Български екип реализира първата квантова комуникация на 51 км

Бог не играе със зарове с Вселената, упорствал Алберт Айнщайн, когато спорел с гениалните физици Вернер Хайзенберг, Луи дьо Бройл, Ервин Шрьодингер, Нилс Бор и Макс Планк. И Айнщайн като тях бил на „ти“ с квантовата физика. Той обаче упорито не вярвал, че поведението на квантовите частици е на случаен принцип. Опитвайки се да му докажат, че не е прав, физиците постигат уникален пробив, благодарение на който днес комуникациите са на прага на революция. А в нея България с ново постижение е на крачка от Китай, който инвестира милиарди в квантови технологии. Цялата тази велика история започва в началото на миналия век всъщност с откритие на самия Айнщайн. Интерпретирайки фотоелектричния ефект като сблъсък между фотони, наситени с енергия, и електрони, той отваря вратата за прозрението, че светлината, смятана за вълна, се държи все едно е поток от частици и това му носи Нобелова награда през 1921 г.

В същото време феноменалният физик отхвърля една от най-важните особености на квантовата механика – че светът на частиците не се подчинява на правилата от класическата физика. Той не вярва, че квантовият свят е вероятностен и поне видимо всичко в него е

на случаен принцип.

Вернер Хайзенберг бил по-умерен и признавал, че има много неща, които физиците не разбират. Така открива принципа на неопределеността – учените не могат да изчислят траекторията на един свободен електрон, но когато той е в голяма група, която с движението си рисува дифракционните тъмни и светли ресни, учените могат да ги прогнозират и да ги пресметнат предварително.

Айнщайн отказва да приеме тази неопределеност и случайност. До края на живота си той твърди, че Бог не играе на зарове с Вселената. Вярва, като приятеля си Дейвид Бом, че има скрити променливи, които нямат нищо общо с характеристиките на частиците – като маса, заряд, спин. Бом допускал в хипотезите си, че има един „нулев“, базов ред, където се задават първоначалните вълни и направления, а на повърхността се виждат само тук-там ефектите му. Затова за нас те изглеждат случайни, но всъщност имат своята макар и необяснима за човечеството логика.

Дали Айнщайн и Бом са прави?

От днешна гледна точка експериментите ги опровергават, но в бъдеще - кой знае?

„Макс Планк прави първата стъпка към създаването на квантовата теория и успява да обясни част от тези големи неясноти“, разказва пред сп. „Космос“ доц. Лъчезар Георгиев. Той е директор на Института за ядрени изследвания и ядрена енергетика при Българската академия на науките. И ръководи Научния екип на Центъра за компетентност QUASAR и представител на България в борда на Европейската инициатива EuroQCI.

„След това тази теория е доразвита от Нилс Бор, Шрьодингер, Хайзенберг – допълва ученият. – Бор стига до извода че микрочастиците се подчиняват на други закони, различни от нашата физическа интуиция. Например когато гледаме една топка, ние във всеки момент знаем къде се намира, с каква скорост се движи, докато при квантовата физика не е така. Така се появява съотношението за неопределеност на Хайзенберг, според което координатите и скоростта на една квантова частица не могат да бъдат измерени едновременно – можем да определим или координатите, или скоростта.“

Последващи експерименти показват, че квантовите системи „са дълбоко нелокални“, тоест те сериозно се различават от тези на класическата физика. Затова от днешна гледна точка

физиците приемат, че Айнщайн не е бил прав.

Но благодарение на неговото упорство поколения физици ден след ден се стремят да го оборят и да разкрият нови и нови приложения на тези необясними явления. Така правят първите по-смели стъпки в квантовите компютри, в квантовия интернет, в квантовата телепортация и комуникация. Те не разбират докрай случайността, но са твърдо решени да използват всичките й ефекти.

Благодарение на това и на изключителните усилия на учените ни днес малка България може да се похвали с пробив, който смятахме, че е запазен само за колоси като САЩ, Китай, Япония и обединена Европа. 

Как екипът на доц. Лъчезар Георгиев постигна квантова комуникация, четете в бр. 5 на сп. "Космос".