Потому что обычный кубик Рубика – это слишком просто.
В кино и сериалах часто встречается клише: чтобы показать гениальность персонажа, ему дают собрать кубик Рубика. Идея, очевидно, в том, что этот платоновский многогранник настолько сложен, настолько запутан, что только обладатели интеллекта уровня гения способны справиться с ним.
Что ж, похоже, для некоторых людей – а под «некоторыми людьми» мы подразумеваем «группу физиков и математиков из Университета Колорадо в Боулдере, которые хотели выиграть спор» – классическая версия этой головоломки слишком проста. Знаете, что лучше? Квантовый кубик Рубика!
«Чтобы создать квантовую головоломку, мы заменим элементы квантовыми частицами», – объясняют авторы недавней (пока не прошедшей рецензирование) статьи, исследующей возможности атомного времяпрепровождения.
«Один вид идентичных частиц заменит все синие элементы и так далее для всех остальных цветов», – пишут они. – «Все частицы одного «цвета» будут неразличимы друг от друга, но все частицы разных цветов будут различимы. Переставляя элементы, мы должны учитывать статистику обмена идентичных частиц».
Итак, у нас есть сам куб – хотя правильнее было бы назвать его кубоидом, поскольку он состоит из двух частиц в высоту и ширину, но только из одной в глубину. Как же с ним взаимодействовать?
В основном, как и ожидалось. Команда сократила количество очевидных возможных ходов до двух: поворот по оси Z и поворот по оси X – любой другой ход можно составить из различных комбинаций этих двух. На данном этапе у нас есть просто очень легкий классический кубик Рубика: «Любая перестановка этой головоломки может быть решена максимум за три хода», – отмечает команда.
Но вот тут-то и начинается самое интересное. Есть еще один ход, который можно выполнить в этой версии игры – и он возможен только благодаря квантовой природе головоломки. Это, как пишут исследователи, «квадратный корень из перестановки», и на практике это означает следующее: в квантовом кубике Рубика стороны могут быть одновременно и перемещены, и не перемещены.
Что это значит для игры? Ну, скажем так: в обычном кубике Рубика – том, у которого шесть граней по девять квадратов каждая – существует 43 квинтиллиона возможных комбинаций. Тем не менее, многие люди могут решить его за считанные секунды – мировой рекорд (по крайней мере, для человека) составляет всего 3,13 секунды.
С квантовой версией, однако, это время… ну, оно дольше. «Если я дам вам перемешанную головоломку, вам может потребоваться произвольное количество ходов, чтобы ее решить», – рассказал New Scientist Ноа Лорди, аспирант по физике и один из авторов статьи. «Я могу дать вам такую головоломку, для решение которой потребуется 20 миллионов ходов».
Да, именно так: у квантового кубика Рубика бесконечное число возможных состояний – свойство, которое, как отмечается в статье, делает его «не похожим на обычные головоломки-перестановки из магазинов игрушек».
Но означает ли это, что головоломка совершенно неразрешима?
Не совсем. Есть два способа выйти из этого запутанного положения, и оба они удивительно парадоксальны: во-первых, можно просто измерить состояние частицы – проверить, переместилась она или нет. Как и в случае с котом Шрёдингера, это разрушит суперпозицию, заставив частицу вести себя как обычная грань куба.
Кроме того, можно, так сказать, подстроить игру. Если сделать куб из определенных специальных частиц – например, идентичных фермионов – то любой ваш ход будет удерживать головоломку в ее самом низком энергетическом состоянии. «Такое ограничение приведет к дискретному (но большому) пространству состояний», – пишут исследователи.
«Поскольку пространство состояний и набор действий конечны, эти версии головоломок можно сопоставить с классическими головоломками-перестановками», – добавляют они. – «Хотя и с очень странной геометрией».
Статья размещена на сервере препринтов arXiv.
Читайте также: Инопланетяне общаются по квантовой связи, а у нас нет технологий, чтобы их услышать
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.