חשבו שאתם זורקים כדור ישר לאויר.
האם אתם יכולים לצפות את התנועה של הכדור אחרי שהוא עוזב את היד שלכם?
ברור, זה קל.
הכדור ינוע למעלה עד שיגיע לנקודה הגבוהה ביותר,
אז הוא ירד חזרה למטה וינחת שוב ביד שלכם.
כמובן, זה מה שקורה,
ואתם יודעים את זה מפני שהייתם עדים לארועים כאלה אין ספור פעמים.
צפיתם בפיזיקה של תופעות יום יומיות כל חייכם.
אבל נניח שנחקור שאלה על הפיזיקה של אטומים,
כמו איך התנועה של אלקטרון
סביב גלעין של אטום מימן נראית?
האם נוכל לענות על השאלה הזו בהתבסס על ניסיון עם פיזיקה יום יומית?
בהחלט לא. למה?
מפני שהפיזיקה ששולטת בהתנהגות של מערכות בקנה מידה כזה קטן
שונה מאוד מהפיזיקה של אובייקטים מאקרוסקופיים
שאתם רואים סביבכם כל זמן.
העולם היום יומי שאתם מכירים ואוהבים
מתנהג לפי חוקים של מכאניקה קלאסית.
אבל מערכות בקנה מידה של אטומים
מתנהגות לפי חוקים של מכאניקה קוואנטית.
מסתבר שהעולם הקוואנטי הזה הוא מקום מאוד מוזר.
אילוסטרציה של המוזרות הקוואנטית ניתנת בניסוי מחשבתי ידוע:
החתול של שרודינגר.
פיזיקאי, שלא ממש אוהב חתולים, שם חתול בקופסה,
יחד עם פצצה שיש לה 50% סיכוי להתפוצץ אחרי שהמכסה נסגר.
עד שאנחנו פותחים את המכסה, אין דרך לדעת
אם הפצצה התפוצצה או לא,
ולכן, אין דרך לדעת אם החתול חי או מת.
בפיזיקה קוואנטית, נוכל להגיד שלפני התצפית שלנו
החתול היה במצב של סופרפוזיציה.
הוא לא היה חי או מת אלא ערוב של שתי האפשרויות,
עם 50% סיכוי לכל אחת.
אותו סוג של התרחשות קורה למערכות פיזיקליות בקנה מידה קוואנטי,
כמו אלקטרון שמקיף אטום מימן.
האלקטרון לא באמת מקיף בכלל.
הוא סוג של בכל מקום בחלל, באותו רגע,
עם הסתברות גבוהה יותר להיות במקומות מסויימים מאחרים,
וזה רק אחרי שמדדנו את המיקום שלו
שאנחנו יכולים להצביע על מיקומו באותו הרגע.
מאוד דומה לאיך שלא ידענו אם החתול חי או מת
עד שפתחנו את הקופסה.
זה מביא אותנו לתופעה המוזרה והיפה
של סיבוכיות קוואנטית.
נניח שבמקום חתול אחד בקופסה, יש לנו שני חתולים בשתי קופסאות שונות.
אם נחזור על ניסוי החתול של שרודינגר עם זוג החתולים הזה,
התוצאה של הניסוי יכולה להיות אחת מארבע אפשרויות.
או ששני החתולים חיים, או ששניהם מתים,
או שאחד יהיה חי והשני מת, או ההפך.
המערכת של שני החתולים שוב במצב של סופרפוזיציה,
עם כל תוצאה בהסתברות של 25% במקום 50%.
אבל הנה הדבר המגניב:
המכאניקה הקוואנטית אומרת לנו שאפשר למחוק
את התוצאות של שני החתולים החיים ושני החתולים המתים מהסופרפוזיציה.
במילים אחרות, יכולה להיות מערכת של שני חתולים,
כך שהתוצאה תמיד תהיה חתול אחד חי וחתול אחד מת.
המונח הטכני לזה הוא שמצב החתולים סבוך.
אבל יש משהו ממש מדהים בנוגע לסיבוכיות קוואנטית.
אם אתם מכינים את המערכת של שני החתולים בקופסאות במצב הסבוך,
ואז מזיזים את הקופסאות לקצוות שונים של היקום,
התוצאה של הניסוי תמיד תהיה זהה.
חתול אחד תמיד יצא חי, והאחר תמיד ימות,
למרות שמי חי ומי מת לחלוטין לא קבוע
לפני שנמדוד את התוצאה.
איך זה אפשרי?
איך זה שהמצב של חתולים בצדדים שונים של היקום
יכול להיות קשור בדרך זו?
הם רחוקים מדי לתקשר אחד עם השני בזמן,
אז איך שתי הפצצות תמיד קושרות
שאחת מתפוצצת ואחת לא?
אתם אולי חושבים,
"זה רק קישקוש תאורתי.
כזה דבר לא יכול לקרות בעולם האמיתי."
אבל מסתבר שסיבוכיות קוואנטית
אושרה בעולם האמיתי בניסויי מעבדה.
שני חלקיקים תת אטומיים סבוכים במצב סופרפוזיציה,
שם אם אחד מסתובב לכיוון אחד אז השני חייב להסתובב לכיוון אחר,
יעשו בדיוק את זה, אפילו שאין דרך
למידע לעבור מחלקיק אחד לאחר
שיצביע לאיזה כיוון להסתובב כדי לציית לחוקי הסיבוכיות.
זה לא מפתיע שסיבוכיות היא הבסיס
של מדע המידע הקוואנטי,
תחום מחקר מתפתח של איך להשתמש בחוקים של העולם הקוואנטי המוזר
בעולם המאקרוסקופי שלנו,
כמו בקריפטוגרפיה קוואנטית,כדי שמרגלים יוכלו לשלוח הודעות מוצפנות אחד לשני,
או מחשוב קוואנטי, לפיצוח קודים סודיים.
פיזיקה יום יומית אולי מתחילה להראות מעט יותר כמו העולם הקוואנטי המוזר.
טלפורטציה קוואנטית אולי אפילו תתפתח כל כך,
שיום אחד החתול שלכם יברח לגלקסיה בטוחה יותר,
שם אין פיזיקאים וקופסאות.