"единица", "да", true, тире азбуки Морзе и так далее.
Как видим, передатчик формирует два отчетливо различимых для приёмника потока. Первое и второе измерения, вертикальный крест дают в приёмнике количество совпадений (50%), надёжно отличающееся от количества совпадений, которое дают третье и четвёртое измерения (100%), наклонный крест. Состояния фотонов на стороне передатчика формируются, например, поворотом рукоятки поляризатора – в вертикальное или наклонное положение. Фотонам на стороне приёмника эти состояния передаются со сверхсветовой (нелокальной) скоростью. Квантовый гейт CNOT позволяет различить эти модулированные состояния запутанных фотонов, определить в каком положении на стороне передатчика находилась рукоятка поворотного поляризатора.
<пропущено>
Обобщенно результаты измерений можно свести в две таблицы состояний: для сигналов 1 и для сигналов 0. Поскольку возможны 4 комбинации сигналов на выходах измерителей, для нижнего уровня достоверности должно производиться измерение как минимум 4-х последовательных фотонов. Согласно колонкам Сигнал 0 обязательно будут зафиксированы противофазные фотоны. Другими словами, наличие противофазных фотонов (разноименных совпадений) означает получение приемником сигнала 0. Очевидно, что и передатчик и приемник можно легко автоматизировать, использовать компьютерную технику. Наиболее сложным является формирование несущей, то есть создание и разделение фотонных пар между передатчиком и приемником, создание своеобразного подобия телеграфных проводов.
Но здесь возникает серьезный вопрос: каким же образом неуловимая, неощутимая квантовая информация вдруг позволила все-таки передать информацию классическую, вещественную? Вероятно, что в данном случае, по всей видимости, удалось обойти запрет на клонирование фотона. Хотя о единственном случае клонирования было известно и ранее: это клонирование фотона в базисном состоянии. Такое клонирование осуществляет гейт CNOT. Эта одна-единственная, буквально крошечная возможность создания клонированного фотона допустила возможность передачи классической информации, формально даже и не нарушая теорему о запрете клонирования кубита.
Опишем такую возможность передачи информации в виде небольшой истории с традиционными участниками Алисой и Бобом, которые решили осуществить передачу сигналов посредством квантового нелокального семафора. Почему семафор, а не традиционные телепортация или телеграф? Дело в том, что два ортогональных сигнала – вертикальный и наклонный кресты поляризованных фотонов довольно сильно напоминают морской семафор, когда матрос размахивает флажками, образуя разные фигуры. Очевидно, что разница наклонов в 45 градусов соответствует максимальной различимости положения таких крестов. Конечно, в этом случае используется не морская семафорная азбука, а азбука Морзе, поскольку у таких флажков только два положения, хотя возможно и сколь угодно много промежуточных положений.
Итак, для такого эксперимента они собрали модель квантового нелокального семафора примерно такого вида, как показано на рис.4. На одинаковом расстоянии от себя они установили источник запутанных фотонов S, который испускает непрерывную последовательность фотонных пар v1 и v2. Свои полученные фотоны Алиса пропускает через вращаемый поляризатор. Чтобы передать Бобу сообщение с помощью азбуки Морзе, Алиса поворачивает свой поляризатор в одно из двух положений. Вертикальное положение поляризатора означает точку (ноль), наклонное под 45 градусов – тире (единицу). На своей стороне Боб принимает вторые из пар запутанные фотоны и пропускает их через квантовый гейт CNOT, подавая на его управляющий вход полученные запутанные фотоны, а на управляемый вход – фотоны с горизонтальной поляризацией.
Рис.4. Квантовый нелокальный семафор
С выхода гейта управляющий и управляемый фотоны Боб пропускает через наклоненные под 45 градусов расщепляющие поляризаторы и с помощью устройства совпадения измеряет парные регистрации, когда оба фотона одновременно прошли либо на одноименные их выходы (плюсовые или минусовые), либо на разноименные. Конечно, использование расщепляющих поляризаторов не обязательно, поскольку всякое прохождение на один выход тождественно отсутствию такого прохождения на другой. Устройство совпадения выдаёт информацию о процентном соотношении парных регистраций. Если все фотоны парно прошли через одноименные выходы поляризаторов (100%-ное совпадение), то Боб записывает тире (единицу). Если одноименных регистраций только 50%, то Боб записывает точку (ноль). Поскольку совпадения формируются при коллапсе волновых функций запутанных фотонов v1 и v2, то такая передача текста азбукой Морзе происходит со сверхсветовой скоростью [7, 6].
