Успешное проведение эксперимента в области квантовой механики позволило эмпирически подтвердить феномен, ранее существовавший исключительно в теоретической плоскости. Согласно публикации в издании MIT Technology Review, при определенных условиях два наблюдателя могут фиксировать одно и то же событие с различными результатами, при этом оба наблюдения будут считаться верными. В ходе исследования, результаты которого опубликованы на платформе arXiv.org, сотрудники шотландского Университета Хериота-Уатт впервые продемонстрировали возможность одновременного существования двух субъектов в различных реальностях посредством практической реализации классического теоретического эксперимента по квантовой физике. Данная проблематика традиционно ассоциируется с трудами таких ученых, как Юджин Вигнер и Эрвин Шрёдингер.

В исследовании физиков участвовали два человека, которые наблюдали за одним и тем же фотоном — наименьшей количественной единицей света, в разных условиях демонстрирующей свойства волны и частицы. Фотон способен находиться в одном из этих двух состояний, но непосредственно до измерения существует в так называемой суперпозиции, выполняя оба условия одновременно.

На уровне теории один из наблюдателей может проанализировать фотон и определить его состояние, в то время как второй ученый, не знакомый с результатами первого, способен подтвердить, что фотон и измерения первого участника все еще существуют в квантовой суперпозиции. В итоге мы получаем ситуацию, когда каждый из физиков оказывается как бы в собственной реальности, хотя оба при этом остаются правыми, даже будучи не согласными друг с другом.

Для воссоздания этого теоретического эксперимента на практике ученым понадобились экспериментальная лазерная установка с системой расщепления лучей и серия из шести фотонов, которые измерялись специальными устройствами, заменившими в опыте людей. Согласно MIT Tech, попытки подобного эксперимента предпринимались и раньше, однако именно сотрудникам шотландского университета удалось провести его успешно и до конца.

Результат ученых предполагает, что объективной реальности не существует. Другими словами, эксперимент указывает на то, что идея о существовании общепринятой реальности, о наличии у людей свободы выбора или идея о местонахождении и локальности — одна или несколько из них — могут быть неверны.

Для любознательных

Исследования, связанные с отсутствием объективной реальности на квантовом уровне, могут показаться абстрактными или даже философскими, но у них есть глубокие практические приложения, особенно в области квантовых технологий. Вот подробный разбор, для чего это нужно и какие реальные технологии уже строятся на этих идеях.

1. Квантовые компьютеры

Зачем нужно:
Парадокс Вигнера и изучение роли наблюдателя помогают понять, как квантовые состояния сохраняются или разрушаются. Это критически важно для построения устойчивых квантовых битов (кубитов).

Практическое применение:

• Квантовые компьютеры (например, от IBM, Google, Российского квантового центра) используют суперпозицию и запутанность — именно те эффекты, которые ставят под сомнение объективную реальность.
• Понимание того, когда и как происходит коллапс состояния, позволяет лучше управлять кубитами и минимизировать ошибки.

Пример: Google в 2019 году объявил о квантовом превосходстве — их процессор Sycamore выполнил задачу за 200 секунд, на которую у суперкомпьютера ушло бы 10 000 лет.

2. Квантовая криптография и безопасная связь

Зачем нужно:
Если реальность зависит от наблюдателя, то любое вмешательство (например, прослушка) меняет систему — и это можно обнаружить.

Практическое применение:

• Квантовое распределение ключей (QKD) — технология, при которой два пользователя (например, Алиса и Боб) обмениваются шифрованными ключами с использованием запутанных фотонов.
• Если злоумышленник (Ева) попытается перехватить сигнал, это нарушит квантовое состояние, и стороны это сразу заметят.
• Квантовые сети уже тестируются в Москве, Казани и Сочи.
• Компания Ростелеком совместно с Квантовыми коммуникациями запустила пилотные линии связи на основе QKD.
• Китай запустил спутник «Мо-Цзы», обеспечивающий межконтинентальную квантовую связь.
• Евросоюз строит Европейскую квантовую сеть (EuroQCI).

3. Квантовые сенсоры и высокоточные измерения

Зачем нужно:
Понимание того, как наблюдение влияет на систему, позволяет создавать ультрачувствительные датчики, которые регистрируют малейшие изменения.

Практическое применение:

• Магнитометры на основе NV-центров в алмазах — могут обнаруживать магнитные поля от отдельных молекул.
• Используются в:
  • медицине (ранняя диагностика болезней, например, Альцгеймера),
  • геологии (поиск полезных ископаемых),
  • военной сфере (обнаружение подводных лодок).

4. Искусственный интеллект и квантовые нейросети

Зачем нужно:
Исследования квантовой реальности ведут к новым моделям вычислений, включая квантовые нейронные сети, которые могут обрабатывать информацию иначе, чем классические.

Практическое применение:

• Гибридные системы (классические + квантовые) уже тестируются для:
  • анализа больших данных,
  • прогнозирования рынков,
  • распознавания образов.

Например, Yandex и Сбер ведут исследования в области квантового машинного обучения, хотя пока на симуляторах.

