В июне 1925 года молодой научный сотрудник по имени Вернер Гейзенберг уединился на небольшом острове в архипелаге Гельголанд у северного побережья Германии. Там он совершил концептуальный прорыв, который привёл к созданию современной квантовой механики.
Примерно через сто лет, в 2025 году, около 300 физиков отправились туда на семинар в Гельголанде, где они обсудили, чему их научила теория за сто лет, и куда она может вести дальше.
Остров Гельголанд
Из двух островов Гельголанда больший (он меньше Центрального парка Нью-Йорка) возвышается из Северного моря, словно клин, с гаванью с одной стороны и стеной иззубренных скал, усеянных гнездовыми морскими птицами, с другой.
Доклады на конференции проводились по утрам и вечерам, оставляя послеобеденное время для прогулок по пересечённой местности и поиска еды в небольших ресторанах, заполненных туристами, на тихих улицах без машин, окружённых яркими зданиями. Некоторые физики осматривали достопримечательности со своими семьями, в то время как другие разбивали лагерь на пляже меньшего острова.
Тема встречи
У встречи была официальная тема — пересечение основ квантовой физики и технологий. Однако её можно было бы также охарактеризовать словами физика Джеммы Де Лес Ковес из Университета Помпеу Фабра в Испании, которая в конце недели охарактеризовала историю квантовой физики как «выдающийся прогресс, несмотря на массовые разногласия».
Прогресс в квантовых вычислениях
Большая часть прогресса, представленного на конференции, была связана с квантовыми вычислениями. Михаил Лукин из Гарвардского университета описал прорывы, достигнутые путём создания кубитов из ридберговских состояний нейтральных атомов, которые можно перемещать в пространстве во время вычислений.
Натали де Леон из Принстонского университета рассказала, как её группа улучшила производительность сверхпроводящих кубитов, изготовив их из тантала и тщательно подготовив их поверхности.
Обсуждение квантовой теории
На первой панельной дискуссии семинара было наглядно продемонстрировано массовое несогласие относительно более глубоких последствий квантовой теории — того, что она говорит нам о природе мира.
«Просто стыдно, что мы не можем сказать, какова реальность», — заявил модератор Карлтон Кейвз из Университета Нью-Мексико, демонстрируя длинный список вопросов, по которым физики всё ещё расходятся во мнениях, в том числе о том, представляет ли волновая функция реальность, является ли квантовая случайность фундаментальной или кажущейся и подразумевает ли квантовая теория нелокальные эффекты, которые мгновенно соединяют частицы даже на больших расстояниях.
Различные точки зрения на квантовую теорию
Нобелевский лауреат Антон Цайлингер из Венского университета заявил: «Квантовое состояние описывает только наши знания». Поэтому, утверждал Цайлингер, очевидная нелокальность в квантовых явлениях, таких как запутанность, не соответствует реальным сверхсветовым эффектам одной системы на другую.
Нобелевский лауреат Ален Аспект из Института оптики во Франции, напротив, утверждал, что квантовая теория описывает реальность, а не только то, что о ней известно. «И в моём квантовом мире есть нелокальность, и она полезна», — заключил он, намекая, вероятно, на такие приложения, как квантовая криптография.
Предложения по урегулированию споров
В последующие дни на сцену выходили теоретики, чтобы предложить свои предложения по урегулированию таких споров.
Роберт Спеккенс из Института Периметра в Канаде изложил свою программу по «спасению реализма», определив новую, квантовую версию причинно-следственной связи.
Анджело Басси из Университета Триеста в Италии утверждал, что квантовая механика — это лишь приближение к менее парадоксальной теории, и отметил, что модели спонтанного коллапса — которые объясняют, почему квантовые суперпозиции не наблюдаются в макроскопическом мире — остаются жизнеспособными альтернативами.
Связь с фундаментальными вопросами
Повторяющейся темой семинара была связь этих фундаментальных вопросов с серьёзной нерешённой проблемой в физике: объединением квантовой теории и общей теории относительности.
«Квантовая механика может уже что-то знать о гравитации», — сказал Ренато Реннер из Швейцарской федеральной политехнической школы (ETH) в Цюрихе, представляя работу, проделанную им с Ладиной Хаусмэн из ETH Zurich, предполагая, что парадокс «файрвола» физики чёрных дыр и парадокс «друга Вигнера» квантовой физики — это, по сути, одно и то же.
Надежды на будущее
Несколько участников отметили, что все наблюдения на сегодняшний день можно объяснить, предполагая, что и квантовая теория, и общая теория относительности верны, и выразили надежду, что недавнее изобилие настольных экспериментов по проверке квантовой гравитации принесёт разоблачающую неожиданность.
На заключительной панельной дискуссии «Следующие 100 лет» Лоренцо Макконе из Университета Павии в Италии подчеркнул положительную сторону разногласий — например, студентов часто привлекает сфера деятельности, где нет консенсуса и признания того, что текущее понимание может быть лишь поверхностным.
Боб Хендерсон, независимый научный писатель из Ред-Хук, Нью-Йорк.