В 1970-х годах в иранской пустыне, неподалёку от городка Анарак, геологи Иоахим Оттеман и Дариус Адиб заметили в шахте Кали Кафи необычный минерал — стеклянистый, с голубовато-зелёным отливом. Они собрали образцы, изучили структуру в лаборатории и поняли, что перед ними вид, который наука ещё не описывала. Минерал назвали анаракитом, но вскоре переименовали в гербертсмитит. На десятилетия он затерялся среди прочих научных диковинок, и никто не подозревал, что этот камень может скрывать квантовый секрет.

Камень, который запутывает кванты

Квантовая запутанность — явление, которое физики обычно создают в лабораториях, соединяя частицы света или ультрахолодные атомы. Запутать частицы глубоко внутри твёрдого куска материи до сих пор считалось практически невозможным. Однако гербертсмитит бросает вызов этому убеждению: он может быть одним из лучших природных кандидатов на состояние квантовой спиновой жидкости.

Спин в квантовой физике — свойство частиц, которое не имеет точного классического аналога, но его можно представить как нечто вроде поляризации магнита. Знаменитый эксперимент Штерна — Герлаха помог выявить это свойство. В квантовой спиновой жидкости спины частиц не выстраиваются в упорядоченную структуру даже при очень низких температурах, а остаются в постоянном «перемешанном» состоянии — запутанными друг с другом.

Возможность того, что такие состояния возникают в природе сами по себе, без сложного оборудования, давно вызывает споры среди физиков. Если гипотеза подтвердится, это будет означать, что природа способна создавать высокозапутанные квантовые состояния — и нам останется лишь научиться их использовать.

От парадокса Эйнштейна до камня в пустыне

История квантовой запутанности началась задолго до находки в Иране. В 1964 году ирландский физик Джон Стюарт Белл (1928–1990) сформулировал теорему, вдохновлённую знаменитым парадоксом ЭПР (Эйнштейна — Подольского — Розена). Эта теорема проложила путь к зарождающейся области квантовой информации. В 1982 году эксперимент Алена Аспе подтвердил реальность квантовой запутанности — достижение, удостоенное Нобелевской премии. Именно запутанность лежит в основе исследований квантовой телепортации и криптографии.

Гербертсмитит связывает эти абстрактные идеи с чем-то осязаемым: минералом, который можно подержать в руке. Если в нём действительно существует квантовая спиновая жидкость, то запутанность — не экзотика, создаваемая в вакуумных камерах, а естественное состояние вещества.

Природная квантовая сеть

Майкл Норман из Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе предлагает яркую аналогию: вся система могла бы функционировать как запутанная сеть — своего рода коллективный разум. Именно это и представляет собой квантовая спиновая жидкость. «Если природа делает это лучше нас, — заключает он, — это было бы замечательно».

Использование таких природных запутанных состояний могло бы открыть новую эру для квантовых компьютеров. Вместо того чтобы кропотливо создавать запутанность искусственно, мы могли бы задействовать то, что уже существует в недрах камня. Это не научная фантастика, а наука, погребённая в породе.

Пока гипотеза о гербертсмитите остаётся неподтверждённой, но сам факт, что обычный минерал из иранской шахты заставляет физиков пересматривать границы возможного, напоминает: иногда самые глубокие тайны мироздания скрываются в самых неприметных объектах. И кто знает, какие ещё квантовые секреты хранят камни под нашими ногами.