Физики из Китая, например, создали квантовый компьютер, работающий на фотонах, и за 200 секунд он провел бозонную выборку — это мегасложное вычисление, на которое могло уйти полмиллиарда лет работы самого быстрого суперкомпьютера. Физики из Китая, например, создали квантовый компьютер, работающий на фотонах, и за 200 секунд он провел бозонную выборку — это мегасложное вычисление, на которое могло уйти полмиллиарда лет работы самого быстрого суперкомпьютера. Что представляет собой физика полупроводников? Почему полупроводники всегда будут сохранять свою актуальность, несмотря на развитие квантовых технологий? квантовая физика. воздух6 августа 2015. Как создаются щит и меч квантовой физики. Международная команда ученых-физиков из НИТУ «МИСиС», Российского квантового центра, Университета Карлсруэ и Университета Майнца из Германии научилась моделировать процессы, которые могут помочь в расшифровке механизмов фотосинтеза.
Ключевую теорию квантовой физики наконец-то доказали. Главное
| О связи Канта с современной квантовой физикой рассказали в БФУ - Российская газета | Все самое интересное и актуальное по теме "Квантовая физика". |
| Просто о сложном: принцип неопределенности и другие парадоксы квантовой физики | Китайские физики обнаружили гигантский — на два порядка больше по величине обычного — невзаимный перенос заряда в топологическом изоляторе на основе тетрадимита допированного оловом (Sn—Bi1,1Sb0,9Te2S). |
| Российские учёные развивают технологии на основе квантовой физики вместо классической | Изучение суперхимии открывает дорогу к ускорению химических реакций, а суперпарамагнетизма — к созданию очень мощных и быстрых компьютеров, работающих при комнатной температуре. Подробности — в обзоре новостей квантовой физики. |
В Китае создан 504-кубитный чип для квантового суперкомпьютера. На подходе 1000-кубитный
Фактически квантовые явления в виде группового взаимодействия электронов можно использовать как макрообъекты, что упростит эксперименты в области квантовой физики и позволит использовать эти явления в обычной электронике и не только. свежие новости дня в Москве, России и мире. Армия России захватила опорный пункт ВСУ: новости СВО на вечер 16 декабря.
В МФТИ назвали главный прорыв года в квантовой физике
В процессе опыта Баркгаузена в подсоединённом к катушке громкоговорителе, например, возникал треск, когда к ферромагнетику подносили магнит. Намагниченность отдельных доменов затрагивала соседние, и это распространялось как лавина и, в то же время, скачками, пока материал полностью не становился намагниченным. Учёные из Калтеха Технологического института Калифорнии решили обнаружить такой же эффект на квантовом уровне без внешних воздействий чисто за счёт квантовых явлений. Фактически это была проверка на спонтанное групповое туннелирвоание.
Они поместили в катушку такой ферромагнитный материал, как литий-гольмий-иттрий фторид, и охладили его до температуры вблизи абсолютного нуля. Катушка нужна была для измерения напряжения, которое там возникнет в случае, если в материале начнёт меняться намагниченность. После старта эксперимента учёные начали регистрировать скачки напряжения, аналогичные по природе шумам Баркгаузена.
Это указало на то, что квантово-механическое туннелирование отдельных электронов привело к групповому или совместному туннелированию частиц. Это результат взаимодействия двух больших групп электронов друг с другом, и благодаря своему взаимодействию они производят эти изменения. Этот эффект совместного туннелирования стал неожиданностью».
Открытие даёт надежду на создание квантовых датчиков и других электронных приборов. Фактически квантовые явления в виде группового взаимодействия электронов можно использовать как макрообъекты, что упростит эксперименты в области квантовой физики и позволит использовать эти явления в обычной электронике и не только. Достигается это на сложных установках.
Можно ожидать, что в нашем обычном мире больших и тяжёлых объектов тоже есть место для квантовой неопределённости, но доказать это прямым наблюдением очень и очень сложно. Однако учёные не сдаются. Одно из зеркал детектора LIGO.
Это позволяет понять контринтуитивные законы квантовой механики, но это не приближает нас к детектированию квантовых явлений на макроуровне. Свой вариант натурного эксперимента по фиксации квантовой неопределённости в больших объектах предложили учёные из Университетского колледжа Лондона UCL , Университета Саутгемптона в Великобритании и Института Бозе в Индии. Это два тоннеля по 4 км, соединённых под прямым углом буквой Г.
По тоннелям многократно с отражением курсирует луч лазера, который способен фиксировать искажения пространства-времени при прохождении через детектор гравитационной волны. Эту же систему можно использовать для выявления квантовой неопределённости с макрообъектами без строгих ограничений по массе и энергии, считают учёные. В каждом из тоннелей можно подвесить зеркала на концах маятников или мишени, заслоняющие основные зеркала датчика и запускать в них по паре вспышек лазера с заданным интервалом.
Если квантовая неопределённость в нашем большом мире есть, то первый импульс нарушит движение маятника — в этом проявится так называемый эффект наблюдателя, а второй импульс зафиксирует отклонение от расчётной траектории. С математической точки зрения эксперимент должен подтвердить или опровергнуть соблюдение двух условий неравенства Леггетта-Гарга. Оно должно выполняться для всех условий классического мира.
Если при взаимодействии с 10-кг зеркалами одно из этих условий не выполнится, значит, объект проявит свойства квантовой неопределённости. С точки зрения математики это будет означать, что вы в данный момент с большой вероятностью сидите на стуле перед монитором, но также с бесконечно малой но отнюдь не нулевой вероятностью можете находиться на Луне, Марсе или в галактике Андромеда. Главное, что для доказательства подобной возможности не придётся рисковать жизнью кошки, хотя сам по себе эксперимент с зеркалами в установке LIGO потребует нетривиального оборудования и условий.
Статья об исследовании опубликована в журнале Physical Review Letters. Также она доступна на сайте arxiv. Такие батареи будут работать вне привычной причинно-следственной логики, и обещают превзойти классические химические элементы при накоплении электрической энергии и даже тепла.
