Английский фантаст Олаф Степлдон еще в тридцатые годы так описывал эту возможность: «В некоем непостижимо сложном Космосе всякий раз, когда какое-либо существо встречается с различными альтернативами, оно выбирает не одну, а все… И поскольку в этом мире множество существ и каждое из них постоянно сталкивается со многими альтернативами, то комбинации этих процессов неисчислимы» (пер. Е.М. Лысенко). В пятидесятые годы «размножение Вселенных» анализировал уже физик Хью Эверетт.
Во всех упомянутых нами гипотезах особая роль неизменно отводится человеку, ибо именно он «глядит» на окружающий его мир, то есть «измеряет его состояние». Весь мир в таком случае, повторим полюбившуюся Виктору Пелевину мысль, — это своего рода Театр, сотворенный Господом Богом для одного-единственного зрителя, которым являетесь вы. «Мы до сих пор не может постичь, какое место занимает человек в нашей Вселенной, — сказал в одном из интервью Антон Цайлингер. — Возможно, ему отведена куда более важная роль, нежели могли предполагать создатели классической физики».
Вместо постскриптума. Годы телепортаций
В 1998 году Джефф Кимбл и его коллеги из Калифорнийского технологического института сумели телепортировать сразу несколько фотонов.
В том же году исследователи из Лос-Аламосской лаборатории телепортировали направление вращения атомного ядра, заставив другое ядро, находившееся внутри той же самой молекулы, вращаться в этом же направлении.
В 2002 году австралийские исследователи телепортировали лазерный луч, содержавший миллиард фотонов. Луч погас, чтобы тут же, в метре отсюда, вновь материализоваться.
Связанные пары фотонов очень чувствительны и распадаются, когда взаимодействуют с молекулами воздуха. Поэтому все опыты по телепортаций фотонов в лабораторных условиях проводились обычно лишь на расстоянии в несколько метров. На больших расстояниях использовались стекловолоконные кабели, внутри которых находились пары фотонов. Так, в 2003 году в Вене Антон Цайлингер телепортировал тысячи пар фотонов по стекловолоконному кабелю на 600 метров, с одного берега Дуная на другой. По его словам, данный опыт показывает, что информацию можно телепортировать с помощью спутников на расстояние в сотни километров, причем в космосе для этого не понадобится никаких кабелей. Еще раньше он сумел телепортировать фотон на такое же расстояние по воздуху.
Если в первых экспериментах телепортировали частицы на несколько метров, то теперь в Лос-Аламосской лаборатории создана линия связи длиной 48 километров. Впрочем, телепортировать фотоны все-таки гораздо легче, чем другие объекты, поскольку они не обладают ни массой, ни внутренней структурой, и их движением легко манипулировать с помощью линз, зеркал и устройств для расщепления пучка частиц. Зато квантовые состояния атомов гораздо долговечнее, чем фотонов. Поэтому атомы можно использовать для длительного хранения квантовой информации.
В 2004 году сразу двум группам ученых удалось телепортировать атомы — сложные системы, объединяющие большое число электронов и массивное ядро. Предварительно атомы были охлаждены с помощью лазеров почти до абсолютного нуля. Райнер Блат из Инсбрукского университета проводил опыты с ионами кальция; его американский коллега, Мюррей Баррет из Национального института стандартов и технологий, — с ионами бериллия. Схема экспериментов в обоих случаях напоминала описанный выше опыт Цайлингера. Были проведены по несколько сотен опытов по телепортации ионов, причем в 75 процентах случаев ученым удавалось добиться успеха.
В июне того же года Райнер Блат опубликовал на страницах журнала «Science» схему миниатюрного квантового компьютера, состоящего из трех связанных ионов кальция, находящихся в магнитной ловушке.
В ближайшее время можно ожидать опытов по телепортации молекул и даже более крупных объектов, но вот телепортация макроскопических тел, по-видимому, во веки веков остается уделом писателей-фантастов.
«В любом случае можно надеяться, что технология квантовой телепортации позволит создать принципиально новые, невиданные по быстроте и объему памяти вычислительные устройства — квантовые компьютеры», — отмечал на страницах журнала «Знание — сила» B.C. Барашенков. Метод телепортации квантовых состояний ионов можно использовать в схеме квантового компьютера для передачи различных данных, в том числе от одного квантового компьютера другому.
Данный метод можно со временем использовать также в квантовой криптографии для передачи секретных сообщений на расстояние в сотни километров. Передаваемая информация исчезнет в одной точке пространства, чтобы моментально появиться у адресата.
1.14. ПОСЛЕДНИЕ ТАЙНЫ КЛАССИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ
Ученые по-прежнему не могут до конца объяснить многие свойства твердых тел, например, магнетизм или сверхпроводимость. Внутри твердых тел наблюдаются настолько сложные и разнообразные процессы взаимодействия атомов, что описать их с помощью формул или составить модель их поведения пока не удается. Очевидно, какого-то прогресса поможет достичь нанотехнология — одно из важнейших направлений науки XXI века.
