Роль науки. «Баланс между знанием и мудростью — это большой вызов», — предупреждает лауреат Нобелевской премии по физике.

«Квантовые частицы живут в своего рода приостановленной реальности», — говорит Серж Арош. Он говорит с естественностью человека, который более 50 лет изучал взаимодействие света и материи на самом глубоком уровне. Французский физик, лауреат Нобелевской премии в этой области в 2012 году, прибыл в Буэнос-Айрес для участия в цикле «Роль науки в развитии современных обществ», встрече, на которой были собраны дискуссионные группы по вакцинам, квантовой физике, здравоохранению и научному образованию. Арош, который дал интервью LA NACION, получил Нобелевскую премию за разработку экспериментальных методов наблюдения и контроля отдельных фотонов без их разрушения, что позволило продемонстрировать квантовые эффекты, которые ранее существовали только в виде теоретических идей. Он разделил эту награду с Дэвидом Уайнеландом. Другими словами, он был одним из первых, кто сумел уловить свет, чтобы изучить его самые сокровенные тайны. Мероприятие было организовано Национальной академией точных, физических и естественных наук (Ancefn), Национальной академией наук Аргентины, Французской академией наук, посольством Франции в Аргентине, Французским институтом в Аргентине, Национальным межуниверситетским советом (CIN) и факультетами точных и естественных наук и медицины Университета Буэнос-Айреса (UBA). Чтобы понять его работу, нужно представить себе повседневную ситуацию: два человека бросают по кубику в разных точках мира и всегда получают одинаковые числа. Это невозможное поведение является точной метафорой квантовой запутанности, глубокой связи, которая объединяет определенные частицы, даже когда они находятся на большом расстоянии друг от друга. Кроме того, до измерения эти частицы не имеют определенного состояния: они могут быть одновременно 0 и 1, что называется квантовой суперпозицией. Харош посвятил свою карьеру наблюдению и манипулированию этими странностями природы, доказав, что они не являются вымыслом, а реальной физикой. Эта возможность открыла путь к тому, что он считает фундаментальным: квантовой коммуникации. Что это такое? Это способ отправки секретных ключей с помощью пар запутанных частиц. Поскольку эти частицы «копируют» друг друга, оба конца получают одинаковую случайную последовательность 0 и 1. Эта последовательность используется в качестве пароля. И что удивительно, никто не может ее подсмотреть: если кто-то пытается ее наблюдать, сама природа разрушает квантовое состояние. Харош резюмирует это так: «Ключ не существует, пока один из двух не произведет измерение». «С этой простой и радикальной идеей квантовая коммуникация обещает создать системы, которые невозможно взломать. Они уже работают в реальных демонстрациях, хотя скорость и стабильность процесса еще нужно улучшить. Сам Харош посвятил свою жизнь созданию условий для проведения таких экспериментов: вакуумные камеры, изолированные атомы, фотоны, захваченные между идеальными зеркалами. Его путь также пересекается с лазером, инструментом, который он видел с момента его появления и который преобразовал всю современную физику. С помощью лазеров физики создали атомные часы, которые в тысячу миллиардов раз точнее маятника, манипулировали атомами по одному, с высочайшей точностью проверили общую теорию относительности и со временем сделали возможными эксперименты, которые Эйнштейн и Шредингер представляли себе как невозможные мечты. «Лазер создал благотворный круг: фундаментальная наука изобретает инструмент, инструмент позволяет делать новые наблюдения, а эти наблюдения питают дальнейшие научные исследования», — говорит он. Сегодня, помимо того, что он внимательно следит за достижениями в своей области, он внимательно наблюдает за границами других дисциплин: редактированием генома, астрономией гравитационных волн, поиском экзопланет. И его также беспокоит прогресс антинаучных движений. «Знание — это не то же самое, что мудрость», — утверждает он. «Наука нейтральна; то, что мы с ней делаем, — это этическая проблема». — Как бы вы просто объяснили, чем занимаетесь и как это может повлиять на повседневную жизнь? — Я работаю в области квантовой физики. Я изучаю, как очень простые атомы — реальные или искусственные — взаимодействуют со светом, с фотонами, и как они подчиняются странным правилам квантовой физики. Идея состоит в том, чтобы манипулировать изолированными квантовыми системами, чтобы понять, как они работают, и когда-нибудь использовать эти свойства в новых устройствах. Это может найти применение в коммуникациях, вычислениях или квантовых симуляциях. Моя область называется квантовая информация, и в ее рамках я в основном занимаюсь квантовой коммуникацией. — Могли бы вы простыми словами объяснить, как