Измерение всё меняет
Урок 3 из 23 курса «Квантум: курс с нуля». Бесплатно, с анимациями и тестом.
Измерение даёт один ответ
До измерения у частицы есть амплитуды на разные исходы. В момент измерения выпадает ровно один исход, случайно, с шансом «амплитуда в квадрате». И главное: после этого состояние меняется. Если выпал 0, частица теперь просто 0, и повторное измерение снова даст 0. Амплитуды других вариантов исчезли. Физики называют это коллапсом. Для кубитов это значит: результат вычисления надо подготовить так, чтобы нужный ответ выпадал почти всегда.
Случайность, которую не взломать
Случайные числа обычного компьютера считает формула. Знаешь стартовое число, повторишь всю цепочку. Поэтому их называют псевдослучайными. Квантовое измерение даёт случайность без формулы: исход не знает никто, даже природа заранее. В 2020 году Samsung выпустил Galaxy A Quantum с квантовым генератором случайных чисел для защиты данных. А в 2025-м Quantinuum и банк JPMorgan получили на квантовом компьютере случайные числа с математическим доказательством, что их никто не подделал.
Опыт дома: очки и экран
Поляроидные очки пропускают свет только с одним направлением колебаний. Многие экраны, особенно ЖК, светят как раз таким светом. Надень очки и наклони голову: под каким-то углом экран потемнеет. А теперь фокус физиков. Два фильтра крест-накрест не пропускают ничего. Вставь между ними третий под 45°, и свет снова пройдёт, примерно 12,5%. Лишний фильтр добавил света! Каждый фильтр — это измерение, и оно меняет состояние света.
Мир подглядывает постоянно
Измерять может не только прибор. Молекула воздуха, тепло, случайный фотон — каждое такое касание оставляет в мире след о состоянии частицы. Это и есть декогеренция: квантовость утекает наружу. При комнатной температуре кубит теряет её почти мгновенно. Поэтому сверхпроводящие чипы Google и IBM работают в холодильниках при сотых долях градуса выше абсолютного нуля. Это около −273,14 °C, примерно в 200 раз холоднее открытого космоса.
Кот Шрёдингера — это шутка
В 1935 году Эрвин Шрёдингер придумал кота в ящике, который «и жив, и мёртв», чтобы показать, как абсурдно звучит квантовая теория в мире больших вещей. Настоящий кот тёплый и огромный, декогеренция сработала бы мгновенно. Но физики всё равно гонят рекорды. В 2023 году в ETH Zürich кристалл массой 16 микрограммов, это как песчинка, поставили в суперпозицию двух колебаний. Граница квантового мира пока не найдена.
Проверь себя
- Кубит измерили, выпал 0. Что даст второе измерение сразу после?
Правильный ответ: Снова 0. После измерения амплитуды других вариантов исчезли. Кубит теперь просто 0, поэтому повтор даёт 0. - Почему кубиты держат почти при абсолютном нуле?
Правильный ответ: Тепло «измеряет» кубит и стирает квантовость. Тепловые колебания и случайные фотоны постоянно касаются кубита. Каждое касание — утечка информации, то есть декогеренция. Холод её резко замедляет. - Что произойдёт со светом в опыте с тремя фильтрами?
Правильный ответ: Часть света снова пройдёт. Средний фильтр «измеряет» свет под 45° и меняет его состояние. После него у света появляется шанс пройти последний фильтр: в итоге около 12,5%.