Вторая значительная неприятность при любой демонстрации игры Белла – это необходимость строгой синхронизации. Прибор Алисы обязан выдать собственный итог а до того момента, в то время, когда информация о выборе Боба имела возможность бы достигнуть его любым образом – преднамеренно либо случайно, очевидно либо скрытно. Теория относительности говорит, что никакой сигнал не имеет возможности распространяться стремительнее скорости света. Исходя из этого время, прошедшее от момента, в то время, когда Боб сделал собственный выбор у, до момента, в то время, когда прибор Алисы выдал итог а, не должно быть больше время, которое необходимо свету, дабы покрыть расстояние между ними. И напротив: запрещено, дабы информация о выборе Алисы смогла достигнуть прибора Боба перед тем, как тот выдаст собственный итог b . При невыполнении этого условия раскрывается лазейка недостаточного расстояния, другими словами с позиций теории относительности Боб и Алиса становятся «локально связанными»[62].
Чтобы закрыть эту лазейку, мы должны играться и побеждать больше, чем три раза из четырех, обеспечивав удаленность Боба и Алисы на достаточное расстояние друг от друга, и наряду с этим совершенно верно синхронизировать их действия. Говоря научно, они должны быть поделены пространственноподобным промежутком. Увидим, что это расстояние должно учитывать целый промежуток времени в месте нахождения Алисы от момента, в то время, когда сделан выбор x, до момента, в то время, когда зафиксирован итог a (x и a – это хорошие переменные, не подверженные квантовой неопределимости). И целый данный промежуток должен быть отделен в указанном смысле от соответствующего промежутка для Боба.
Для иллюстрации технической сложности представим себе, что расстояние между Бобом и Алисой – около десяти метров, как в обрисованном ниже известном опыте Алена Аспе. Свет преодолевает это расстояние приблизительно за 30 пикосекунд (миллиардных долей секунды). Разумеется, что за такое время весьма тяжело решить, выполнить измерение (в отечественном примере – переместить джойстик) и записать итог. Принятие ответа, не говоря уже о манипуляции джойстиком, не образовывает неприятности, но кроме того для современного оптоэлектронного оборудования расстояние в десять метров через чур мало. Нужны много метров, а лучше пара километров. Либо необходимо быть столь же сообразительным, каковы физики.
Перед тем как мы определим, как Ален Аспе и его несколько совладали с данной сложностью, хочется обратить ваше внимание на то, что в большом большинстве опытов Белла (физики не именуют это игрой Белла, для них это звучит не хватает без шуток) лазейке недостаточного расстояния уделяется мало внимания. Во-первых, с ней только тяжело совладать, а во-вторых, и это главная причина, ученым, каковые выполняют эти опыты, замечательно как мы знаем, что совсем не обязательно рассаживать студентов на экзамене на большое пространственноподобное расстояние, и это правильно и для Боба и приборов Алисы в игре Белла. Достаточно исключить вероятные методы их обоюдного влияния.
Дабы решить проблему ограниченного пространства в лаборатории длиной всего около десяти метров, Ален Аспе придумал следующий замысел. Когда фотоны покидают источник, они случайным образом направляются на одно либо второе измерительное устройство при помощи собственного рода вибрирующего зеркала. Каждое устройство постоянно выполняет одно да и то же измерение (делает одинаковый выбор), но так как устройства два, то в тот момент, в то время, когда фотоны покидают источник и разлетаются в пространстве, они не смогут знать, на какое устройство попадут, а исходя из этого не знают, на какой вопрос нужно будет отвечать. Сейчас осталось только обеспечивать, что два зеркала – одно со стороны Алисы и второе со стороны Боба – вправду вибрируют независимо и с высокой частотой, дабы информация о положении одного из них не имела возможности оказать влияние на итог на другой стороне.
Именно поэтому фокусу Аспе с сотрудниками удалось закрыть лазейку недостаточного расстояния в 1982 году[63]. Данный опыт, совершённый в Орсэ, к югу от Парижа, останется серьёзной вехой в истории физики. С того времени было придумано еще пара опытов, кроме этого закрывающих эту лазейку. Во второй половине 90-ых годов двадцатого века Антон Цайлингер, трудившийся тогда в Университете Инсбрука в Австрии, совершил очень элегантный опыт с устройствами, удаленными друг от друга на пара сотен метров[64]. В этом опыте употреблялись два квантовых генератора случайных чисел, дабы создавать выбор за Боба и Алису, а результаты сохранялись локально в двух компьютерах. Для каждого события компьютеры регистрировали время, результат и выбор. У экспериментаторов оказалось победить 3,365 раза из 4.
В Женеве нам кроме этого удалось закрыть эту лазейку, применяя оптоволоконную сеть национального оператора Swisscom, что дало нам возможность трудиться на расстоянии более чем 10 км. Опыт проводился между сёлами Белльвю к северу от Женевы и Берне к югу от нее[65]. Отечественный фокус мало отличался от того, что применял Аспе[66]. Полупрозрачное зеркало на стороне Алисы в случайной очередности отправляло фотоны или на одно измерительное устройство, соответствующее левому положению джойстика, или на второе, соответствующее правому положению джойстика, причем в любой момент времени были активны детекторы лишь одного из этих двух устройств. Так, в любой момент времени лишь одно устройство на стороне Алисы было готово измерить попадающий в него фотон. Совсем ясно, что мы теряли половину фотонов, соответственно, открывали лазейку недостаточной выборки, но она уже была обширно открыта из-за утрат в ограниченной чувствительности и оптоволокне детекторов. Практически отечественный опыт был эквивалентен совершённым в Инсбруке и Париже, лишь его было значительно несложнее осуществить. На рис. 9.1б продемонстрирован отечественный генератор запутанных пар фотонов. Обратите внимание, что данный мелкий ящик, совместимый со стандартными оптоволоконными кабелями, содержит эквивалент всей лаборатории Аспе, фотографию которой вы видите на рис. 9.1a. изобретательность физиков и Технический прогресс привели за 15 лет к заметному прогрессу!