Источник изображений: Chen et al. CC-BY-ND Многим наверняка известно, что при покупке некоторых недорогих аккумуляторов китайского производства логику тоже можно смело отключать. Но учёные из Токийского университета и Пекинского исследовательского центра вычислительных наук по-настоящему заинтересовались возможностью квантовых явлений в аккумуляторах.
Интересно, что проблемой занялись специалисты в сфере информационных технологий, а не материаловеды. И немудрено, затронутая проблематика тесно связана с квантовой природой информации или, по крайней мере, в значительной степени её касается. По мнению учёных, квантовые аккумуляторы могут найти применение в различных портативных устройствах с низким энергопотреблением, особенно когда возможностей для подзарядки недостаточно.
На это были нацелены первые опыты, и они увенчались успехом. Одно из открытых преимуществ квантовых батарей заключается в том, что они должны быть невероятно эффективными, но это зависит от способа их зарядки. Нас особенно интересует то, как квантовые частицы могут нарушать одно из наших самых фундаментальных ощущений — восприятие времени».
Учёные провели серию экспериментов со способами зарядки квантовой батареи с использованием оптических устройств, таких как лазеры, линзы и зеркала. Представленная выше схема лабораторной установки была далека от чего-либо, напоминающего привычный аккумулятор. В конечном итоге удалось добиться зарядки батареи способом, который потребовал проявления квантового эффекта вне повседневной логики.
Заряд проходил в состоянии квантовой суперпозиции, когда условно два зарядных устройства одновременно заряжали один аккумулятор. В обычной жизни нужно было заряжать аккумулятор сначала одним, затем подключать другое зарядное устройство, а первое отключать. Опыт показал, что с учётом квантовых явлений обе зарядки могут работать одновременно.
Более того, эксперимент подтвердил явную абсурдность процесса. Оказалось, что маломощное зарядное устройство быстрее и эффективнее заряжает аккумулятор, чем более мощное. Феномен неопределенного причинно-следственного порядка или ICO, который исследовала команда, может найти применение не только для зарядки нового поколения маломощных устройств.
Лежащие в их основе принципы, включая раскрытый здесь эффект обратного взаимодействия, могут улучшить выполнение других задач, связанных с термодинамикой или процессами, которые включают передачу тепла. Одним из многообещающих примеров являются солнечные панели, где тепловые эффекты могут снизить их эффективность, но вместо этого можно использовать ICO, чтобы смягчить этот негативный эффект и привести к повышению эффективности. Это произошло в Лаборатории холодного атома NASA Cold Atom Lab на борту Международной космической станции и стало ещё одним шагом на пути внедрения в космосе квантовых технологий, доступных в настоящее время только на Земле.
Принцип охлаждения атомов с помощью лазеров. На МКС лаборатория попала в 2018 году и с тех пор учёные на Земле — прибор управляется дистанционно — провели с её помощью множество экспериментов. В частности, установка помогла создавать квантовый газ — конденсат Бозе-Эйнштейна, который в условиях микрогравитации вёл себя достаточно интересно.
Но недавно учёные NASA заявили, что им удалось создать в камере лаборатории конденсат Бозе-Эйнштейна из смеси двух атомов: калия и рубидия. А где есть смесь различных химических веществ, там появляются реакции. Фактически учёные создали основу для проведения в космосе экспериментов по квантовой химии, что раньше было возможно только в земных условиях на очень сложных и громоздких установках.
Кроме того, перенос квантовой химии в космос — в условия микрогравитации — позволяют изучать квантовые явления с недоступной на Земле точностью для целого ряда экспериментов. Наконец, это путь к появлению в космосе приборов, опирающихся на квантовые явления. От этого выиграет связь, навигация и многое другое, что ещё предстоит открыть.
Если в обычных металлах возникала сверхпроводимость и мгновенно исчезала на какой-то чёткой температурной отметке, то сопротивление странных металлов при изменении температуры менялось линейно. Этому не было внятного объяснения, пока это недавно не сделали физики из США.
Новости квантовых компаний. Изображение предоставлено Microsoft Azure — облачной платформой компании Microsoft. До революции квантовых вычислений доживут не все квантовые стартапы, которым удалось выйти на публичный рынок. Природа квантовых технологий делает их полезными для решения трудоемких задач с огромным количеством переменных. Квантовые вычисления потенциально: улучшат финансовое моделирование и повысят эффективность электрических батарей. Например, для обычных суперкомпьютеров существуют неразрешимая задача сортировки потенциальных кандидатов на получение лекарств - для решения потребуется время вычислений, превышающее текущую продолжительность жизни Вселенной". Новое исследование противоречит мнению Альберта Эйнштейна.
Точный механизм пока не определен, но эксперименты новых нобелевских лауреатов доказывают, что квантовая теория действительно описывает естественный мир и что запутанность существует. Это открытие подготовило почву для совершенно новой отрасли вычислительной техники. Сейчас идет гонка за разработкой первых коммерческих квантовых компьютеров, на карту которых потенциально поставлены огромные богатства.
В экспериментах с ускорителем частиц это явление дало им возможность рассмотреть во всех подробностях внутренности ядер атомов. Подпишитесь , чтобы быть в курсе. Квантовая запутанность парадоксальный феномен, возникающий, когда пара частиц становится так тесно связана, что их более невозможно рассматривать как две отдельные частицы, вне зависимости от разделяющего их расстояния.
Более того, при изменении одной мгновенно меняется и вторая. В теории, этот эффект мог бы лечь в основу технологии сверхсветовой связи, пишет ZME Science. Цифровой прорыв: как искусственный интеллект меняет медийную рекламу Обычно наблюдения за квантовой запутанностью проводятся на примере пар фотонов либо электронов. Однако недавно физики из Брукхейвенской национальной лаборатории BNL совершили прорыв — они обнаружили, что квантовая запутанность действует и на разные частицы.