Заключение
В заключение следует сделать, видимо, неожиданный вывод. Остаются сомнения в окончательном и убедительном доказательстве того, что квантовая нелокальность может быть использована для сверхсветовой передачи информации – слишком уж много вопросов возникает в физике при такой возможности. Но, если приведённые выкладки неверны, то в чём ошибка? Возможно, она заключена в трактовке запутанности. В частности, видимо, только эксперимент может подтвердить, что при запутывании пар запутанных фотонов на одной стороне приведёт к запутанности и их удалённых пар.
Кроме того, если посмотреть литературу по CNOT, то можно встретить утверждения, что на выходе гейта фотоны запутаны всегда и во всех режимах. В этом случае селекция фотонов на выходах предложенной схемы не позволит различить их исходное состояние и передачи информации не будет.
Другими словами, уравнения (3) и (4) тоже, видимо, представляют запутанные состояния фотонов, хотя это довольно странные состояния запутанности. Действительно, в этом случае оба фотона находятся в собственных состояниях и имеют точно определённые поляризации, а их совместное состояние является тензорным произведением, означающим отсутствие запутанности, вопреки многочисленным заявлениям от имени квантовой механики! Такая запутанность, если она действительно имеет место, весьма красочна. Фотон с достоверно известной поляризацией без какого бы то ни было влияния извне поворачивает её в приемнике на глазах экспериментатора. И сразу же становится очевидным, что такая запутанность с ещё большей простотой позволяет произвести сверхсветовую передачу информации. Поворачивая поляризатор у фотона в передатчике, мы получаем на выходе такое же вращение фотона в приемнике.
В любом случае рассмотренная семафорная квантовая сигнализация, "странная запутанность" или управляемое переключение состояния запутанности пары удалённых фотонов фактически создают ряд серьёзных физических проблем, парадоксов. Появляется возможность сверхсветовой передачи классической информации, что де-факто вступает в противоречие со специальной теорией относительности. Прямо говоря, опровергает её основные положения. Становится недействительным вывод из основного постулата теории – о предельности скорости света и невозможности сверхсветовой передачи взаимодействия или сигналов. Отвергаются принцип относительности одновременности, преобразования Лоренца.
Конечно, такую сигнализацию довольно сложно использовать в дальней космической связи, хотя это было бы самым перспективным её приложением. Для такой связи требуется создать некое фотонное подобие обычной телеграфной линии связи (провода, оптоволокно), что связано с заметными техническими трудностями. Но её достаточно просто использовать для кодированной передачи информации. Источник запутанных фотонов передает их отправителю и получателю, например, по обычной волоконно-оптической линии, либо со спутника. Передача информации производится либо непосредственно путем описанной семафорной сигнализации, либо передачей открытого ключа. Любое постороннее вмешательство в сеанс связи сразу же обнаруживается по нарушению контрольных сумм и может быть незамедлительно пресечено. Очевидно, что две рассмотренные выше ИСО Алисы и Боба, связанные таким каналом связи, могут двигаться относительно друг друга с любой скоростью, что, собственно, и ведёт к возникновению сверхсветовых парадоксов теории относительности.
Как известно, сверхсветовую сигнализацию теория относительности нередко трактует как сигнализацию во времени, как передачу информации в прошлое, то есть, как некий вариант машины времени. Однако это неверный подход. Сверхсветовая сигнализация опровергает основы специальной теории относительности, поэтому и все её выводы в этом случае также становятся недействительными.
Библиографические ссылки:
1. Bell J.S., On the Einstein Podolsky Rosen paradox, Physics Vol.1, No.3, pp.198-200, 1964
2. Walleczek J., Groessing G., Nonlocal quantum information transfer without superluminal signalling and communication, arXiv:1501.07177v3 [quant-ph]
3. Доронин С.И., «Не локальность квантовой механики», форум на сайте «Физика магии», URL (недоступен):
http://physmag.h1.ru/forum/topic.php?forum=1&topic=29
4. Эйнштейн А. Собрание научных трудов в четырех томах. Том 4. Статьи, рецензии, письма. Эволюция физики. М.: Наука, 1967
5. Эйнштейн А., Подольский Б., Розен Н. Можно ли считать квантовомеханическое описание физической реальности полным? / Эйнштейн А. Собр. научных трудов, т.3. – M.: Наука, 1966, с. 604-611
6. Дополнения к статье, сайт Самиздат, URL:
http://samlib.ru/p/putenihin_p_w/teledop.shtml
7. Путенихин П.В., Нелокальная квантовая передача классической информации, журнал "Точная наука", ИД "Плутон", вып.33 от 17 декабря 2018 г., URL:
https://elibrary.ru/item.asp?id=36746320
