Можно ли отправить послание, ничего не отправляя?
Мы связываемся между собой при помощи частиц. Звонки и сообщения едут верхом на волнах света, веб-сайты и фотографии загружаются на электронах. Все коммуникации по своей сути физические. Информация записывается и передается реальным объектам, даже если мы их не видим. Физики также подключаются к миру, когда общаются с ним. Они отправляют вспышки света в направлении частиц или атомов и ждут, когда свет вернется обратно. Свет взаимодействует с частицами материи, и изменение поведения света проливает свет (извините за каламбур) на свойства частиц — хотя эти взаимодействия зачастую меняют и частицы. Процесс этого общения называется измерением.
Частицы даже соединяются между собой с помощью других частиц. Сила электромагнетизма между двумя электронами передается частицами материи и кварками, которые ютятся внутри протона, поскольку они обмениваются глюонами. Физика, по существу, изучает взаимодействия.
Информация всегда передается через взаимодействия, между частицами или с самой собой. Мы сами состоим из частиц, которые связываются между собой, и мы узнаем о своем окружении, взаимодействуя с ним. Чем лучше мы понимаем такое взаимодействие, тем лучше мы понимаем мир и самих себя.
Физики уже знают, что взаимодействия локальны. Как и городская политика, влияние частиц ограничивается их ближайшими окрестностями. Тем не менее, взаимодействия крайне сложно описывать. Физикам приходится относиться к частицам с уважением и добавлять сложные термины к их одинокому существованию, чтобы смоделировать взаимоотношения с другими частицами. Полученные уравнения невозможно разрешить. Поэтому физикам приходится лишь приблизительно оценивать одиночные частицы. И все же измерение взаимодействий атомных и субатомных частиц создало самую точную область физики из всех.
Квантовая механика представляет собой полноценную теорию частиц, описывая их измерения и взаимодействия. За последние несколько десятилетий, по мере того как компьютеры начали осваивать кванты, эта теория расширилась и охватила информацию также. Последствия квантовой механики для измерений и взаимодействий частиц чрезвычайно странные. Ее последствия для информации еще более странные.
Одно из самых странных последствий опровергает материальную основу коммуникации, а также здравый смысл. Некоторые физики считают, что мы можем быть в состоянии общаться без передачи частиц. В 2013 году физик-энтузиаст Хатим Салих даже разработал протокол, наряду с профессионалами, в котором информация получается из места, в которое частица никогда не путешествовала. Информация может быть бесплотной. Коммуникации, получается, могут быть не настолько физическими.
В прошлом апреле в Трудах Национальной академии появилась короткая статья на тему протокола Салиха. Большинство из представленных авторов работы были членами Университета науки и техники Китая в его филиалах в Шанхае и Хэфэй. Последним автором был Цзян-Вей Пан, выдающий физик, который разработал созвездие спутников связи при помощи квантовой механики. Недавно он использовал свою сеть для передачи запутанных частиц на расстояние в 1200 километров.
Пан и его коллеги выдают примерно по работе в месяц. Но документ, который они опубликовали в апреле, в соавторстве Юана Цао и Ю-Хуай Ли, был исключительным. Они описали эксперимент, в котором отправили черно-белое изображение китайского узла, не передав ни одной частицы.
Экстраординарные заявления требуют экстраординарных доказательств — даже если в них сомневается человек, утверждения которого были взяты за основу работы группы ученых, Лев Вайдман. Вайдман и другие пытались интерпретировать эти результаты лет десять. Возможно, мы неправильно понимаем квантовую теорию.
Физики изо всех сил пытаются расшифровать, что квантовая механика говорит о реальности и о материальном мире. Но эта теория только начинает говорить. Сейчас физики ставят под сомнение неопределенность, которая вытекает из квантовой теории, потому что даже очень слабые измерения раскрывают сведения, которые некогда считались тайными. На кону стоят самые понятия измерений и взаимодействий, а также основы информационных технологий будущего.