5. Фундамент для будущих технологий

Зачем нужно:
Понимание природы реальности — это не просто «философия». Это основа для следующих технологических революций, как когда-то электромагнетизм привёл к радио, а квантовая механика — к лазерам и транзисторам.

Возможные будущие применения:

• Квантовый интернет — сеть, где информация передаётся через запутанные частицы, обеспечивая абсолютную безопасность.
• Квантовая телепортация — не телепортация объектов, а передача квантового состояния (уже реализована на расстоянии до 1400 км).
• Квантовые часы — настолько точные, что могут измерять гравитационные волны или предсказывать землетрясения.

Почему это важно уже сегодня?

• Безопасность: квантовая криптография защитит банки, правительства и медицинские данные от взлома даже квантовыми компьютерами.
• Вычисления: квантовые алгоритмы могут решать задачи, недоступные классическим компьютерам (например, моделирование молекул для новых лекарств).
• Наука: понимание природы реальности может привести к новой физике, объединяющей квантовую механику и гравитацию.

Простая аналогия

Представьте, что вы смотрите на лужу.

• С классической точки зрения — это просто вода.
• Но если вы — квантовый физик, вы видите, что каждая молекула ведёт себя по-своему, и сам факт наблюдения влияет на её поведение.

Теперь представьте, что вы можете управлять этой лужей на молекулярном уровне — создавать волны, где нужно, или замораживать части, не трогая остальные. Это и есть квантовые технологии.

На сегодняшний день вопрос об отсутствии объективной реальности, особенно в контексте квантовой физики, активно изучается как в России, так и за рубежом. Этот феномен связан с парадоксом друга Вигнера, который показывает, что два наблюдателя могут видеть разные реальности одного и того же события — и при этом оба будут правы с точки зрения квантовой механики.

В России

В России исследования в этой области ведутся в ведущих научных центрах и университетах:

1. Московский физико-технический институт (МФТИ) — физики-теоретики и экспериментаторы работают над интерпретациями квантовой механики, включая вопросы наблюдателя, суперпозиции и измерения. Здесь активно изучается роль сознания и измерения в формировании реальности.
2. Институт теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ) — часть НИЦ «Курчатовский институт». Здесь проводятся исследования в области квантовой информации, квантовых измерений и основ квантовой механики.
3. Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого — группа учёных под руководством специалистов по квантовой оптике и квантовым технологиям участвует в международных проектах по проверке неравенств Белла и тестированию парадоксов типа Вигнера.
4. Казанский национальный исследовательский технический университет (КНИТУ-КАИ) — ведутся работы по квантовой криптографии и квантовым вычислениям, где затрагиваются вопросы локальности и реальности.
5. Новосибирский Академгородок (Институт ядерной физики СО РАН) — здесь также ведутся теоретические и экспериментальные исследования, связанные с интерпретацией квантовой механики.

В мире

За пределами России активные исследования ведутся в следующих странах и учреждениях:

1. Шотландия, Университет Хериота-Уатта (Heriot-Watt University) — именно здесь в 2019 году впервые был успешно проведён эксперимент, подтвердивший парадокс друга Вигнера. Учёные использовали шесть запутанных фотонов и интерферометрическую схему, чтобы показать, что два наблюдателя могут иметь противоречащие друг другу, но одинаково верные описания одного и того же события.
2. Австрия, Университет Вены и Институт квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI) — под руководством Антона Цайлингера и других физиков проводятся эксперименты по проверке неравенств Белла и тестированию границ между классическим и квантовым мирами.
3. США, Массачусетский технологический институт (MIT) и Стэнфордский университет — здесь работают над философскими и физическими аспектами квантовой реальности, включая концепции квантового сознания, многомировой интерпретации и реляционной квантовой механики.
4. Швейцария, Женевский университет — известен своими экспериментами по квантовой телепортации и проверке нелокальности, что напрямую связано с вопросами существования объективной реальности.
5. Израиль, Университет Тель-Авива и Технион — ведутся исследования в области квантовых измерений и интерпретации квантовой механики, включая роль наблюдателя.

Ключевые учёные

• Часлав Брукнер (Časlav Brukner) — австрийский физик, один из главных исследователей парадокса Вигнера, предложивший современную интерпретацию с двумя наблюдателями.
• Маттео Сассиоли (Matteo Smerlak) — французский физик, работающий над реляционной квантовой механикой.
• Юджин Вигнер (Eugene Wigner) — основатель мысленного эксперимента (хотя он умер в 1995 году, его идеи остаются центральными).
• Карло Ровелли — итальянский физик, автор реляционной интерпретации квантовой механики, где реальность зависит от взаимодействия между системами.

Что это значит?

Эти исследования показывают, что реальность на квантовом уровне не является объективной — она зависит от наблюдателя. Это не значит, что всё субъективно в бытовом смысле (например, вы не можете “мысленно” изменить цвет неба), но на уровне элементарных частиц факты могут быть относительными, как и время в теории относительности.

Важно: на макроуровне (в повседневной жизни) объективная реальность сохраняется благодаря декогеренции — процессу, при котором квантовые суперпозиции “размываются” из-за взаимодействия с окружением.

Источник: https://naked-science.ru/