Чи можливо передбачити майбутнє: квантовий експеримент довів марність пророцтв

У повсякденному житті все здається цілком передбачуваним: якщо випустити ручку з рук, вона неодмінно впаде вниз. Однак на рівні найдрібніших частинок Всесвіту звичні закони фізики вже не діють — там панує чиста ймовірність. Саме це створює ідеальну випадковість і робить наше майбутнє принципово непередбачуваним.

Про те, як швейцарські фізики змогли довести це на практиці під час унікального експерименту, пише IFLScience.

Як працює квантовий генератор

В основі цього явища лежить теорема Белла, яка доводить, що квантові механічні ефекти не можуть бути пояснені детермінованою теорією, що підкоряється скінченності швидкості світла. Зазвичай цю концепцію використовували для підтвердження того, що події неможливо передбачити зі стовідсотковою точністю.

«Щоразу, коли люди говорили про теорему Белла, їх більше цікавив протилежний напрямок. Вони запитували: „Чи можна щось ідеально передбачити?“ І відповідь була — ні, це трохи випадково», — пояснив дослідник Ренато Реннер з ETH Zurich.

Щоб вивчити саму природу непередбачуваності, Реннер разом із колегами Андреасом Вальраффом та Анатолієм Куліковим створили унікальну установку: два квантові біти (кубіти) розмістили по різні боки 30-метрового тунелю. Усередині цієї труби туди-сюди літають заплутані мікрохвильові фотони, і квантове вимірювання одного кубіта, яке випадково видає «0» або «1», автоматично та на відстані впливає на показники іншого.

Проте самого тесту Белла виявилося недостатньо для продукування ідеального результату, тому команда застосувала спеціальний метод з інформатики, відомий як «дводжерельний екстрактор». Отриманий квантовий протокол назвали «посиленням випадковості»: він не робить жодних припущень про те, що відбувається всередині системи, а просто генерує ідеально випадкові числа, для чого вченим знадобилися мільйони точок даних.

Наслідки для науки та суспільства

Успішна реалізація цього задуму продемонструвала так звану квантову перевагу: наразі не існує жодної класичної технології чи суперкомп’ютера, незалежно від його потужності, який зміг би виконати подібне завдання. На практиці ідеальна випадковість життєво необхідна для сучасної криптографії, де створення справжніх випадкових ключів гарантує максимальну безпеку, а також для азартних ігор на кшталт лотерей і казино.

«Тепер можна сказати: „Добре, це також може бути корисним для криптографії“ тощо. Але, чесно кажучи, моєю справжньою мотивацією було просто відповісти на фундаментальне запитання: чи можемо ми згенерувати ідеальну випадковість?» — зізнався Реннер.

Окрім технологічного прориву, результати цього безпрецедентного дослідження мають глибокий філософський підтекст, змушуючи людство знову замислитися над фундаментальними питаннями про те, чи є наша природа повністю передбачуваною.

«Просто неможливо передбачити майбутнє. Є певні процеси, про які ми не можемо навіть зробити гарної здогадки!» — наголосив учений.

Нагадаємо, фізик висунув незвичну гіпотезу про те, що так званий рай може бути не лише релігійним образом, а й реальним фізичним місцем у Всесвіті. За словами Майкла Гільєна — доктора філософії, колишнього викладача фізики Гарвардського університету та популяризатора науки, — це місце може розташовуватися за межами космічного горизонту.