Analiza uzasadnienia twierdzenia Bella prowadzi do wniosku, że wynika z niego zasadniczo nielokalny charakter zjawisk kwantowych. Jakikolwiek kompletny model eksperymentów typu EPRB musiałby wyjaśnić zarazem fakt doskonałej korelacji wyników takich samych pomiarów na obu cząstkach, jak też łamanie w pewnych innych wypadkach nierówności Bella. Ten pierwszy fakt jest w stanie wyjaśnić jedynie model deterministyczny. Gdyby jednak spełniał on warunek lokalności relatywistycznej, zabraniający rozprzestrzeniania się oddziaływań przyczynowych szybciej od światła, to korelacja wyników pomiarów na obu cząstkach odpowiedzialna za łamanie nierówności Bella musiałaby być konsekwencją wspólnej przyczyny. Tymczasem w świetle teorii wspólnej przyczyny Reichenbacha skutki wspólnej przyczyny muszą spełniać warunek "ekranowania" (screening off), którego szczególny przypadek nieuchronnie prowadzi do spełnienia nierówności Bella. Jedynym wyjaśnieniem obu wspomnianych faktów może się więc wydawać założenie, że stany obu cząstek pozostają w nielokalnym związku, którym jest dosłownie rozumiane splątanie kwantowe. Alternatywą jest jednak założenie, że wspólne przyczyny w modelu eksperymentów EPRB muszą być niereichenbachowskie, tj. nie spełniać warunku "ekranowania". To zaś jest możliwe dzięki uwikłaniu w pomiary kwantowe procesów chaosu deterministycznego. Tymczasem w literaturze przedmiotu ten kierunek poszukiwania sposobu podważenia twierdzenia Bella jest systematycznie omijany. Nie tylko temat chaosu nie pojawia się w tym kontekście, ale nawet nie próbuje się kwestionować powszechności "ekranowania" dla modeli deterministycznych. Być może ten stan rzeczy w jakimś stopniu wynika z motywacji pozamerytorycznych. Światopoglądowo atrakcyjny może wydawać się holistyczny obraz rzeczywistości, w którym wszystko jest ze wszystkim nierozerwalnie powiązane. Dosłowna interpretacja splątania kwantowego sprawia wrażenie realizacji takiego obrazu, co jego entuzjastów może zniechęcać do poszukiwania sposobu jej uniknięcia.
Analiza uzasadnienia twierdzenia Bella prowadzi do wniosku, że wynika z niego zasadniczo nielokalny charakter zjawisk kwantowych. Jakikolwiek kompletny model eksperymentów typu EPRB musiałby wyjaśnić zarazem fakt doskonałej korelacji wyników takich samych pomiarów na obu cząstkach, jak też łamanie w pewnych innych wypadkach nierówności Bella. Ten pierwszy fakt jest w stanie wyjaśnić jedynie model deterministyczny. Gdyby jednak spełniał on warunek lokalności relatywistycznej, zabraniający rozprzestrzeniania się oddziaływań przyczynowych szybciej od światła, to korelacja wyników pomiarów na obu cząstkach odpowiedzialna za łamanie nierówności Bella musiałaby być konsekwencją wspólnej przyczyny. Tymczasem w świetle teorii wspólnej przyczyny Reichenbacha skutki wspólnej przyczyny muszą spełniać warunek "ekranowania" (screening off), którego szczególny przypadek nieuchronnie prowadzi do spełnienia nierówności Bella. Jedynym wyjaśnieniem obu wspomnianych faktów może się więc wydawać założenie, że stany obu cząstek pozostają w nielokalnym związku, którym jest dosłownie rozumiane splątanie kwantowe. Alternatywą jest jednak założenie, że wspólne przyczyny w modelu eksperymentów EPRB muszą być niereichenbachowskie, tj. nie spełniać warunku "ekranowania". To zaś jest możliwe dzięki uwikłaniu w pomiary kwantowe procesów chaosu deterministycznego. Tymczasem w literaturze przedmiotu ten kierunek poszukiwania sposobu podważenia twierdzenia Bella jest systematycznie omijany. Nie tylko temat chaosu nie pojawia się w tym kontekście, ale nawet nie próbuje się kwestionować powszechności "ekranowania" dla modeli deterministycznych. Być może ten stan rzeczy w jakimś stopniu wynika z motywacji pozamerytorycznych. Światopoglądowo atrakcyjny może wydawać się holistyczny obraz rzeczywistości, w którym wszystko jest ze wszystkim nierozerwalnie powiązane. Dosłowna interpretacja splątania kwantowego sprawia wrażenie realizacji takiego obrazu, co jego entuzjastów może zniechęcać do poszukiwania sposobu jej uniknięcia.
