Квантовая физика долгое время оставалась уделом сугубо академической науки, но сегодня её принципы всё активнее проникают в прикладные технологии — от криптографии до вычислительной техники. Однако среди множества квантовых эффектов особое место занимает явление, которое ставит под сомнение наши привычные представления о причинности и времени — квантовый ластик. В июле 2026 года команда исследователей из Университета науки и технологий Китая опубликовала новую работу, которая не только подтверждает существование этого эффекта, но и предлагает практический способ его использования для повышения точности квантовых измерений.
В этой статье мы разберём, что такое квантовое состояние простыми словами, как работает квантовый ластик и почему результаты нового эксперимента могут изменить подход к проектированию квантовых сенсоров.
Что такое квантовое состояние: фундаментальное понятие
Квантовое состояние — это математическое описание физической системы на микроскопическом уровне. В отличие от классической физики, где положение и импульс частицы можно определить одновременно с любой точностью, в квантовой механике действует принцип неопределённости Гейзенберга: чем точнее мы знаем одну характеристику, тем меньше знаем другую.
Квантовое состояние описывается волновой функцией (обычно обозначается греческой буквой ψ), которая содержит всю возможную информацию о системе. Например, для электрона в атоме водорода волновая функция определяет вероятность нахождения электрона в разных точках пространства. Пока измерение не произведено, электрон находится во всех возможных положениях одновременно — это явление называется суперпозицией.
Особенность квантовых состояний в том, что они могут быть запутанными. Запутанные состояния — это когда две или более частицы оказываются связанными таким образом, что изменение состояния одной мгновенно влияет на состояние другой, независимо от расстояния между ними. Альберт Эйнштейн называл это «жутким дальнодействием», но многочисленные эксперименты, начиная с работ Алена Аспе в 1980-х годах, подтвердили реальность этого явления.
Квантовый ластик: история открытия
Квантовый ластик — это мысленный эксперимент, который впервые был предложен физиком Марком Скалли в 1982 году. Суть его парадоксальна: можно "стереть" информацию о том, по какому пути прошла частица, и тем самым восстановить интерференционную картину, которая исчезла после получения этой информации.
Классическая демонстрация использует интерферометр Маха — Цендера. Луч света разделяется на два пути с помощью полупрозрачного зеркала, затем пути сводятся вместе, и на экране наблюдается интерференционная картина — чередование светлых и тёмных полос. Если на один из путей поставить детектор, который определяет, по какому пути пошёл фотон, интерференция исчезает: мы теперь знаем траекторию каждой частицы. Но если "стереть" эту информацию (например, уничтожить данные детектора до того, как фотон достигнет экрана), интерференция восстанавливается.
Парадокс в том, что решение о "стирании" информации принимается после того, как фотон уже прошёл через интерферометр. То есть текущее действие влияет на прошлое состояние частицы. Конечно, никакой передачи информации в прошлое не происходит — это интерпретация квантовой механики, где время не является фундаментальным параметром для квантовых систем.
Новое исследование 2026 года: от теории к практике
В статье, опубликованной на Habr и основанной на работе китайских учёных, описывается экспериментальная реализация квантового ластика на основе сверхпроводящих кубитов Источник. Исследователи использовали квантовую цепь на чипе с пятью кубитами, где два кубита выступали в роли запутанных частиц, а третий — в роли "ластика".
Ключевое отличие этой работы от предыдущих экспериментов — возможность точного контроля над степенью "стирания" информации. Ранее квантовый ластик был либо полностью включён, либо выключен. Теперь же исследователи научились частично стирать информацию, наблюдая плавный переход от полной интерференции к её отсутствию.
Технически это реализовано через изменение времени задержки между измерением пути и применением операции "стирания". Если время задержки меньше когерентного времени кубита (в эксперименте оно составляло около 50 микросекунд), то информация успевает "забыться", и интерференция восстанавливается. Если больше — информация остаётся, и интерференция не наблюдается.
Результаты эксперимента
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Тип кубитов | Сверхпроводящие (трансмон) |
| Количество кубитов в схеме | 5 |
| Когерентное время | ~50 мкс |
| Точность измерения интерференции | 98.7% |
| Минимальное время "стирания" | 5 мкс |
Данные из статьи на Habr (2026).
