Поговорим о квантовой версии 2.0: почему нам нужно оттачивать наш язык

Суперпозиция, запутанность и другие сбивающие с толку аспекты квантового мира теперь являются движущей силой различных прорывных технологий. В то время как «квант 1.0» был посвящен исследованию тайн волновых уравнений Шредингера и постановке умных экспериментов, чтобы закрыть лазейки в теории, «квант 2.0» превращает самые причудливые аспекты квантовой физики в рутинную работу. Квантовые компьютеры, основанные на суперпозиции, а также шифровальные устройства, основанные на запутанности для связи на больших расстояниях, в настоящее время все становится технологически жизнеспособным.

Но несмотря на стремительное развитие квантовых технологий, одна вещь, которая не изменилась, — это громоздкий и противоречивый язык, который мы используем, чтобы говорить обо всех квантовых вещах. Хотя реальность запутанности и суперпозиции не вызывает никаких разумных сомнений, описывать их словами как никогда безумно. Квантовые явления Он странно, но это не значит, что мы должны довольствоваться странным языком для их описания.

С самых первых дней квантовой механики Альберт Эйнштейн Нильс Бор, Вернер Гейзенберг и другие стремились понять эту новомодную неклассическую физику квантовой 1.0. Их борьба касалась разрыва между тем, как мы говорим о явлениях, и тем, как мы сталкиваемся с ними в лаборатории. Этот разрыв был создан несовершенным метафорическим языком, все еще широко используемым для характеристики неклассических явлений.

В то время как реальность запутанности и суперпозиции не вызывает никаких разумных сомнений, как никогда безумно описывать их словами.

Концепция «запутанности» не может не вызывать ассоциации с двумя (или более) дискретными вещами, сплетенными вместе, но каким-то образом разделенными, как спутанные мотки пряжи. Что же касается «суперпозиции», то она вызывает в воображении образ облака различных состояний как раз перед тем, как какая-то внешняя причина выбирает одно состояние, а другие исчезают. Или подумайте о таких терминах и фразах, как «поле», «путь», «самовмешательство», «коллапс волновой функции» или «фотон, решивший вернуться назад во времени». Существует большой разрыв между тем, что изображено, и явлениями, которые они обозначают.

Язык имеет значение

Физики обычно обладают достаточно сильным интуитивным пониманием того, что происходит, когда они погружаются в свое ремесло, поэтому их обычно не слишком беспокоят эти термины, даже если иногда они все еще остаются загадкой. Однако в квантовой версии 2.0 с ее устройствами, которые скоро станут обычным явлением, и будущими приложениями, мы должны быть осторожны в использовании языка, унаследованного от квантовой версии 1.0. На это есть две причины.

Первое — ясность. Если ученые не могут прямо описать, как работают эти устройства и приложения, это делает устройства загадочными и потусторонними. Жуткий и парадоксальный язык также заставляет ученых казаться священниками, помазанниками, которые связаны с запредельным. Если физики не могут выразить вещи на языке, понятном другим, это означает, что ни один язык не имеет смысла, или физики не могут найти язык, который его понимает, или они выдумывают. В конечном итоге это поощряет скептицизм и отрицание науки, а также признание научной неграмотности.

Вторая причина — практическая. Поиск правильного языка для квантовых эффектов может помочь избежать путаницы при разработке квантовых технологий 2.0. Плохие метафоры могут сделать определенные виды устройств — квантовые телефоны, устройства для телепортации людей — физически более правдоподобными, чем они есть на самом деле. С другой стороны, слишком буквальное понимание метафор — слишком близкое отношение к создаваемым ими картинкам — может склонить мышление дизайнеров в неправильном направлении. Более качественные изображения реальности помогут лучше спланировать эксперименты по ее изучению.

Когда физики и философы осознают, что разделяют благородную истину

Слово «запутанность», например, — хороший способ говорить о квантовой физике в определенных областях, когда мы можем представить поведение в терминах частиц. Но мы не можем думать о дискретных энергетических состояниях в поле слишком буквально, как о частицах; то есть независимо друг от друга. Для этого потребуется механизм их зависимости. Это, в свою очередь, потребует других метафор, таких как способность волновой функции «выбирать» свои состояния, что, в свою очередь, требует либо нелокальных эффектов, либо сверхсветовой связи.

Что касается «суперпозиции», это также метафора, которая работает в определенных ситуациях, например, когда кажется, что возможности существуют одновременно. Но это предполагает, что существует своего рода «контейнер возможностей» — как электрон в потенциальной яме — который проявляется только на квантовом уровне. Это, в свою очередь, означает, что квантовые и классические явления разделены четкой границей, а не разницей в степени. Поэтому эту метафору трудно применить, скажем, к макромолекулам, квантовым жидкостям или квантовым флуктуациям вблизи горизонта событий черной дыры, где они перетекают друг в друга.

Критическая точка

Известно, что Бор утверждал, что мы не можем составить буквальную картину квантовых явлений, что представляет собой, казалось бы, непреодолимое препятствие для точного языка. Но он не имел в виду, что мы должны отказаться от попытки создать язык, который мы действительно и по-настоящему понимаем и который точно описывает то, с чем мы сталкиваемся. Бор изо всех сил пытался создать язык, который примирил бы особенности квантовых явлений с обычным языком, используемым для описания экспериментальных ситуаций. Тем не менее, нет оснований думать, что невозможно разработать язык, успешно описывающий квантовые явления.

Нет оснований думать, что невозможно разработать язык, успешно описывающий квантовые явления.

кубизм это одна попытка. язык QBist сочетает в себе ресурсы байесовской теории вероятности и теории квантовой информации, чтобы рассматривать подготовку квантовых систем не как выделение волнообразных или частицеподобных вещей, а как составление вероятностной оценки результатов измерения для пользователя. Вместо того, чтобы рассматривать, скажем, фотон с неизвестной поляризацией как «выбирающий» свою поляризацию при выстреле через кристалл кальцита, подход QBist рассматривает результат как «обновления» в нашей «информации о системе».

Этот язык обеспечивает унифицированное описание, но не настаивает на том, что фотон является «подобным частице» или «подобным волне». Не всех физиков устраивает квантовая биология, и это может быть не единственный такой подход к описанию квантовых явлений. Но любая альтернатива КБизму должна помочь нам увидеть, что на самом деле загадочно в квантовой механике, не зацикливаясь на прошлых характеристиках головоломок. Если такая попытка увенчается успехом, мы действительно окажемся на пороге кванта 2.0.

Роберт П. Криз (нажмите на ссылку ниже, чтобы увидеть полную биографию) является заведующим кафедрой философии Университета Стоуни-Брук, США. Дженнифер Картер преподает философию в Стоуни-Брук, где Джино Элиа является аспирантом

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• ПлатонАйСтрим. Анализ данных Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Чеканка будущего с Эдриенн Эшли. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/lets-talk-about-quantum-2-0-why-we-need-to-sharpen-up-our-language/