Ученые доказали, пугавшее Эйнштейна, нарушение реальности

Международная группа ученых доказала нарушение локального реализма при квантовом запутывании, осуществив проверку неравенств Белла с помощью абсолютно случайных чисел.

Такие числа были получены при помощи ста тысяч человек, играющих в мобильное приложение. Тем самым, было опровергнуто существование скрытых параметров, определяющих сам ход эксперимента. Согласно теореме Белла, между квантовой механикой и классической механикой имеются принципиальные различия. Если квантовая запутанность объясняется наличием неких скрытых параметров, которые определяют результат эксперимента, то их можно выявить в серии экспериментов. Кроме того, если неравенства Белла нарушаются, то справедлива копенгагенская интерпретация квантовой механики, указывающая на вероятностный характер квантовых состояний. Тем самым, принцип неопределенности Гейзенберга является свойством микромира, а не следствием неполноты наших знаний о нем.

Известно, что в эксперименте Белла проверяется, действительно ли измерение одной из пары запутанных частиц влияет на свойства другой, как бы далеко они ни находилась друг от друга, или между частицами существует «договоренность», установленная в момент запутывания, когда частицы еще способны непосредственно взаимодействовать друг с другом. В последнем случае соблюдается принцип локального реализма, однако ряд экспериментов показал, что он нарушается при проверке большинства гипотез, предполагающих, что частицы лишь кажутся запутанными из-за несовершенства самих экспериментов, в том числе систематической ошибки отбора.

Авторы работы указывают на существенный недостаток таких экспериментов: нарушение локального реализма может быть показано лишь в том случае, если экспериментаторы действительно свободны в том, чтобы выбрать, как именно измерять запутанные частицы, а частицы свободно реагируют на эти измерения. В то же время, имеется возможность того, что использование физических устройств в тестах сильно ограничивают этот выбор, оставляя лазейку для скрытых параметров.

Для преодоления этих ограничений ученые использовали истинно случайные числа, которые абсолютно непредсказуемы. Для их получения экспериментаторы использовали интернет-аудиторию, состоящую из ста тысяч участников. Добровольцы случайным образом выбирали нуль или единицу в игровом мобильном приложении. Эти данные, включающие более 97 миллионов битов, служили входными данными для 13 различных тестов по проверке неравенств Белла (с фотонами, атомами, ансамблями атомов и сверхпроводящими устройствами). Оказалось, что во всех случаях принцип локального реализма нарушался.

Известно, что Альберт Эйнштейн полагал, что в рамках копенгагенской интерпретации квантовой механики нарушается реализм мира и физические объекты перестают объективно существовать. Известный ученый считал, что это неверно, и вероятностный характер поведения частиц на самом деле детерминирован. Квантовое запутывание он называл «жутким дальнодействием».