Квантовый дарвинизм: причудливый брак двух далеких теорий

Чарльз Дарвин не мог предвидеть, что однажды его теория естественного отбора будет заимствована, чтобы решить загадку, которая беспокоит квантовых физиков на протяжении десятилетий.

С момента своего рождения в начале 20-го века квантовая механика была захватывающей, потому что впервые ученые сформулировали обоснованную гипотезу, описывающую мир в атомном и субатомном масштабе. Тем не менее, теория, основанная на неопределенности и вероятности, была совсем не инстинктивной и имела много необычных свойств.

Например, у физиков возникли проблемы с объяснением перехода от микроскопического мира с квантовым доминированием к макроскопической вселенной, управляемой классической физикой — процесс, также известный как коллапс волновой функции или Редукция фон Неймана. Когда наблюдатель измеряет свойства (такие как положение и скорость) частицы, внезапно все возможные состояния сводятся к одному.

В 1970-х годах покойный немецкий физик Хайнц-Дитер Зех впервые выявил это явление и назвал его декогерентностью, которая описывает исчезновение «квантованности» в среде наблюдателя. Войцех Зурек, физик-теоретик из Национальной лаборатории в Лос-Аламосе, последовал примеру Зеха и продолжил эту идею. Он сравнил свои рассуждения с теорией естественного отбора Дарвина, выдвинув гипотезу о том, что во время декогеренции определенные свойства объектов выбираются из большого числа возможностей. Свойства, которые считаются «наиболее подходящими», всегда попадут в среду наблюдателя.

Как и любая научная теория в мире, какой бы убедительной она ни была, она требует эмпирические доказательства. В прошлом году три независимых исследования подвергли проверке теорию Зурека и достигли положительных результатов.

Возьмем, к примеру, одно из них, проведенное группой китайских физиков в Университете науки и техники Китая. В этом исследовании ученые построили так называемый квантовый симулятор дарвинизма, в котором один фотон выступает в качестве квантовой системы, а горстка других — в качестве среды (наблюдателей).

Их моделирующее исследование подтвердило существование «избыточности классической информации системы»: пока взаимодействие системы и среды достаточно сильное, одного фотона среды будет достаточно, чтобы вызвать декогеренцию. Потому что информация о других фотонах окружающей среды просто реплики, отпечатанные системой.

Похоже, что квантовый дарвинизм нашел свое место, и первые шаги для проверки теории были успешными. Ожидается, что дополнительные эксперименты продолжат изучение квантового дарвинизма в более сложных квантовых средах.

Вас также может заинтересовать:

• По 50-километровому переулку квантовой памяти: ученые раздвигают границы квантовой коммуникации
• Квантовая запутанность предлагает беспрецедентную точность для GPS и многое другое
• Освещая квантовый мир