Решение было таким органичным
Еще никогда прежде путь от открытия в области физики до получения Нобелевской премии не был таким коротким. Когда 14 октября 1987 года Нобелевский комитет обнародовал свое решение наградить физиков Георга Беднорца и Карла Мюллера, прошло лишь около года с тех пор, как они, сотрудники научно-исследовательской лаборатории IBM в Рюшликоне (Швейцария), открыли феномен высокотемпературной сверхпроводимости.
Впервые сверхпроводимость была обнаружена в 1911 году в опытах с ртутью. Ее электрическое сопротивление исчезало при 4,2 кельвина. Позднее список сверхпроводников пополнили многие химические элементы, сплавы и соединения. Их поведение оставалось загадкой вплоть до 1950-х годов, когда странный эффект получил теоретическое объяснение. При чрезвычайно низких температурах электроны в этих материалах преодолевают взаимное отталкивание и образуют устойчивые пары — так называемые «пары Купера». Они движутся сквозь кристаллическую решетку, не сталкиваясь с атомами и не теряя энергию.
Впрочем, вплоть до середины восьмидесятых годов было известно, что подобное явление может наблюдаться лишь при температурах, практически равных абсолютному нулю, а значит, сверхпроводимость не имеет особого практического значения. Сверхпроводящие материалы надо охлаждать с помощью жидкого гелия до -269ºС, что весьма трудоемко и дорого.
Однако в своих экспериментах с оксокупратами — керамическими материалами, содержащими медь и кислород, а также барий, иттрий или висмут, — Беднорц и Мюллер выяснили, что сверхпроводимость может наблюдаться, например, при — 196°С, а до этой температуры можно охладить материалы с помощью жидкого азота, что вполне рентабельно. У ученых появилась надежда, что явление сверхпроводимости удастся использовать и в промышленности — для накопления и передачи электрической энергии. Однако эти необычные материалы оказались очень хрупкими и с трудом поддавались обработке.
Итак, ожидания ученых пока не сбылись, хотя за последние два десятилетия они регулярно открывают все новые — по большей части довольно экзотические — соединения, обладающие высокотемпературной сверхпроводимостью.
В 1993 году российские физики Е.В. Антипов и С.Н. Путилин синтезировали первый ртутьсодержащий сверхпроводник (его температура перехода равнялась -179°С), а полгода спустя они же получили сверхпроводник с рекордной температурой перехода, равной -138ºС.
Некоторые фтораргенаты — соли, содержащие серебро и фтор, — тоже могут стать сверхпроводящими при довольно высокой температуре, поскольку очень похожи на оксокупраты.
Обнаружились и полимеры с необычными свойствами: органические сверхпроводники. Правда, до их промышленного применения пока далеко, ведь они утрачивают электрическое сопротивление лишь при температуре -260ºС и давлении 2000 бар. При таком давлении в материале образуются широкие каналы, сквозь которые беспрепятственно перетекают электроны. Первый из таких материалов был открыт в 1980 году датским химиком Клаусом Бехгаардом и французским физиком Дени Жеромом. Он содержал селен. В состав самых известных органических полимеров входят соли на основе серы.
Любопытна их структура. В керамике, например, чередуются изолирующие и проводящие слои. Поэтому керамические сверхпроводники называют «двумерными». А вот в солях Бехгаарда ток течет только вдоль цепочки проводящих молекул, которая тянется через весь кристалл. Их называют «одномерными». На такие материалы уже не распространяется теория Л.Д. Ландау, который рассматривал движение электронов в твердых телах как своего рода течение жидкости, состоящей из отдельных частиц.
Изучение подобных полимеров, — пусть они и не находят пока промышленного применения, — поможет лучше понять свойства керамических сверхпроводников. Почему все-таки критическая температура последних так высока?
Известно, что электроны в них, как и в других сверхпроводниках, образуют пары. У металлов и их сплавов это наблюдается лишь при температурах ниже -250 °С. При более высоких температурах электронные пары распадаются. А вот в керамике такого не происходит. Как полагают, здесь начинают действовать магнитные силы, скрепляющие пары электронов.
«Похоже, что в органических сверхпроводниках между электронами тоже действуют магнитные силы», — считает немецкий исследователь Йохен Восница. Однако ученые пока не могут детально описать происходящие при этом процессы.
И все-таки первые успехи уже есть. Так, на трансформаторных станциях в Копенгагене и Детройте уже сейчас вместо медной обмотки используют сверхпроводящую керамику — купрат висмута. Со временем подобная керамика найдет широкое применение в трансформаторах, аккумуляторах и даже двигателях.