Dowód twierdzenia Bella sprowadza się do wyprowadzenia którejś z nierówności Bella. W ich standardowych wyprowadzeniach jednak kluczową rolę odgrywa warunek faktoryzowalności łącznego prawdopodobieństwa warunkowego, który można uzyskać jako konsekwencję dwóch innych warunków, znanych jako parameter independence i outcome independence. Pierwszy z nich jest dość oczywistym wyrazem warunku lokalności, natomiast drugi budzi wątpliwości. Ponieważ jednak jest on uszczegółowieniem warunku screening off zasady wspólnej przyczyny, jego podważenie wymagałoby zakwestionowania również tego warunku. Gdyby się to powiodło, efektywny dowód twierdzenia Bella wymagałby wyprowadzenia nierówności Bella nie wykorzystującego żadnego uszczegółowienia warunku screening off. Przestawiona zostanie sugestia kierunku, w jakim powinny iść poszukiwania modelu naruszającego ten warunek.
STRESZCZENIEZgodnie z twierdzeniem Bella, żaden model lokalny i realistyczny nie odtworzy wszystkich przewidywań mechaniki kwantowej dla eksperymentu EPR-B.Każdy taki model musiałby przewidzieć zarazem doskonałą korelację i złamanie nierówności CHSH, lecz to wydaje się niemożliwe, gdyż aby dostarczyć pierwszego z tych przewidywań, musiałby być deterministyczny, podczas gdy to wydawałoby się uniemożliwiać drugie.Przedstawiony zostanie model eksperymentu EPR-B, w którym spodziewane jest uniknięcie tej pozornej sprzeczności dzięki deterministycznie chaotycznemu mechanizmowi leżącemu u podstaw pomiarów.Model jest w fazie modelu "czarnoskrzynkowego", gdyż nie został jeszcze sprecyzowany ten mechanizm, lecz jedynie odpowiadająca mu funkcja odpowiedzi.
Juz dziś wiadomo, ze z chwilą udanej realizacji komputera kwantowego maszyna ta bedzie pozwalala na znajdowanie rozwiązan problemow obliczeniowych lezących poza zasiegiem komputerow klasycznych. Opracowano szereg algorytmow kwantowych, z ktorych najwiekszą slawą cieszy sie procedura Shora, pozwalająca efektywnie dokonywac tzw. faktoryzacji, tj. rozkladu bardzo duzych liczb naturalnych na czynniki pierwsze. Na trudności obliczeniowej faktoryzacji opiera sie bezpieczenstwo najpowszechniej dziś stosowanego szyfru z kluczem publicznym RSA, zatem udana realizacja komputera kwantowego uczynilaby stosowane dziś systemy szyfrujące przezroczystymi. Z kolei procedura Grovera w nieuporządkowanej bazie danych rozmiaru n znajduje rekord spelniający wybrane kryterium w czasie rzedu n^0.5, co oczywiście jest niewykonalne w modelu klasycznym. Model obliczenia kwantowego na trwale zadomowil sie na gruncie informatyki teoretycznej. Wyniki z zakresu kwantowych algorytmow rozstrzygających zagadnienia kombinatoryczne, kwantowych klas zlozoności obliczeniowej lub kwantowego kosztu komunikacyjnego obliczen są dziś regularnie publikowane w renomowanych periodykach i prezentowane na miedzynarodowych sympozjach poświeconych analizie algorytmow. Mimo niewątpliwie intensywnego rozwoju tego nowego obszaru wiedzy jego rezultaty wciąz pozostają dośc hermetyczne i nieczytelne dla szerszego ogolu odbiorcow. Jest to wynikiem silnie interdyscyplinarnego charakteru dziedziny, wymagającej od czytelnika znajomości szeregu pozornie niezwiązanych ze sobą faktow z zakresu informatyki (m.in. teorii algorytmow, modeli formalnych obliczen), matematyki (w tym algebry abstrakcyjnej i teorii liczb) oraz podstaw fizyki kwantowej. Niniejsze opracowanie stawia sobie za cel odczarowanie tej dziedziny, precyzyjnie selekcjonując material potrzebny do zrozumienia pojec obliczenia kwantowego, analizy kwantowych algorytmow oraz wprowadzając aparat formalny pozwalający na dalsze samodzielne studiowanie literatury. Dolozono tez wszelkich staran, aby uczynic te ksiązke spojną, zamknietą konstrukcją tematyczną, niewymagającą od czytelnika stykającego sie po raz pierwszy z informatyką kwantową poszukiwania pelniejszych wyjaśnien niezbednych pojec i wątkow pobocznych, ani tez przyjmowania na wiare wykorzystywanych faktow.