работает квантовая коммуникация? — В классической коммуникации используются фотоны, которые передаются по оптоволоконным кабелям. В квантовой коммуникации мы используем явление, называемое квантовой запутанностью. Когда две системы запутаны, они остаются взаимосвязанными, даже если находятся на большом расстоянии друг от друга. До измерения они могут находиться в нескольких состояниях одновременно: это называется квантовой суперпозицией. При измерении система дает результат, который может быть случайным: это может быть 0 или 1. Если вы делитесь запутанными парами, обе стороны получают одинаковую случайную последовательность. Эта последовательность служит ключом для кодирования и декодирования сообщений. Преимущество заключается в том, что никто не может подсмотреть ключ: он не существует, пока вы не произведете измерение. Задача состоит в том, чтобы передать эти ключи без лишнего шума и сохранить квантовые свойства. «Почему квантовые вычисления развиваются медленнее, чем квантовая коммуникация?» — Потому что это гораздо сложнее. Квантовый бит может быть равен 0, 1 или находиться в суперпозиции обоих значений. И несколько кубитов могут взаимодействовать друг с другом посредством запутанности. Это позволяет использовать алгоритмы, более эффективные, чем классические. Но поддержание этой запутанности чрезвычайно сложно. Когда система взаимодействует с внешним миром, возникает декогерентность, которая разрушает квантовые свойства. Квантовый компьютер должен быть изолирован от окружающей среды и в то же время подключен к миру для считывания информации. Это очень тонкий баланс, который пока не удалось достичь в широком масштабе. — Вы начали работать с лазерами, когда они только были изобретены. Что они дали науке? — Когда я пришел в лабораторию в середине 60-х, лазеры только появились. Мы сразу поняли, что они позволят проводить спектроскопию с гораздо большей точностью. Сегодня лазеры позволяют создавать невероятно точные атомные часы, проверять общую теорию относительности, улавливать атомы и манипулировать ими по одному. Примечательно, что многие из этих идей были представлены Эйнштейном, Гейзенбергом или Шредингером как невозможные эксперименты. Однако технология сделала их реальностью. Лазер показывает, как фундаментальная наука позволяет создавать инструменты, которые, в свою очередь, позволяют открывать еще больше фундаментальной науки: это замкнутый круг». — Искусственный интеллект может быть применен в вашей области исследований? — Да. ИИ — это инструмент с огромной памятью, который может обрабатывать гигантские объемы информации. Он может классифицировать физические явления, обнаруживать аномалии, оптимизировать эксперименты или предлагать новые. В моей области он мог бы помочь понять системы со множеством взаимосвязанных кубитов. Но, несмотря на то, что ИИ очень полезен, я считаю, что нам всегда будут нужны ученые. Любопытство — это человеческая черта. Эмоции, которые стимулируют исследования, не могут быть у машины. — Какие достижения в других дисциплинах вы считаете наиболее удивительными? — В биологии и геномике наблюдаются большие успехи: возможность модифицировать геном человека для лечения заболеваний — это огромный прорыв. ИИ также помогает предсказывать, как белки сворачиваются в зависимости от их последовательности. В астрономии гравитационные волны открывают новое окно для изучения космоса и понимания того, как образуются и исчезают черные дыры. Поиск экзопланет также увлекателен: с помощью высокоточной спектроскопии можно обнаружить такие элементы, как кислород или азот, на далеких планетах и понять, могут ли они быть пригодны для жизни. — В последние годы усилились антинаучные движения. Почему?» — Я считаю, что человечество переживает критический момент: изменение климата, геополитическая напряженность, старение населения. Многие люди чувствуют, что остаются в стороне от этих изменений, и это вызывает страх и недовольство. Это благодатная почва для антинаучных дискуссий. Также влияет искусственный интеллект: некоторые люди боятся потерять работу или не смочь адаптироваться к быстро меняющемуся миру. Научная коммуникация может помочь, но решение проблемы требует, чтобы политики поняли важность инвестиций в образование и науку. В демократических странах это сложно, потому что преобладает краткосрочная логика». — Вы сказали, что «знание — это не то же самое, что мудрость». Что вы имеете в виду? — Наука нейтральна: она дает знания. Проблема возникает, когда мы решаем, что делать с этими знаниями. Ядерная энергия — яркий пример: нельзя стереть то, что мы уже знаем, но можно регулировать это. То же самое происходит с ИИ. Нам нужны четкие правила, чтобы сохранить доверие общества к этим технологиям. Баланс между знанием и мудростью — одна из величайших задач нашего времени».