Ошибки квантовой молодости

Иллюстрации: Наталья Ямщикова
11 июня 2019

В марте средства массовой информации выпустили новость о том, как российские учёные «повернули время вспять» и «заставили его идти назад». Такими словами они описали эксперимент, который группа физиков провела с помощью квантового компьютера. Автор самиздата попытался разобраться, кто всё это устроил, грозит ли человечеству возврат в прошлое и станет ли загадочная история Бенджамина Баттона реальностью.

Помолодевшая «стрела времени»

«„Ну ладно, хрен с ними, с электронами, а вот меня молодой снова сделать сможешь?“ На что я сказал: „Могу. При надлежащем финансировании“», — так российский учёный Валерий Винокур пересказывает диалог с «дамой, уважаемым профессором» из государственной комиссии, которая каждые три года проверяет работу учёных в Аргоннской национальной лаборатории, старейшем национальном исследовательском центре Минэнергетики США.

По словам Винокура, так профессор отреагировала на его рассказ об эксперименте со «стрелой времени». Он состоялся в октябре 2017 года. Группа российских учёных на долю секунды заставила её идти назад внутри квантового компьютера. Это стало воплощением мысленного эксперимента с электроном в пустом межзвёздном пространстве. Статья об этом 13 марта 2019 года появилась в журнале Scientific Reports. Помимо Винокура, в эксперименте приняли участие его коллега из Аргоннской лаборатории Иван Садовский, а также Гордей Лесовик, Андрей Лебедев и Михаил Суслов из Московского физико-технического института.

«Стрела времени» — это направление, по которому развиваются все процессы в макромире. Она включает в себя как общечеловеческие представления о времени (его неотвратимость и необратимость), так и его свойства в физической картине мира. Во втором случае речь идёт о направлении увеличения энтропии. Она определяет меру необратимого рассеивания энергии (самые простые примеры — чайник, который может остыть в холодной комнате, но не может обратно нагреться, или бильярдные шары из пирамиды, которые не могут соединиться после удара по ним). Но пока «стрелу времени» удалось заставить двигаться в обратную сторону только внутри квантового компьютера.

«Квантовый компьютер можно сравнить с микроволновкой. Она направляет излучение в объект — еду, которую вы хотите нагреть. Еда поглощает его, тем самым нагреваясь. Квантовый компьютер управляется точно так же. У вас, грубо говоря, есть кубиты (наименьший элемент хранения информации в квантовом компьютере. — Прим. авт.), и вы их запихиваете в „микроволновку“. Но она не постоянно светит, а включается на наносекунды. И вот, задавая эти интервалы и посылая импульсы, вы управляете квантовым компьютером. Квантовый компьютер — это и кубиты, и то, что ими управляет, то есть вы сами», — объясняет другой участник эксперимента, Андрей Лебедев.

Кубиты Бенджамина Баттона

— Сразу скажу: в прошлое мы не возвращались. Мы заставили «стрелу времени» двигаться назад примерно на 10 микросекунд, вопреки энтропии. Она как бы помолодела.
— А может ли тогда такое с человеком произойти?
— А вот так вот да! Знаете фильм «Загадочная история Бенджамина Баттона»? — спрашивает Лебедев.

По словам учёного, герой, который родился старым и молодел на протяжении всей жизни, хотя всё вокруг идёт в привычном направлении, — типичный пример «стрелы времени». Но всё не так просто.

«Состояние такого большого объекта, как человек, очень сложно контролировать. Он существует не сам по себе, а постоянно взаимодействует с внешним миром. Даже когда не двигается, а просто смотрит», — объясняет учёный. И тут же озвучивает вердикт: помолодеть теоретически могут либо сразу все, либо никто.

Лебедев объясняет: повернуть состояние человека или вообще любого объекта назад во времени можно, только если он будет полностью изолирован от внешнего мира.

«Допустим, мы каким-то образом смогли это сделать — изобрели очень мощный квантовый компьютер, даже неизвестно, сколько в нём должно быть кубитов. Того, на котором мы проводили эксперимент, будет недостаточно (сейчас самый мощный квантовый компьютер содержит две тысячи кубитов. — Прим. авт.). Если такой камикадзе найдётся — не факт, что ему будет хорошо. Человек будет молодеть, с ним физиологически будет происходить всё то, что уже было. А Баттон не возвращался в прошлое — он создавал свою историю с нуля», — говорит Лебедев.

Но поскольку человеческая жизнь проходит не в вакууме, такой эксперимент маловероятен, говорит учёный. «Надо либо никого, либо всех сразу. Но для этого надо создать мегамощный квантовый компьютер в масштабах Солнечной системы. Тогда да — мы все дружным нашим коллективом будем двигаться назад и тоже молодеть, повторяя всю нашу жизнь задом наперёд. Но зачем? И что такого классного? Прикольно же назад во времени относительно кого-то возвращаться, а вот когда все вместе — тогда не очень. Будто ничего и не изменилось», — объясняет Лебедев.

О себе учёный рассказывает не так красочно и подробно. По его словам, даже с семьёй он почти не обсуждает свою работу. «Мне приятно, когда коллеги знают и понимают, что́ удалось сделать. А вот так, абстрактно, чтобы люди на улице услышали… Мне это вообще неинтересно, не хочу к себе привлекать внимание», — говорит Лебедев.

По его словам, без науки жизнь была бы не такой интересной. Хотя всего одиннадцать лет назад учёный предпочёл ей более доходное занятие. До 2008 года он занимался торговлей акциями на бирже.