Oddajemy w ręce Czytelnika nietypowe wydawnictwo składające się z dwóch części: pierwsza to komiks akcji, którego tematyka nawiązuje do pewnych zagadnień informatyki kwantowej, druga – to podręcznik z wyłożonymi podstawami tej dziedziny. \nAutor części podręcznikowej, Piotr Gawron – pracownik naukowy Instytutu Informatyki Teoretycznej i Stosowanej Polskiej Akademii Nauk – wyjaśnia: ,,Chciałem stworzyć publikację na temat informatyki kwantowej, która byłaby zrozumiała dla mnie samego z czasów, kiedy miałem osiemnaście lat. Szukałem wtedy informacji o mechanice kwantowej, ale publikacje popularnonaukowe były – z mojej perspektywy – napisane zbyt niejasnym językiem. Dlatego postanowiłem, że w tym podręczniku będę używać języka zrozumiałego dla umysłów ścisłych – języka matematyki. Uznałem jednak, że sam wykład to trochę za mało, żeby przyciągnąć takiego czytelnika, jakim byłem w czasach nauki w liceum. Stąd pomysł, aby podstawy informatyki kwantowej pokazać w formie futurystycznego, sensacyjnego komiksu”. \n \nKsiążka została przygotowana dzięki programowi eNgage, będącemu częścią projektu SKILLS, realizowanego przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej. Promuje on nowatorskie przedsięwzięcia popularnonaukowe, których celem jest nie tylko w przystępny sposób mówić o nauce, ale też być dla ich twórców okazją do nabycia nowych umiejętności. Macie zatem przed sobą książkę-eksperyment; jednak, jako jej autorzy, liczymy, że będziecie się przy niej dobrze bawić – niezależnie od tego, czy przeczytacie jedną, czy obie jej części.
Obecnie uważa się, że teoria kwantów przewiduje splątanie stanów odległych obiektów, wyrażające się w tym, że wyniki pomiaru na jednym z nich natychmiast wpływają na rozkład statystyczny wyników pomiaru odpowiedniej wielkości na drugim. Kluczowe znaczenie dla uzasadnienia tego poglądu ma twierdzenie Bella. Można przypuszczać, że powodem fiaska dotychczasowych prób podważenia tego wyniku teoretycznego jest brak wystarczająco wnikliwej refleksji nad specyfiką pomiarów kwantowych, których wyniki odtworzyć miałby taki model. Przeszkodą może tu być specyficzne dla interpretacji kopenhaskiej przeświadczenie, że przed pomiarem badany obiekt nie będący w stanie własnym odpowiedniej obserwabli nie ma żadnej z własności odpowiadającej pomiarowi aktualnie. Być może należałoby powrócić do wcześniejszych wyobrażeń opartych na „mikroskopie Heisenberga” i zreinterpretować redukcję stanu jako reorientację wektora stanu. Naturalną strategią poszukiwania modelu klasycznego, który miałby odtworzyć łamiące nierówności Bella korelacje kwantowe, jest próbować złożyć je na karb wspólnej przyczyny. Decydującym założeniem twierdzenia Bella jest jednak warunek będący uszczegółowieniem jednego z warunków występujących w teorii wspólnej przyczyny Reichenbacha. Kluczem do jego podważenia może okazać się odróżnienie od determinizmu „prima facie” determinizmu naukowego, dokonane przez Poppera w kontekście zjawisk deterministycznego chaosu. Zgodnie z tą sugestią, nieodłączny od pomiaru kwantowego proces reorientacji miałby być właśnie procesem chaotycznym. Należałoby jeszcze wykazać, że redukcje stanu w eksperymentach EPR, o których mowa w twierdzeniu Bella, można zreinterpretować jako reorientacje. W pracy przedstawiony został jakościowy argument przemawiający za takim przypuszczeniem.
„Nowa dyscyplina: informatyka kwantowa, której podstawy przedstawia Michel Le Bellac jest pełna niespodzianek i chwilami wydaje się zahaczać o paradoks. Musimy przyzwyczaić nasze umysły do jej reguł i zasad, które wydają nam się dziwne. Świat fizyczny nie jest taki, jak zakładała informatyka klasyczna, gdy powstawała w połowie XX-go wieku (kopiowanie informacji bez ograniczeń, informacji zlokalizowanej itd.), ale światem bardziej subtelnym – być może zrozumiemy, że nie jest on bardziej skomplikowany, co z talentem i kompetencją przekazuje nam ta książka.” /Ze wstępu/ Przystępna prezentacja teorii informacji kwantowej, która opisuje teoretyczne założenia informatyki kwantowej. Nauka ta zajmuje się wykorzystaniem zjawisk kwantowych do szybszego przesyłania i przetwarzania informacji, a także bezpieczeństwa jej przekazu niemożliwego do osiągnięcia za pomocą dotychczas wykonywanych metod i urządzeń. W książce omówiono: - podstawowe pojęcia mechaniki kwantowej, - pojęcie bitu kwantowego - kubitu, - obliczenia kwantowe, - możliwości fizycznej realizacji komputerów kwantowych. Książka napisana jest prostym językiem, a do jej zrozumienia potrzebna jest jedynie znajomość algebry liniowej oraz podstaw mechaniki kwantowej. Podręcznik adresowany jest do fizyków, informatyków i matematyków, którzy chcą poznać nowo rodzącą się naukę jaką jest informatyka kwantowa.