Применение квантового ластика на практике
На первый взгляд, квантовый ластик — это чисто академический курьёз. Однако исследователи видят в нём практический потенциал для трёх областей:
-
Квантовые сенсоры — возможность "стирать" лишнюю информацию о среде позволяет повысить чувствительность измерений. Например, при детектировании гравитационных волн можно отфильтровать шумы, связанные с известными траекториями частиц.
-
Квантовая криптография — протоколы распределения ключей могут использовать квантовый ластик для проверки наличия подслушивания без раскрытия самого ключа.
-
Квантовые вычисления — управление информацией о квантовых состояниях позволяет реализовать более эффективные алгоритмы коррекции ошибок.
Технические детали: как это работает на уровне кубитов
Для понимания механизма квантового ластика на кубитах нужно разобраться с понятием декогеренции. Квантовое состояние чрезвычайно хрупко: любое взаимодействие с окружающей средой разрушает суперпозицию и превращает квантовую систему в классическую. Время, в течение которого кубит сохраняет квантовое состояние, называется временем когерентности.
В эксперименте 2026 года использовалась схема, где два кубита (A и B) подготавливались в запутанном состоянии. Затем кубит A проходил через аналог интерферометра — последовательность квантовых гейтов, создающих суперпозицию двух путей. Детектор на кубите B измерял, по какому пути пошёл кубит A. Это измерение разрушало интерференцию на кубите A.
После этого на кубит B подавался гейт, который "стирал" результат измерения — переводил кубит B в состояние, не несущее информации о пути. Если это происходило до того, как кубит A достигал конечного детектора, интерференция восстанавливалась.
Ключевой момент: "стирание" не требует физического уничтожения данных — достаточно изменить базис измерения. То есть мы не теряем информацию, а просто делаем её недоступной для корреляции с состоянием кубита A.
Связь с квантовой запутанностью
Квантовый ластик — это прямое следствие квантовой запутанности. Когда две частицы запутаны, их состояния коррелированы. Измерение одной частицы мгновенно фиксирует состояние другой, но сама по себе корреляция не передаёт информацию — это просто математическая связь.
Интуитивно это можно представить так: у вас есть два кубита, которые всегда дают противоположные результаты при измерении в одном базисе. Если вы измерили первый кубит и получили 0, вы знаете, что второй даст 1. Но пока вы не измерили первый, второй находится в суперпозиции 0 и 1. Если вы "забываете" результат первого измерения (переводите его в суперпозицию), второй снова оказывается в неопределённом состоянии.
Именно этот эффект и демонстрирует квантовый ластик: стирание информации об одном кубите восстанавливает неопределённость второго.
Критика и ограничения
Несмотря на впечатляющие результаты, у эксперимента есть ограничения:
- Масштабируемость — схема с пятью кубитами работает, но для практического применения нужны сотни и тысячи кубитов.
- Температурные условия — сверхпроводящие кубиты работают при температурах около 15 милликельвинов, что требует дорогостоящего криогенного оборудования.
- Декогеренция — даже при когерентном времени 50 микросекунд сложно выполнить все операции до потери квантового состояния.
ASI Biont поддерживает интеграцию с квантовыми симуляторами через API — подробнее на asibiont.com/courses. Это позволяет разработчикам тестировать алгоритмы квантового ластика без физического доступа к кубитам.
Заключение
Квантовый ластик остаётся одним из самых контринтуитивных явлений в физике. Новое исследование 2026 года не только подтверждает его существование, но и открывает путь к практическому использованию — от квантовых сенсоров до криптографии. Хотя до коммерческих продуктов ещё далеко, каждый такой эксперимент приближает нас к пониманию того, как квантовая механика может работать на благо человечества.
Для тех, кто хочет глубже разобраться в теме, рекомендую прочитать оригинальную статью на Habr и ознакомиться с курсами по квантовым вычислениям на платформе ASI Biont. Квантовая физика перестаёт быть абстрактной теорией — она становится инструментом, который мы учимся применять.
Комментарии