Страница 5

Правильнее, наверное, было бы назвать ее, как уже говорилось, квантовой философией, поскольку механика традиционно имеет дело с некими механизмами, «грубыми железками», а здесь приходится оперировать квантами света — фотонами, частицами, меньше которых и придумать что-либо трудно. Однако на практике почему- то прижилось название «квантовая механика». Будем им пользоваться и мы.

Следующий шаг сделал всем известный Альберт Эйнштейн. В 1905 году он показал, что предложенные Планком электромагнитные кванты позволяют объяснить фотоэффект — явление, при котором падающий на поверхность металла свет вызывает поток электронов. Именно за это, кстати, а вовсе не за теорию относительности, как думают многие, Эйнштейн в 1921 году был удостоен Нобелевской премии.

Далее в мире науки происходило много еще чего интересного. В частности, в середине XX века были изобретены новые источники света — квантовые генераторы, или лазеры, за создание которых американец Ч. Таунс и два наших физика — Н.Г. Басов и А.М. Прохоров — также были удостоены Нобелевской премии.

Тогда же впервые выступил на сцену и один из нынешних лауреатов. А именно Рой Глаубер из Гарвардского университета в 1963 году заложил основы квантовой оптической теории. Проще говоря, установил, что свет, излучаемый обычной лампой, представляет собой поток неупорядоченных фотонов. Излучение же лазера — это уже марширующая колонна частиц, которая обладает своими особенностями. Используя их, можно послать лазерный луч на куда большее расстояние, чем, скажем, «достает» свет обычной керосиновой лампы или даже электрического прожектора.

Теории Глаубера, как и других исследователей, были затем положены в основу создания лазеров для самых различных целей, в том числе и сверхмощных, боевых.

Слева направо: Дж. Холл, Р. Глаубер, Т.Хэнш.

Далее за дело взялись Джон Холл из Колорадского университета (США) и Теодор Хэнш из Института имени Макса Планка (ФРГ). Они поняли, что даже в луче лазера каждый из фотонов, как бы ни были они похожи, продолжает сохранять свою индивидуальность.

Как удалось это установить? Ученые использовали для сортировки своего рода сито. А если точнее — «спектральную гребенку». Так в обиходе физиков называется прибор величиной с обувную коробку. В нем стоит особый лазер, который выдает набор спектральных частот, который является своего рода физическим отображением известного в математике тригонометрического ряда Фурье. Если на это эталонное излучение наложить с помощью зеркал излучение другого, контролируемого, лазера, произойдет интерференция — лучи, в зависимости от фазы, будут складываться и вычитаться. И там, где частоты одинаковы, наложившиеся волны нейтрализуют друг друга и в спектре образуется провал (или провалы), т. е. затемнение. По ним и судят о частоте контролируемого лазера.

Такую «гребенку» теперь используют в точнейших физических экспериментах, продвигающих вперед науку. Их результаты затем были использованы при разработке высокоточных часов и спутниковых устройств глобального позиционирования (GPS). Кроме того, они помогли также конструированию лазеров нового поколения, голографических систем, трехмерного телевидения…

Используют подобные исследования и для изучения микромира. Так, в 2003 году сотрудники Калифорнийского технологического института сумели загнать в лазерную ловушку одинокий атом цезия. Это достижение назвали демонстрацией «одноатомного» лазера, который сможет найти применение в квантово-информационных технологиях.

Тонкость тут такая. Обычно лазер, как уже говорилось, фотоны испускает как бы коллективно, маршевыми колоннами. Однако и в современном бою, и в нынешней науке эффективность любого действия зависит прежде всего от того, насколько правильно и быстро будет действовать каждый солдат или отдельная частица. Поэтому «одноатомный» лазер — это, кроме всего прочего, принципиальный шаг к созданию квантовых компьютеров.

Идея их создания возникла 15–20 лет назад. И теперь говорят, что на задачу, которую обычный компьютер решал бы тысячу лет, квантовый компьютер затратит всего несколько часов. Однако чтобы он реально заработал, да еще с таким быстродействием, как запланировано, необходимо еще немало потрудиться. Проблема в том, что квантовое состояние атомов и иных частиц очень хрупко, неустойчиво, подвержено даже слабым помехам и шумам. Поэтому реальные квантовые компьютеры вряд ли появятся раньше чем через 20–25 лет.