С вероятностью 50% он отразится, с вероятностью 50% пройдет. Но квантовая физика не дает ответа на вопрос, как он поведет себя в каждом конкретном эксперименте. И многие отцы-основатели квантовой физики были с этим не согласны, считали, что это какой-то косяк этой теории. В частности, Эйнштейн считал, что это неполнота теории, что эта теория плохая и скоро придумают «нормальную» теорию, которая будет все хорошо описывать. То, что теория не может ответить, что будет в каждом конкретном случае, — это бред какой-то, так быть не может! У Эйнштейна была большая полемическая переписка с Нильсом Бором. Он писал: «Бог не играет в кости», на что Бор отвечал: «Не указывайте Богу, что ему делать».
— Математически это выражается в каком-то уравнении?
— Квантовые состояния описываются волновой функцией. Соответственно, если у нас есть две системы, то они описываются совместной волновой функцией Ψ (x1, x2), которая зависит от параметров первой системы (x1) и второй системы (x2). И если эту совместную волновую функцию нельзя представить в виде произведения волновых функций ее подсистем, то такое состояние называется запутанным. Физически это означает, что параметры этих систем связаны друг с другом. И если я измеряю параметр одной системы, то я сразу получаю информацию о параметре другой системы.
Важно отличать перепутанные состояния от состояний, проявляющих классические корреляции. Приведу простой пример классических корреляций. У нас есть пьяный стрелок с двуствольным ружьем. Он случайным образом палит во все стороны. И понятно, что каждая пуля — независимо от того, из какого дула она вышла, — может попасть в любую сторону. Но поскольку стрелок одновременно выпускает две пули, то куда пошла одна пуля, туда же примерно пойдет и другая. Эти пули друг с другом более-менее связаны, и если я измерю координаты одной, то примерно смогу понять, куда попала другая.
Еще пример классической корреляции. У меня есть пара сапог из одной коробки. Я случайным образом кладу один в одну коробку, другой — в другую. Один отправляется коллеге на Марс, другой — на Венеру. Они получают их, открывают коробки и видят: «Ага, у меня сапог левый, значит, у него правый». И наоборот: «Ага, у меня правый, значит, у него левый!» То есть, измерив состояние сапога в своей коробке, они могут понять состояние сапога у коллеги на другой планете.