«В начале 2000-х у меня вообще не было денег, не самое радужное время для науки. Но ровно перед кризисом 2008 года я уволился, о чём не жалею. Потом сразу уехал работать в Швейцарию — заниматься теоретической физикой. Жизнь по-разному складывается, поэтому лучше сразу получить лучшее образование из возможного. В то время все шли на экономистов и юристов. А я, казалось бы, физик, но зато в любой момент могу переучиться на кого-то. Для работы на финансовом рынке даже этого не понадобилось. Я превосходил многих профессиональных экономистов», — вспоминает Лебедев.

После работы в Швейцарии он несколько лет прожил в США, а после вернулся в Москву, в МФТИ. По его словам, сферу деятельности лучше менять каждые пять лет, «иначе застаиваешься».

Сейчас российская наука фактически стартует с нуля, говорит Лебедев: «Ожидать от неё каких-то прорывов сложно. Деньги начали вкладывать только семь-восемь лет назад. Когда работаешь в Америке, вообще о деньгах не думаешь. Так далеко не везде».

«Я кое-что посчитал»

— Знаете, ведь стихотворение «Люблю грозу в начале мая...» — о чём оно?
— Ну, о природе, России, русской душе, что ли...
— Вооот. И не знаете вы, что Тютчев написал стихотворение в Германии. И грозу он описывает, сидя там же. Очень показательно, что вы об этом не знаете. И дело не в образовании. А в том, что всем абсолютно до лампочки, что Тютчев пишет свои замечательные стихотворения в Германии, а Гоголь создаёт цикл «Петербургские повести» в Риме. И ему тоже там хорошо. Так же, как сейчас никого не занимает переезд из одной страны в другую.

Физик Валерий Винокур, как и великие русские литераторы, создаёт свои главные работы вдали от родины. Уже тридцать лет он вместе с семьёй живёт в США и работает в Аргоннской национальной лаборатории.

«В четыре года я хотел стать шофёром: машина была роскошью, а таксист, который крутит баранку целый день, воспринимался как божество. Но в восемь лет произошли знаменательные дни для моей будущей карьеры. Я оказался на Московской книжной ярмарке и увидел книжку „Энергия атома“ с розово-серой обложкой. Бабушка не могла мне ни в чём отказать и купила её. Через день мама совершенно справедливо заметила, что я ни одного слова из этой книги не понимаю. Но я довольно задиристо ответил: „Вот нифига!“ — и продолжил читать. Тогда физика и пришла в мою жизнь. И это стало навсегда», — вспоминает Винокур.

До переезда в Америку он работал в Институте физики твёрдого тела в Черноголовке и в Институте теоретической физики имени Л. Д. Ландау в Москве. На тот момент наука для молодого учёного была не работой, а образом жизни.

«Как-то раз мы собрались на дне рождения друга. Один из коллег безобразно опаздывал. Он явился, когда пик веселья уже прошёл. Чтобы немедленно включиться, выпил стакан водки и объявил: „Я задержался, потому что кое-что посчитал. И надо, чтобы мы сейчас сели и проверили“. Мы приняли ещё по одной и ушли на кухню, чтобы не смущать других гостей. Убрали со стола всю посуду, нашли бумагу и стали проверять расчёты. Потом какой-то нормальный гость — не физик — зашёл воды попить, посмотрел на нас вытаращенными глазами и ушёл. Через час мы закончили и вернулись в столовую с полным правом продолжать веселиться. А уравнение в итоге удалось посчитать».

Альпинизм от недостатка науки

Вдохновителем эксперимента со «стрелой времени» Винокур называет своего бывшего коллегу по Институту физики твёрдого тела Гордея Лесовика.

«Мы дружим давно, но живём в разных странах почти тридцать лет. Но общаемся и всегда планировали сделать что-нибудь вместе. Однажды у Гордея просто появились некоторые идеи, как можно понять необратимость времени, главную загадку физики. Потом — откуда вообще берётся время, а это главная загадка человечества. Мы как теоретики это долго обсуждали, до эксперимента было ещё далеко. Готовиться к эксперименту мы начали уже из разных стран», — вспоминает Винокур

Встреча с Лесовиком проходит в МФТИ. «Слышишь, а как живут физики вне физики? Расскажешь? — окликает Лесовик одного из учёных, работавшего в кабинете. — Свободного времени не бывает. Либо ты занимаешься наукой, либо она тобой. К концу года мы должны сделать определённое количество статей, и оправдания никого не волнуют. У нас ненормированный рабочий день — раньше десяти вечера никто домой не возвращается».

Но на построенную собственными руками дачу Лесовик всегда найдёт время. Она — единственное напоминание о том, что до погружения в физику учёный хотел заниматься живописью и учился в художественной школе. Но увлечение не выдержало испытания рисунком маслом. Тогда Лесовик понял, что одногруппники гораздо более талантливы, и с головой ушёл в физику, которой интересовался не меньше живописи. О любви к занятиям в художественной школе теперь напоминают стены дачного дома, где учёный выкладывает рисунки с помощью небольших кирпичиков.

По словам Лесовика, в МФТИ среди физиков популярен альпинизм. Но не так сильно, как в 70–80-е, в его студенческие годы. «Когда ты приезжаешь в горы — ты свободен. А в городе — как в клетке. Раньше это особенно чувствовалось. Ты в горах — и всё позади: ни история КПСС, ничего не может тебя достать. Если бы у нас была такая же возможность заниматься наукой, какая есть у современных студентов, мы бы не проводили столько времени в горах».

Иллюстрации
Санкт-Петербург