Именно такой вопрос задал Ричарду Фейнману психиатр. А мы расскажем вам его ответ из книги «Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман» 393 views Квантач Физики из коллаборации IceCube не обнаружили влияния квантовой гравитации на параметры нейтринных осцилляций Создание непротиворечивой и полной теории квантовой гравитации — одна из важнейших задач современной физики. В поиске квантовой гравитации ученым может помочь экспериментальная проверка ее на состояния движущихся частиц во времени. Например, нейтрино во время взаимодействия с квантовыми флуктуациями пространства-времени могут частично терять квантовую когерентность. Это должно проявляться отклонением от ожидаемой картины нейтринных осцилляций на больших расстояниях и высоких энергиях.
Но гравитационные квантовые флуктуации не повлияли на атмосферные нейтрино. К такому выводу пришли физики из IceCube, которые уже не первый раз ищут подобные нарушения.
Нобелевская премия по физике — 2022
Использовался перестраиваемый брэгговский отражатель из чередующихся слоёв стибнита Sb2S3, вносящего малые фазовые потери, и слоёв SiO2, а также тонкой металлической плёнки. На ней генерировались таммовские плазмоны с длинами волн 738-1504 нм. Непрерывная перестройка по частоте осуществлялась путём изменения структуры слоёв Sb2S3 от аморфных до кристаллических при электрическом нагреве. Лазерное излучение фокусировалось на образец с помощью линзы, и через ту же линзу наблюдался отклик рамановского рассеяния.
Эксперимент показал перспективность данного устройстава как масштабируемой биосенсорной платформы для различных применений в клинической диагностике. В частности, устройство может регистрировать молекулы хромофора на волне 385 нм, и его работа была продемонтрирована для регистрации одного из белков-биомаркеров, важных для кардиологии. Nature Communications 14 7085 2023 Сверхмассивные чёрные дыры в ранней Вселенной 1 декабря 2023 Гравитационное поле массивных объектов, находящихся на луче зрения, фокусирует свет подобно линзе, и данный эффект помогает наблюдать небольшие галактики на значительном расстоянии.
ЧД звёздного происхождения не успели бы нарастить свою массу до указанной величины, а модели с прямым гравитационным коллапсом массивного газового облака пока не исключены, но также сталкиваются с проблемой нехватки динамического времени. Зельдовичем и И. Новиковым в 1966 г [6] и обсуждавшиеся позднее в работе С.
Хокинга [7]. Nature Astronomy, онлайн-публикация от 6 ноября 2023 г.
Отличительная особенность топологических изоляторов — защита поверхностных состояний от дефектов и температуры благодаря симметрии. Однако в последнее время ученые изучают топологические состояния с нарушениями симметрии. В таких веществах распространение волн можно сделать однонаправленным, что уменьшит потери на обратное рассеяние. Впрочем, перенос в таких веществах оставался достаточно мал.
Для этого ученые прикладывали ток возбуждения низкой частоты к образцу, охлажденному до 1,6 кельвин и помещенному в сильное магнитное поле величиной 12 тесла, и получали сопротивление второй гармоники путем измерения переменного напряжения.
В таких веществах распространение волн можно сделать однонаправленным, что уменьшит потери на обратное рассеяние. Впрочем, перенос в таких веществах оставался достаточно мал. Для этого ученые прикладывали ток возбуждения низкой частоты к образцу, охлажденному до 1,6 кельвин и помещенному в сильное магнитное поле величиной 12 тесла, и получали сопротивление второй гармоники путем измерения переменного напряжения. Ученые отмечают, что полученные экспериментальные результаты хорошо согласуются с теоретическими расчетами. Эти расчеты показали, что при частичном заполнении асимметричное рассеяние между краевыми квантовыми состояниями Холла и орбитами Ландау как раз и приводит к подобному невзаимному переносу.
И попал на этот экран. Но почему-то на экране в итоге получается вот такое нечто, которое рисуется только при распространении волн. Дифракция электронов. Вот в этом научно-популярном фильме физик Джим Аль-Халили объясняет, что будет, если из особой пушки через такое же препятствие с двумя просветами стрельнуть всего лишь ОДНИМ-единственным электроном. Но как только сие непонятно что сталкивается с беспросветным препятствием — превращается в добропорядочную частичку. А дальше — со всеми остановками. За эти сотню с лишним лет после "отчаянного" выступления Планка человечество погрузилось в бездну неизвестности уже довольно глубоко. Выяснилось, что кванты могут состоять в непостижимых отношениях, как некоторые люди: у одного в далёкой дали что-то меняется, другой немедленно это ощущает и тоже начинает вести себя по-другому. Так называемая квантовая запутанность. Выяснилось, что эти частицы одновременно могут находиться в разных состояниях, отсюда — кот Шрёдингера: суть мысленного эксперимента в том, что кот сидит в коробке, и механизм его убийства сработает в случае распада одного атома, а поскольку квантовые частицы в этом атоме одновременно находятся в разных состояниях, выходит, что кот одновременно и жив, и мёртв. Выяснилось, что кванты проходят через препятствия. Что они самопроизвольно появляются и исчезают. Что ими кишит даже то, что принято считать абсолютным вакуумом.
Распутать квантовую запутанность: за что дали «Нобеля» по физике
Ученые впервые обнаружили эффекты, предсказанные квантовой гравитацией — одной из физических теорий, призванной объединить квантовую механику с общей теорией относительности Эйнштейна. Миром станут править квантовые компьютеры", – заявил физик, популяризатор науки и футуролог Мичио Каку. Новости и мероприятия. квантовая физика. воздух6 августа 2015. Как создаются щит и меч квантовой физики. Или построить новые методы долгосрочной защиты информации на основе квантовой и постквантовой криптографии, которые будут устойчивы к широкому классу атак, поскольку их надёжность сводится к фундаментальным законам физики.
О связи Канта с современной квантовой физикой рассказали в БФУ
Сделали они это не первый раз, но впервые бастовали против искусственного интеллекта. Люди боятся, что машины отнимут у них работу, и такое развитие событий пугает не только сценаристов. Однако западные ученые убеждены, что мы боимся не того. По их словам, искусственный интеллект — это уже практически прошлое, а человечество ожидает квантовая революция. Что такое кванты?
Как мы можем пользоваться их открытием? И почему квантовые роботы лучше обычных? Что такое квант "Мы вот-вот оставим цифровой век позади, и наступит квантовая эра, которая принесет невообразимые научные и социальные изменения. Миром станут править квантовые компьютеры", — заявил физик, популяризатор науки и футуролог Мичио Каку.
Но что же такое кванты и почему ученые говорят о революции? То есть, чтобы вы понимали, мир, который нас окружает, все, из чего он состоит, это элементарные частицы. И квант — это одна из элементарных частиц", — пояснил кандидат технических наук, доцент Московского технического университета связи и информатики Олег Колесников. И все это обеспечивает невероятную скорость работы суперкомпьютера.
А квинтиллион — это цифра с 18 нулями.
Но что же такое кванты и почему ученые говорят о революции? То есть, чтобы вы понимали, мир, который нас окружает, все, из чего он состоит, это элементарные частицы. И квант — это одна из элементарных частиц", — пояснил кандидат технических наук, доцент Московского технического университета связи и информатики Олег Колесников. И все это обеспечивает невероятную скорость работы суперкомпьютера. А квинтиллион — это цифра с 18 нулями. Сравнивать скорость работы Frontier со скоростью работы вашего ноутбука, это как сравнивать скорость улитки и сверхзвукового истребителя", — отметил профессор машиностроения и физики Массачусетского технологического института Сет Ллойд. А все потому, что в основе японского чуда — не обычные процессоры, а квантовые.
Ведь большинство квантовых компьютеров могут работать только при температурах, близких к абсолютному нулю, когда все замедляется и "шум" окружающей среды минимален", — рассказал руководитель группы экспериментальных квантовых вычислений компании — производителя квантовых компьютеров Джери Чоу. Но дело не только в размерах. В классических ЭВМ информация зашифрована в битах, то есть в нулях и единицах, а в квантовых — в кубитах. Один кубит — это атом или фотон — мельчайшая частица вещества или энергии. Причем она одновременно может быть как нулем, так и единицей. Как говорят ученые, такая запутанность позволяет квантовым компьютерам, что называется, "думать" в миллиарды раз быстрее. Они позволяют получить не только количественные результаты за счет ускорения процессов, но и качественные, обеспечивая лучшую адаптацию в средах и ситуациях.
Означает ли это, что всю работу будут выполнять квантовые компьютеры? Вовсе нет. Химики будущего будут применять квантовую теорию для понимания химических реакций. Биологи будущего будут пользоваться квантовой теорией для более глубокого понимания ДНК. Но врачи и ученые, которые занимались только химией и только биологией, останутся без работы. Поскольку будущее будет квантово-механическим, и создавать лекарства мы будем именно на основе квантовой механики. Би-би-си: Означает ли это, что мы станем бессмертными? Что тогда и рака не будет? Мы сможем спрогнозировать будущую раковую опухоль задолго до ее появления. Допустим, что ваш ДНК-код можно будет легко считывать каждый раз, когда, вы, например, принимаете душ или идете в туалет. И по нынешнему состоянию ДНК можно будет спрогнозировать, что вас ждет в будущем. Раковую опухоль можно будет предсказать за десять лет до того, как она разовьется. В США уже сейчас можно сдать кровь для диагностики рака. Уже сейчас такой анализ гарантированно даст ответ, есть ли у вас раковое заболевание или нет. В будущем слово "опухоль" просто исчезнет из нашего языка, так же как и слово "рак" в применении к заболеванию. Строение тела человека и молекула ДНК. Цифровые технологии слишком медленны и слишком грубы. Интернет будущего будет квантовым и сольется с мозгом. Он будет называться "брейнет" англ. Человек будет просто думать, а его мысли будут переноситься по всему миру, взаимодействуя с другими мыслями или вещами. Поэтому провода нам больше не понадобятся. Достаточно будет просто подумать, а брейнет сделает все остальное. Человек будет просто думать, а его мысли станут расходиться по всему миру. Би-би-си: В последнее время многие ученые говорят об опасностях, связанных с распространением искусственного интеллекта. Каким вам представляется будущее в этой области? На сегодняшний день человечеству угрожают три опасности: возможность ядерной войны, биологическое оружие и глобальное потепление. Однако к этому списку придется добавить и четвертую опасность: угроза существованию человечества, исходящая от искусственного интеллекта. Но его развитие чревато двумя потенциальными угрозами, и они совершенно разные. Первая из них совершенно конкретна и непосредственно угрожает жизни отдельных людей: дроны, способные распознавать черты лица и намеренно или случайно убивать кого угодно и когда угодно. Таким образом, у нас появится автоматическая машина для убийства.
По словам экспертов, работы нобелевских лауреатов заложили основу для исследований в сфере квантовых вычислений и связи. Полученные ими результаты проложили путь новым технологиям, основанным на квантовой информации», — говорится в заявлении Нобелевского комитета. Комитет напомнил, что сейчас квантовые эффекты начинают находить практическое применение — уже ведутся работы по созданию квантовых компьютеров, а также линий связи, защищённых квантовым шифрованием. Принцип неопределённости Одно из ключевых явлений квантовой физики — квантовая запутанность частиц: изменение, произошедшее с одной частицей, приводит к изменению другой частицы, находящейся на расстоянии от первой. Точно рассчитать координаты и скорость квантовых частиц невозможно — этот принцип квантовой неопределённости сформулировал в 1927 году немецкий физик-теоретик Вернер Гейзенберг. Однако не все учёные были готовы смириться с неопределённостью. К примеру, с этим постулатом спорил Альберт Эйнштейн, который считал, что науке пока просто неизвестны скрытые параметры, заставляющие частицы вести себя определённым образом.
О связи Канта с современной квантовой физикой рассказали в БФУ
Будь в курсе последних новостей из мира гаджетов и технологий. новости России и мира сегодня. Физики из Китая, например, создали квантовый компьютер, работающий на фотонах, и за 200 секунд он провел бозонную выборку — это мегасложное вычисление, на которое могло уйти полмиллиарда лет работы самого быстрого суперкомпьютера. Новости физики в сети Internet: май 2023 (по материалам электронных препринтов).
Нобелевка по физике за изучение квантовой запутанности — что это значит
Изучение суперхимии открывает дорогу к ускорению химических реакций, а суперпарамагнетизма — к созданию очень мощных и быстрых компьютеров, работающих при комнатной температуре. Подробности — в обзоре новостей квантовой физики. Главным научным прорывом 2023 года в области квантовой физики стала разработка и проверка работы сразу нескольких квантовых компьютеров, способных автоматически. События и новости 24 часа в сутки по тегу: ФИЗИКА. Научный руководитель Центра квантовых технологий МГУ Сергей Кулик представил современное состояние квантовых технологий в России и в мире на научном семинаре Национального центра физики и математики (НЦФМ) в рамках Десятилетия науки и технологий. Статья Квантовая физика, Квантовые точки принесли ученому из России Нобелевскую премию, Разработан первый в мире квантовый аналог механического двигателя. Одно из ключевых явлений квантовой физики — квантовая запутанность частиц: изменение, произошедшее с одной частицей, приводит к изменению другой частицы, находящейся на расстоянии от первой. В 1964 году физик Джон Белл придумал, как различить в эксперименте две версии квантовой механики — ортодоксальную и со скрытыми параметрами.
Нобелевскую премию по физике присудили за квантовую запутанность
Сейчас отставание есть. Оно неоднородно по разным областям. Если в сфере квантовых компьютеров оно наблюдается из-за колоссальных инвестиций, направляемых на это направление, скажем, в США или Китае, то по квантовым коммуникациям российские решения вполне конкурентоспособны. Иногда мы даже демонстрируем более глубокое понимание в отдельных направлениях, скажем, в создании кудитных квантовых процессоров. Это процессоры нового поколения, которые используют для обработки информации не кубиты двухуровневые квантовые системы , а кудиты многоуровневые квантовые системы с суперпозицией произвольного количества квантовых состояний. Сейчас в мире есть пять-шесть квантовых процессоров на кудитах, и один из них — заслуга российской команды в Российском квантовом центре и ФИАН им.
В нашей работе нам очень помог проект Лидирующих исследовательских центров, Дорожная карта по квантовым вычислениям и Российский научный фонд. Да и по новым типам кубитов, базовых вычислительных элементов для квантовых компьютеров, в России проводятся пионерские исследования на мировом уровне. Например, недавно продемонстрированные кубиты-флюксониумы с рекордными характеристики, в разработке которых принимали участие мои коллеги из МИСИС. То есть мы стараемся не отставать и искать новые пути развития. Критическая масса людей, интеллектуальный потенциал для развития этого направления есть.
Сейчас мы вступили в активную фазу реализации Дорожной карты по квантовым вычислениям координирует Росатом. Это очень важный проект, объединяющий в рамках страны различные научные группы, которые решают задачи квантовых технологий. Мы уже видим первые результаты консолидации научного сообщества в этом направлении. Есть ли дефицит компонентов, есть ли утечка мозгов? Нынешнюю ситуацию вы рассматриваете как тёмный период или как время возможностей?
Вы знаете, очень осторожное отношение к поставкам иностранного оборудования началось гораздо раньше. Эта сфера в последние пять лет постепенно становилась стратегической и всё более и более зарегулированной. И кардинального изменения в связи с санкциями не произошло. Это был логичный шаг, которому предшествовало всё возрастающее внимание к экспорту технологичных товаров со стороны стран Запада. Конечно, такие глобальные ситуации, как сейчас, осложняют работу и научное взаимодействие.
Ведь наука, особенно в таких областях, носит международный характер. Во многих научных публикациях принимают одновременное участие учёные из самых разных стран мира. Поэтому хотелось бы, чтобы текущая ситуация не касалась напрямую возможностей для научного сотрудничества. Страны между собой обмениваются учёными, и это в карьере учёного совершенно нормально: закончить первую ступень образования в одной стране, потом поступить в магистратуру в другой стране, в аспирантуру — в третьей, а работать — вообще в четвёртой, пятой. Потом вернуться к себе на родину или остаться.
Это абсолютно нормальные этапы развития. Есть такой тренд во всех странах мира: после определённого цикла получения опыта учёным стараются создать условия для работы в родной стране. Здесь пример демонстрирует Китай со своей национальной программой «1000 талантов». Она позволила вернуть огромное количество учёных — и сделать значительный скачок в квантовых технологиях и не только. Именно это становится основным трендом.
Успешно у нас возвращают мозги? Есть примеры успешных возвратов. Вот я учился во Франции, а когда передо мной стоял выбор, куда поехать, я поехал работать в лабораторию в России. Есть примеры моих коллег, которые либо полностью вернулись, либо проводят здесь существенную часть своего времени. Но мы привыкли к термину «утечка мозгов», боимся его.
Приведу пример: в Германии очень существенный процент людей уезжают после аспирантуры работать в Америку. Но там никто не говорит о какой-то утечке мозгов. Люди за океаном набираются опыта, потом возвращаются и создают в Германии передовые лаборатории. В одном из ведущих немецких научных центров очень много людей именно с опытом работы в Северной Америке. Поэтому наш фокус должен быть не на величине оттока и связанном с этим расстройстве, а на создании условий для притока.
А что может и должно сделать государство, чтобы этот научный импульс не пропал? Мне кажется, очень важный аспект — это долгосрочные программы финансирования. Вот сейчас есть замечательная программа, которая работает в масштабе 3—5 лет, — гранты Российского научного фонда, которые позволяют молодым учёным создать собственную научную группу с очень большой степенью поддержки. Во многом благодаря поддержке РНФ была создана и моя собственная научная группа.
Однако это было только начало длинной цепочки исследований. Белл в своей статье описал мысленный эксперимент, в котором могли бы быть проверены сделанные им выводы, однако его схема не годилась для реализации «в железе».
Holt опубликовали работу с новой версией белловского неравенства, которая уже допускала экспериментальную проверку J. Clauser et al. Proposed experiment to test local hidden-variable theories. Эта статья, известная по ссылкам как CHSH, стала важным этапом в развитии белловского подхода к проверке основ квантовой механики. Клаузер, Аспе и другие Выполнить такую проверку удалось далеко не сразу. Изготовление и регистрация спутанных состояний — непростая задача.
Первые опыты по верификации теоремы Белла проводились с поляризованными фотонами. Вместо бомовских пар спутанных электронов с нулевым полным спином в них использовали пары световых квантов с альтернативными модами поляризации например, вертикальной и горизонтальной , а вместо магнитных детекторов — поляризационные фильтры. В 70-е годы подобные эксперименты ставились несколько раз. Самые интересные результаты в 1972 году получили Джон Клаузер и скончавшийся десять лет назад его аспирант Стюарт Фридман Stuart Freedman. Они в течение двух лет построили оптическую систему, которая на практике реализовала схему, описанную в статье CHSH, — правда, в модифицированной версии. В их эксперименте использовались световые кванты, испускавшиеся возбужденными атомами кальция.
Источник света был расположен в центре экспериментальной установки, смонтированной на оптической скамье. Фотоны направлялись в противоположные концы скамьи и там проходили через пары поляризаторов, ориентированных под разными углами по отношению друг к другу. Эксперимент Клаузера и Фридмана в общей сложности продолжался 200 часов и в целом подтвердил нарушение неравенства Белла, которое они переписали применительно к своему протоколу. Однако соавторы не смогли исключить все потенциальные источники «загрязнения» собранных данных паразитной информацией. Конкретно, их протокол не гарантировал, что наблюдатели на обоих концах скамьи устанавливают поляризаторы полностью независимо друг от друга. Поскольку предположение о такой независимости было важной частью теоремы Белла, итоги эксперимента Клаузера и Фридмана нельзя было считать окончательными.
В середине 1970-х годов Клаузер продолжил изучение квантовой нелокальности, включая поиск обобщений теоремы Белла. Следующий шаг в 1981—82 годах сделали 35-летний аспирант Парижского университета Ален Аспе и трое его партнеров. Их экспериментальная установка с лазерной оптикой генерировала спутанные фотоны куда эффективнее и намного быстрее, нежели аппаратура предшественников. Кроме того, она была снабжена высокочастотными оптико-акустическими переключателями, которые позволяли каждые 10 наносекунд перенаправлять фотоны в различные поляризаторы и детекторы. В итоге Аспе и его партнерам удалось доказать нарушение неравенства Белла куда надежней, чем предшественникам. Конкретно, в их версии этого неравенства постулаты квантовой механики могли бы быть поставлены под сомнение, если бы значения функции S лежали в промежутке от нуля до минус единицы.
Она не противоречила ожидаемому из квантовомеханических вычислений численному значению функции S, равному 0,112. Если бы их результат был выражен в терминах стандартной версии теоремы Белла, значение функции S составило бы приблизительно 2,7 — явное нарушение белловского неравенства. Результаты этого эксперимента были опубликованы 40 лет назад A. Aspect et al. Схема установки, предложенной Аспе и его коллегами. В 1982 году с ее помощью они показали нарушение неравенств Белла.
Спутанные фотоны излучаются кальциевым источником L в противоположных направлениях. Расстояние между поляризаторами составляет примерно 12 м. Рисунок из статьи A. Они показали, что спутанные частицы не просто реальны, но и ощущают присутствие друг друга на вполне приличных расстояниях в экспериментах парижских физиков дистанция между поляризаторами составляла 12 метров. Однако окончательно мощь неравенства Белла была продемонстрирована в самом конце прошлого столетия с участием еще одного нобелевского лауреата этого года Антона Цайлингера. Он и члены его группы продемонстрировали нарушение этого неравенства на дистанции 400 метров, причем для обеспечения полной стохастичности они применили квантовые генераторы случайных чисел G.
Weihs et al. Правда, даже им всё же не удалось окончательно разделаться с подводными камнями, возникавшими при тестировании квантовой нелокальности. Контрольные эксперименты этого рода с другими протоколами еще не раз ставились и в нашем столетии, причем опять-таки не без участия Цайлингера. Работа Аспе сильно подхлестнула и теоретические, и экспериментальные исследования всё более сложных спутанных состояний. В конце 80-х годов американцы Дэниэл Гринбергер Daniel Greenberger и Майкл Хорн Michael Horne вместе c Антоном Цайлингером и при участии Абнера Шимони Abner Shimony теоретически показали, что опыты с тройками спутанных частиц демонстрируют особенности КС много лучше, чем «парные» эксперименты это так называемая квантовая нелокальность Гринбергера — Хорна — Цайлингера, см. Greenberger—Horne—Zeilinger state.
Подтверждение этому пришло лишь в 1999 году, когда в лаборатории Цайлингера в Венском университете впервые создали спутанные триады, опять-таки фотонные J. Pan et al. Experimental test of quantum nonlocality in three-photon GHZ entanglement. С тех пор число спутанных в лаборатории частиц стало быстро расти. Например, в конце 2005 года физики из американского Национального института стандартов и технологий изготовили шестерку спутанных ионов бериллия. А уже в январе 2006 года немецкие ученые сообщили, что им впервые удалось «спутать» атом с фотоном.
Но это уже другая история. Исследования Цайлингера также стали важным этапом на пути разработки методов, позволяющих переносить состояние одной квантовой частицы на другую — так называемой квантовой телепортации. Один из самых первых экспериментов этого рода он вместе с коллегами осуществил еще до своей новаторской проверки нарушения неравенства Белла D. Bouwmeester et al. Experimental Quantum Teleportation. Используя квантовую спутанность частиц, такие операции можно производить практически с нулевой вероятностью ошибок.
Эти методы нашли применение в разработке протоколов квантовой криптографии. Цайлингер также приложил руку как к созданию теоретической концепции так называемого обмена спутанностью entanglement swapping , M. Zukowski et al. Event-ready detectors: Bell experiment via entanglement swapping , так и к ее первой экспериментальной реализации J. Experimental entanglement swapping: entangling photons that never interacted. Схема эксперимента, реализующего обмен спутанностью.
В начальном состоянии квантовая система состоит из четверки фотонов, которые приготовляются в виде двух спутанных пар. Оптическая система белловского типа включает четыре канала, в каждый из которых поступает один фотон. Фотоны первой пары идут в каналы 1 и 2, второй — в каналы 3 и 4. Одновременное измерение производится над фотонами, вошедшими в каналы 2 и 3, в результате чего фотон из второго канала телепортируется в четвертый. В результате эксперимента фотоны в каналах 1 и 4 образуют спутанную пару, хотя физически они друг с другом никак не взаимодействовали. Такой исход эксперимента полностью противоречит интуиции, основанной на нашем обитании в мире классической физики, однако он совершенно реален.
Рисунок из пресс-релиза Нобелевского комитета, с сайта nobelprize. Кому это нужно? Исследование феномена КС имеет множество практических выходов. Система спутанных частиц, как бы сильно она ни была размазана по пространству, — это всегда единое целое. Поэтому такие системы — буквально золотое дно для информатики.
Сверху он покрыт черными листами поглотителя нейтронов для уменьшения внешнего фона. Цель эксперимента —обнаружение и изучение взаимодействий нейтрино высоких энергий внутри коллайдера. В магнитной ловушке накопили атомы антиводорода, а затем позволили им свободно падать. Перемещение атомов антивещества отслеживали по аннигиляционным вспышкам на стенках установки. Несмотря на кажущуюся простоту описания, эксперимент очень сложный, потребовавший в том числе учёта большого числа факторов, например, влияния магнитов в установке, чьё действие создаёт силу, сопоставимую с гравитационной. На пути к 120-му элементу В октябре 2023 года на Фабрике сверхтяжёлых элементов в Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ Дубна, Россия исследователи впервые успешно синтезировали сверхтяжёлый элемент с помощью снаряда-ядра тяжелее 48Ca. В результате бомбардировки ядрами хрома 54Cr мишени из урана 238U они получили ранее неизвестный изотоп ливермория 288Lv 116-го элемента Периодической таблицы Менделеева со временем жизни чуть менее одной миллисекунды. Уникальный атом не был непосредственной целью эксперимента и стал приятной неожиданностью. Дело в том, что сверхтяжёлые элементы от 114-го — флеровия до 118-го — оганесона были синтезированы [1], [2], [3] в реакциях с пучком 48Ca, а самое тяжёлое вещество, которое можно наработать в количестве, достаточном, чтобы сделать мишень — калифорний. Слияние ядер кальция 20-й элемент и калифорния 98-й элемент как раз и образует 118-й элемент — последний из синтезированных на сегодняшний день. Чтобы получить сверхтяжёлые элементы с большим атомным номером надо использовать ядра не кальция, а элементов с большим количеством протонов. Так, для получения 120-го элемента предлагается реакция хрома 54Cr 24-й элемент с мишенью из кюрия 96-й элемент. Исследованием этого снаряда и занят ОИЯИ. Полученный результат позволяет надеяться на успешное использование ядра 54Cr для синтеза 120-го элемента, приступить к которому ОИЯИ планирует в 2025 году. После этого, видимо, будет сделана попытка синтезировать также ещё не открытый 119-й элемент, бомбардируя Америций 95-й элемент. Рентгеновская подпись атома Команда физиков из нескольких американских лабораторий под руководством профессора Со Вай Хла Saw Wai Hla, Университет Огайо разработала метод, использующий синхротронное рентгеновское излучение для исследования отдельного атома в веществе. В качестве объекта изучения были выбраны атомы железа и тербия.
Эта посылка оправдана в том случае, если эти наблюдаемые величины могут быть измерены в совместимых друг с другом экспериментах. Однако она не работает в случае, если измерения каждой их двух наблюдаемых взаимно несовместимы, поскольку тогда определение их суммы теряет физический смысл. Эту проблему в принципе можно преодолеть с помощью дополнительных измерений на другой аппаратуре, которые могут определить новую наблюдаемую, соответствующую этой сумме. Но это потребует введения еще одного оператора, о котором в теореме фон Неймана ничего не говорится. В итоге доказательство фон Неймана теряет силу. Интересно, что первой к такому выводу пришла в 1935 году ученица великого математика Эмми Нётер Грета Герман Grete Hermann , но ее работа была опубликована в малоизвестном философском журнале и потому физики ее просто не заметили. В профессиональном сообществе уязвимость теоремы фон Неймана была осознана только в 1950-е годы. Однако у квантовой механики и раньше имелись критики — и прежде всего Альберт Эйнштейн. Ему не нравилось в ней многое: принципиально вероятностный характер, гейзенберговское соотношение неопределенностей и вытекающая из него невозможность одновременного определения координат и скоростей частиц, отсутствие ясности в решении проблемы квантовомеханических измерений. Но больше всего Эйнштейна раздражала несовместимость его собственных представлений о физической реальности с так называемой копенгагенской интерпретацией квантовой механики , предложенной Нильсом Бором и его единомышленниками. Согласно Бору, состояние любой квантовой системы нельзя рассматривать безотносительно к аппаратуре, с помощью которой получена информация о ее поведении. Теория в состоянии предсказать вероятности тех или иных исходов измерений квантовомеханических объектов, но ровно ничего не может сказать о том, каковы же значения измеряемых величин «на самом деле» — строго говоря, сам этот вопрос по сути беспредметен. Состояние «неизмеренной» системы не просто неизвестно — оно вообще не определено, а посему и рассуждать о нем не имеет смысла. Эйнштейна не устраивала подобная логика, и он всячески пытался ее опровергнуть. Для этого он изобретал воображаемые опыты, которые Бор успешно интерпретировал в свою пользу. Однако Эйнштейн не отступал. В 1935 году, уже работая в США в принстонском Институте фундаментальных исследований, он опубликовал описание очередного мысленного эксперимента, который, по его расчетам, неопровержимо доказывал ущербность квантовой теории. Эта модель послужила предметом долгих дискуссий Эйнштейна со своим ассистентом Натаном Розеном и коллегой по институту Борисом Подольским , уроженцем Таганрога и бывшим руководителем отдела теоретической физики харьковского Физико-технического института. Статья, фактически написанная Подольским, появилась за подписями всех троих ученых A. Einstein, B. Podolsky and N. Rosen, 1935. Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete? Именно эта работа, которую цитируют под аббревиатурой ЭПР, проложила путь к концепции квантового спутывания. В свое время она не вызвала особого резонанса, однако сегодня ее относят к числу самых глубоких исследований теоретической физики двадцатого столетия. Фото из статьи O. Rousselle, 2019. Foundations of quantum physics and wave mechanics Эйнштейн, Подольский и Розен исходили из двух предпосылок, которые они считали самоочевидными. Во-первых, любой атрибут физической системы, который можно предсказать со стопроцентной вероятностью, не возмущая эту систему в процессе измерений, является, по определению, элементом физической реальности. Во-вторых, полное описание системы должно включать в себя сведения обо всех таких элементах естественно, ассоциированных именно с этой конкретной системой. Далее следует сам мысленный эксперимент. Предположим, что мы изготовили пару одинаковых частиц A и B, которые в начальный момент начинают движение в строго противоположных направлениях с равными импульсами и, следовательно, скоростями такая операция возможна и в сфере действия квантовой механики. Принцип неопределенности не позволяет одновременно точно измерить положение и импульс каждой частицы в любой из последующих моментов, но это и не требуется. Позволим квантовым близняшкам удалиться друг от друга подальше, а затем, когда нам это заблагорассудится, определим координаты частицы A, что в идеале можно сделать с нулевой погрешностью. Тем самым мы немедленно получаем стопроцентно достоверную информацию о том, где находилась в тот же момент и частица B. Отметим, что наша аппаратура взаимодействовала исключительно с частицей A, а состояние второй частицы оставалось невозмущенным. Следовательно, положение частицы B следует счесть элементом физической реальности. Вместо того, чтобы выяснять координаты частицы B, мы можем измерить ее импульс, причем опять-таки идеально точно. Поскольку суммарный импульс пары равен нулю, мы автоматически узнаем и величину импульса частицы A, ни в коей мере ее не трогая. Следовательно, и эта величина — элемент физической реальности. Однако уравнения квантовой механики позволяют вычислить положение и импульс частицы лишь приближенно, с той степенью точности, которую допускает соотношение неопределенностей. А если это так, делают вывод ЭПР, то квантовомеханическое описание реальности не является полным. Что и требовалось доказать. Реакция столпов физического сообщества на эту работу была предсказуемо жесткой. Вольфганг Паули без обиняков написал Гейзенбергу, что Эйнштейн поставил себя в дурацкое положение. Бор сначала сильно осерчал, а потом стал придумывать опровержение. После трехмесячных раздумий он провозгласил на страницах того же самого журнала, что мысленный эксперимент ЭПР отнюдь не отменяет соотношения неопределенностей и не создает препятствий для применения квантовой механики. Бор подчеркнул, что Эйнштейн вправе полагать квантовую теорию неполной, но ее практическая эффективность от этого не уменьшается. Правда, аргументы Бора были довольно невнятными, а лет через десять он как-то признался, что уже сам не может в них разобраться. С «Папой» Бором согласились почти все теоретики, кроме Эрвина Шрёдингера. Он тщательно продумал смысл ЭПР-парадокса и пришел к чрезвычайно глубокому выводу, который следует процитировать. Если две системы, состояния которых нам известны, временно вступают в физическое взаимодействие, а затем разделяются вновь, то их уже нельзя описывать прежним образом, то есть утверждать, что каждая система пребывает в своем собственном состоянии. Я считаю это обстоятельство самой характерной чертой квантовой механики, разделяющей ее и классическую науку. Так без большого шума в восьмистраничной статье одного из великих отцов-основателей квантовой механики впервые появилось это самое квантовое «спутывание» E. Discussion of probability relations between separated systems. Шрёдингер первым осознал, что логический анализ ЭПР-парадокса ведет к важнейшему выводу: квантовая механика допускает такие состояния физических систем, при которых корреляции между их элементами оказываются сильнее любых корреляций, допускаемых классической физикой! Эти состояния он и назвал спутанными, в немецком оригинале Verschrankung. Отсюда следует, что каждая такая система представляет собой единое целое, не допускающее разделения на независимые части. Это свойство квантовых систем принято называть нелокальностью. Шрёдингер с самого начала вполне осознал глубину этой идеи — не случайно он как-то сказал Эйнштейну, что тот своим мысленным экспериментом схватил за горло догматическую квантовую механику. Однако важность КС была по-настоящему осознана большинством физиков значительно позже. Стоит отметить, что в другой работе того же 1935 года Шрёдингер описал и ставший знаменитым воображаемый эксперимент с запертым в ящике котом E. Дэвид Бом и его схема В начале 50-х годов американский физик Дэвид Бом сформулировал новую версию ЭПР-эксперимента, которая резче демонстрировала его парадоксальность и упрощала его математический анализ. