Spis treści

Karta redakcyjna

Motto

Wprowadzenie

Część pierwsza. Zmiana paradygmatu

1. Narodziny pojęcia kwantu

Równanie, które zmieniło świat

Sześć nierozwiązanych zagadek

Pierwszy skok kwantowy

2. Loteria natury

Co faluje?

Ale gdzie cząstka jest naprawdę?

Eksperymentator jako stwórca

Co się dzieje z kwantową cząstką, na nią patrzy?

Przechodzenie przez ściany

Wymieszane rzeczywistości alternatywne

3. Co jest głębiej?

Fala czy cząstka?

Pozostała część historii

Paradoks kota

Technika kwantowa 1.0

4. Bój o rzeczywistość

Upiorny eksperyment myślowy Einsteina

Splątana rzeczywistość

Rozstrzygające doświadczenie

Jaka jest grubość cegły?

Kwadrat magiczny i pseudotelepatia

Geneza drugiej rewolucji kwantowej

Część druga. Nowe cuda techniki

5. Magia informatyki kwantowej

Od bitów do kubitów

Tylko niczego nie dotykaj!

Teleportacja

Kryptografia kwantowa

Komputery kwantowe: najważniejszy cel informatyki kwantowej

Wyzwania praktyczne

Kwantowe łamanie szyfrów

Kwantowy internet

Kwantowa sztuczna inteligencja: połączenie dwóch rewolucyjnych technologii

6. Wykrywanie niewidzialnego

Najlepszy zegar we Wszechświecie?

Radar kwantowy

Wykrywanie ciemnej materii

Największy obiekt kwantowy na świecie

Poszukiwanie ukrytych skarbów

Kwanty w świecie nanotechnologii

Od elektroniki do spintroniki

Kwantowa neuronauka i inne cuda medycyny

Co dalej?

7. Biologia kwantowa

Czym jest życie?

Fotosynteza: pozyskiwanie fotonów

Ptaki odnajdujące drogę w ciemnościach

Kwantowy internet życia

Mózgi kwantowe

Kwantowy witalizm?

Część trzecia. Rozważania o kosmosie

8. Mit pustej przestrzeni

Wiele hałasu o nic

Czy kwantową próżnię można wykryć?

Błysk w ciemnościach

Marzenia o kosmicznej inżynierii

Statki o napędzie próżniowym?

Jak wykorzystać kwantową próżnię

Próżnia zależy od punktu widzenia

9. Wszechświat z niczego

Kwanty do samej góry?

Kwantowe odciski palca w poświacie Wielkiego Wybuchu

Nieokiełznany Wszechświat

Czarne dziury: co wpada, musi wypaść – lub nie

Część czwarta. Filozoficzny finał: w poszukiwaniu sensu

10. Sprawy przybierają jeszcze dziwniejszy obrót

Pies, który nie szczekał

Wstecz w czasie? Duchy przeszłości fotonu

Wymazywanie przeszłości

Rzut oka za zasłonę kwantowej niepewności

Koty z Cheshire i inne niezwykłe wrażenia

11. Poszukiwanie sensu

Czy świat kwantowy jest ostateczną rzeczywistością?

Różne możliwości załamania się mechaniki kwantowej

Nie ma żadnego załamania: mechanikę kwantową należy akceptować taką, jaka jest

Czy można zobaczyć te inne światy?

Nasza kwantowa przyszłość

Bibliografia

Podziękowania

Przypisy

Punkty orientacyjne

Spis treści

Okładka

Strona tytułowa

Początek tekstu

Lista stron

5

11

12

13

14

15

16

317

Copyright © Copernicus Center Press 2026
Copyright for the Polish translation © Bogumił Bieniok, Ewa L. Łokas 2026
Copyright © Paul Davies 2025

First published as QUANTUM 2.0: THE PAST, PRESENT, AND FUTURE OF QUANTUM PHYSICS in 2025 by Allen Lane, an imprint of Penguin Press. Penguin Press is part of the Penguin Random House group of companies.
No part of this book may be used or reproduced in any manner for the purpose of training artificial intelligence technologies or systems. This work is reserved from text and data mining (Article 4(3) Directive (EU) 2019/790).

Tytuł oryginału
Quantum 2.0. The Past, Present, and Future of Quantum Physics

Opieka redakcyjna: Sonia Kmiecik

Redakcja językowa: Mirosław Ruszkiewicz

Projekt okładki i stron tytułowych: Michał Duława

Skład: MELES-DESIGN

ISBN 978-83-7886-884-2

Wydanie I

Kraków 2026

Wydawca: Copernicus Center Press Sp. z o.o.
pl. Szczepański 8, 31-011 Kraków
tel. (+48) 12 448 14 12, 500 839 467
e-mail: redakcja@ccpress.pl
www.ccpress.pl

Konwersja do formatu ePub 3: eLitera s.c.

Jeśli mechanika kwantowa kogoś nie szokuje,
to znaczy, że jej nie zrozumiał.

Niels Bohr

Wprowadzenie

Sto lat temu świat nauki został wywrócony do góry nogami za sprawą teorii tak głębokiej i potężnej, że związane z nią określenie kwantowy weszło już na stałe do naszego słownika. W ciągu kilku lat od jej sformułowania fizyka kwantowa wyjaśniła naturę materii i sił działających w całym Wszechświecie, od cząstek subatomowych po gwiazdy, a także rozwiązała zagadki, nad którymi uczeni głowili się od dziesięcioleci. Udowodniono, że jest najlepszą teorią naukową w historii. Stanowi podstawę chemii, fizyki cząstek, materiałoznawstwa, biologii molekularnej i dużej części astronomii. Znalazła zastosowanie we wszystkich istotnych obszarach gospodarki, od górnictwa po służbę zdrowia, a nawet doprowadziła do wykształcenia się nowych gałęzi przemysłu. Urządzenia techniczne działające w oparciu o jej zasady ukształtowały współczesny świat i dzięki nim możemy korzystać z układów elektronicznych, komputerów, sztucznej inteligencji, internetu, globalnej łączności, nawigacji satelitarnej, nanotechnologii, oświetlenia LED, ekranów o wysokiej rozdzielczości i smartfonów. Lasery, tranzystory, nadprzewodniki i mikroprocesory – wszystko to są wytwory epoki kwantowej. Bez popadania w przesadę można powiedzieć, że rewolucja kwantowa, która w pełni rozpoczęła się w 1925 roku, była największym przewrotem technologicznym w dziejach.

Choć od jej powstania upłynęło już ponad sto lat, teoria kwantowa wciąż pozostaje niezwykle ważna i obecnie jesteśmy świadkami drugiej wielkiej rewolucji kwantowej, której wpływ na naukę, przemysł i społeczeństwo może być równie głęboki i dalekosiężny jak tej pierwszej. Bezpośrednią przyczyną tego drugiego przewrotu było wyodrębnienie się nowej dziedziny wiedzy, znanej jako informatyka kwantowa, która mogła powstać dzięki temu, że uczeni i inżynierowie potrafią już dziś zmieniać stan pojedynczych atomów, elektronów i fotonów, co pozwala im przetwarzać, gromadzić i przesyłać informację w niewyobrażalny do tej pory sposób. Za pomocą tej wciąż rozwijającej się technologii udało nam się opracować niemożliwe do złamania protokoły szyfrowania, zaprojektować czujniki i skanery o niespotykanych możliwościach i dokonać niezwykłych wyczynów, takich jak teleportacja, które wydają się prawdziwą magią. Przede wszystkim jednak z rozwojem informatyki kwantowej wiąże się obiecująca możliwość skonstruowania zupełnie nowego urządzenia, komputera kwantowego, o mocy obliczeniowej przewyższającej nawet najlepsze na świecie superkomputery konwencjonalne. W pełni funkcjonalny komputer kwantowy będzie niezastąpionym narzędziem w badaniach genetycznych, projektowaniu leków, modelowaniu klimatu, analizowaniu rynków giełdowych i wytwarzaniu inteligentnych materiałów. Pojawi się też jednak ryzyko użycia takiego komputera do łamania powszechnie stosowanych protokołów szyfrowania danych – to zagrożenie nazwano już nawet kwantową apokalipsą. Obecnie cały świat śledzi w napięciu rozwój sztucznej inteligencji. Powinniśmy mieć świadomość, że dziedzina nauki, dzięki której ona powstała – czyli fizyka kwantowa – połączy się z nią w najbliższej przyszłości, zdecydowanie zwiększając jej moc i zakres możliwych zastosowań. Wpływ kwantowej sztucznej inteligencji – w skrócie QAI, od angielskiego Quantum Artificial Intelligence – jest niemal niemożliwy do przewidzenia. Podobnie jak pierwsza rewolucja kwantowa rozpoczęła epokę informacji, która ukształtowała znaczną część XX stulecia, tak druga, obejmująca kwantową sztuczną inteligencję i wiele innych elementów, wpłynie na przebieg XXI wieku w sposób trudny do wyobrażenia.

Z informatyką kwantową wiąże się ogromne nadzieje, nic więc dziwnego, że badaniami w tej dziedzinie są zainteresowane rządy wielu krajów i liczne przedsiębiorstwa na całym świecie. W Wielkiej Brytanii powołano do życia National Quantum Technologies Programme (Narodowy Program Technologii Kwantowych), ponieważ „nasze życie i rozwój gospodarczy już wkrótce ulegną głębokiemu przeobrażeniu pod wpływem technologii kwantowej i rozmiar wywołanych przez nią przemian będzie porównywalny tylko z przewrotem, jaki dokonał się za sprawą wynalezienia silnika parowego, sieci elektroenergetycznej, komunikacji radiowej i elektroniki”¹. Rząd Stanów Zjednoczonych w 2018 roku przyjął ustawę o inicjatywach kwantowych, natomiast prezydent Xi Jinping wezwał do wykonania „wielkiego skoku” w technologiach kwantowych. Inne kraje postąpiły podobnie². UNESCO ogłosiła rok 2025 Międzynarodowym Rokiem Kwantowej Nauki i Technologii. Firmy starają się jak najszybciej zastosować urządzenia kwantowe drugiej generacji w sektorze finansowym, górnictwie, ochronie zdrowia, a także w przemyśle energetycznym i lotniczym, co oznacza, że nowa technologia będzie miała duże znaczenie niemal we wszystkich dziedzinach gospodarki. W trzecim corocznym raporcie Quantum Technology Monitor (Monitor Technologii Kwantowej) firma inwestycyjna McKinsey zamieściła prognozę, że w ciągu najbliższego dziesięciolecia technika kwantowa będzie podstawą usług i produktów o wartości rynkowej wynoszącej miliardy dolarów³.

Z nowymi możliwościami nieodłącznie wiążą się zagrożenia. W 1994 roku odkryto, że można napisać program na komputer kwantowy, który pozwoli złamać szyfry stosowane do zabezpieczania transakcji finansowych i przesyłania poufnych wiadomości. W efekcie ruszył nowy wyścig zbrojeń, głównie między Chinami i Zachodem, którego celem jest budowa komputerów kwantowych. Bardzo szybko dołączyły do niego wielkie firmy technologiczne, które rywalizują między sobą w dążeniu do osiągnięcia „kwantowej dominacji”. Urządzenia wykorzystujące czujniki kwantowe również rozwijają się w błyskawicznym tempie. Konwencjonalne wojskowe systemy nawigacji i wykrywania wroga stały się już przestarzałe i coraz większy nacisk kładzie się na montaż inteligentnych układów śledzących w łodziach podwodnych, pociskach i bombowcach o obniżonej wykrywalności. Dzięki zastosowaniu kwantowych czujników zagrożenia czające się obecnie w ciemnościach już wkrótce mogą być widoczne jak na dłoni. Jeśli dojdzie do połączenia kwantowych urządzeń do wykrywania celów ze sztuczną inteligencją, globalny układ sił zostanie wywrócony do góry nogami. I chociaż czujniki kwantowe okazały się niezastąpione w medycynie, to jednak projekty, w których wykorzystuje się kwantowe neuroobrazowanie do połączenia mózgu z komputerem, budzą poważne obawy natury etycznej. Jak w przypadku wszystkich przełomów technicznych, trudno jest przewidzieć na tak wczesnym etapie, jakie będą długofalowe konsekwencje stosowania nowych rozwiązań, ale możemy śmiało powiedzieć, że ktokolwiek stanie na czele drugiej rewolucji kwantowej, będzie rządził światem.

Może się więc wydać zdumiewające, że chociaż fizyka kwantowa wywiera tak ogromny wpływ na nasze życie i samopoczucie, sama bazuje na teorii, która zdaje się – mówiąc dosadnie – pozbawiona sensu. Teoria ta, czyli mechanika kwantowa, działa wspaniale, ale sugeruje, że atomy, cząsteczki, elektrony i fotony, którymi uczeni i inżynierowie tak sprawnie się posługują, nie istnieją jako określone, niezależne obiekty. Namacalny świat zwyczajnych doświadczeń rozmywa się na poziomie atomowym, tworząc nieokreśloną mieszaninę powiązanych ze sobą rzeczywistości, które przyjmują określony kształt dopiero w wyniku naszej interwencji, polegającej na przykład na wykonaniu jakiegoś konkretnego pomiaru. Zdrowy rozsądek i intuicja całkowicie nas zawodzą, kiedy próbujemy zrozumieć, co tak naprawdę dzieje się w kwantowym świecie. Gdy w latach dwudziestych XX wieku sformułowano tę teorię, mechanika kwantowa okazała się tak problematyczna, że niektórzy najwybitniejsi fizycy, między innymi Einstein, kategorycznie odrzucili wynikający z niej wniosek istnienia rozmytej rzeczywistości i starali się ze wszystkich sił zdyskredytować ją w jej powszechnie akceptowanej formie. Aby to osiągnąć, skupili się na przewidywaniu, które jest tak dziwaczne – tak „upiorne”, mówiąc słowami Einsteina – że wydawało się w sposób oczywisty absurdalne. Mam na myśli postulat, że cząstki znajdujące się po przeciwnych stronach laboratorium lub nawet galaktyki mogą być ze sobą splątane jakąś telepatyczną więzią, która nie ma swojego odpowiednika w normalnym świecie. To przewidywanie udało się sprawdzić doświadczalnie dopiero w latach osiemdziesiątych i ku konsternacji sceptyków okazało się, że natura jest tak upiorna, jak obawiał się Einstein.

Później sprawy przybrały niezwykły obrót. Fizycy uświadomili sobie, że takie splątanie na dużych odległościach można wykorzystać jako podstawowy mechanizm działania urządzeń, które zapoczątkują zupełnie nową erę w historii techniki. Tak narodziła się dzisiejsza informatyka kwantowa. Zamiast omijać dziwne zjawiska szerokim łukiem, jak robiono to przez dziesięciolecia, uczeni i inżynierowie zaakceptowali je takimi, jakie są, i zaczęli je stosować w praktyce.

Choć sukces takiego podejścia nie ulega wątpliwości, samo pogodzenie się z nieuniknioną nieoznaczonością świata kwantowego nie rozwiązało podstawowego problemu, którym jest znalezienie odpowiedzi na pytanie, w jaki sposób dobrze określona rzeczywistość naszej materialnej codzienności wyłania się z rozmytej mieszaniny jej mikroskopijnych składników. Dużym wyzwaniem jest już samo wyjaśnienie, co dokładnie oznacza, że posiadamy jakąś wiedzę o danej cząstce kwantowej. Istnieje wiele rywalizujących ze sobą interpretacji mechaniki kwantowej, a niektóre z nich odwołują się nawet do wszechświatów równoległych lub stanów fizycznych i umysłowych. Pod wpływem takich filozoficznych rozważań przeprowadzono dodatkowe badania doświadczalne, których wyniki sugerują, że świat kwantowy jest jeszcze dziwniejszy, niż nam się wydawało.

Podczas pisania tej książki przyświecał mi jeden cel: chciałem w możliwie prosty sposób wyjaśnić, czym jest mechanika kwantowa i jak działa. Aby to osiągnąć, zacznę od samego początku, a więc od sformułowania teorii kwantowej w pierwszych dziesięcioleciach XX wieku. Opiszę jej zdumiewające zastosowania techniczne i starannie wytłumaczę, czego możemy się dzięki niej dowiedzieć – a czego nie – o głębokiej naturze rzeczywistości. Podejmując to wyzwanie, musiałem się liczyć z dodatkowym utrudnieniem, którym jest najważniejsza zasada popularyzacji nauki: nie wolno stosować żadnych wzorów matematycznych! Wielu niezwykłych aspektów świata kwantowego nie można dobrze opisać słowami – nadają się do tego jedynie równania i symbole. Starałem się, najlepiej jak potrafię, wykorzystać porównania i sytuacje znane z codzienności, ale w takich przypadkach nieodmiennie pojawia się ryzyko, że można niechcący wprowadzić kogoś w błąd. Ponieważ mechanika kwantowa jest obszarem wiedzy, który wciąż się rozwija, a wśród specjalistów istnieją duże rozbieżności co do interpretacji różnych jej aspektów, czytelnik powinien mieć na uwadze, że w omawianych tu zagadnieniach przedstawiam własny punkt widzenia. Jeśli kogoś interesują alternatywne podejścia i idee, zachęcam do sięgnięcia po książki innych autorów, które wymieniłem w zamieszczonej na końcu bibliografii.

Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki

CZĘŚĆ PIERWSZA

Zmiana paradygmatu

Ten rozdział jest dostępny
tylko w pełnej wersji książki.

Zapraszamy do zakupu

ROZDZIAŁ 1

Narodziny pojęcia kwantu

Ten rozdział jest dostępny
tylko w pełnej wersji książki.

Zapraszamy do zakupu

ROZDZIAŁ 2

Loteria natury

Ten rozdział jest dostępny
tylko w pełnej wersji książki.

Zapraszamy do zakupu

ROZDZIAŁ 3

Co jest głębiej?

Ten rozdział jest dostępny
tylko w pełnej wersji książki.

Zapraszamy do zakupu

ROZDZIAŁ 4

Bój o rzeczywistość

Ten rozdział jest dostępny
tylko w pełnej wersji książki.

Zapraszamy do zakupu

CZĘŚĆ DRUGA

Nowe cuda techniki

Ten rozdział jest dostępny
tylko w pełnej wersji książki.

Zapraszamy do zakupu

ROZDZIAŁ 5

Magia informatyki kwantowej

Ten rozdział jest dostępny
tylko w pełnej wersji książki.

Zapraszamy do zakupu

ROZDZIAŁ 6

Wykrywanie niewidzialnego

Ten rozdział jest dostępny
tylko w pełnej wersji książki.

Zapraszamy do zakupu

ROZDZIAŁ 7

Biologia kwantowa

Ten rozdział jest dostępny
tylko w pełnej wersji książki.

Zapraszamy do zakupu

CZĘŚĆ TRZECIA

Rozważania o kosmosie

Ten rozdział jest dostępny
tylko w pełnej wersji książki.

Zapraszamy do zakupu

ROZDZIAŁ 8

Mit pustej przestrzeni

Ten rozdział jest dostępny
tylko w pełnej wersji książki.

Zapraszamy do zakupu

ROZDZIAŁ 9

Wszechświat z niczego

Ten rozdział jest dostępny
tylko w pełnej wersji książki.

Zapraszamy do zakupu

CZĘŚĆ CZWARTA

Filozoficzny finał:
w poszukiwaniu sensu

Ten rozdział jest dostępny
tylko w pełnej wersji książki.

Zapraszamy do zakupu

ROZDZIAŁ 10

Sprawy przybierają jeszcze dziwniejszy obrót

Ten rozdział jest dostępny
tylko w pełnej wersji książki.

Zapraszamy do zakupu

ROZDZIAŁ 11

Poszukiwanie sensu

Ten rozdział jest dostępny
tylko w pełnej wersji książki.

Zapraszamy do zakupu

Bibliografia

Ten rozdział jest dostępny
tylko w pełnej wersji książki.

Zapraszamy do zakupu

Podziękowania

Ten rozdział jest dostępny
tylko w pełnej wersji książki.

Zapraszamy do zakupu

Przypisy

Wprowadzenie

1 UK National Quantum Technologies Programme (Brytyjski Narodowy Program Technologii Kwantowych), UK Research and Innovation, Wielka Brytania, 2024, https://uknqt.ukri.org/about-us (dostęp: 3 listopada 2025).

2 State of Quantum 2024 Report (Raport o stanie technologii kwantowej w 2024 roku), IQM Quantum Computers, Finlandia, styczeń 2024, https://meetiqm.com/blog/state-of-quantum-2024-report/ (dostęp: 3 listopada 2025).

3 McKinsey & Company, The Rise of Quantum Computing (Rozwój obliczeń kwantowych), https://www.mckinsey.com/featured-insights/the-rise-of-quantum-computing (dostęp: 3 listopada 2025).

.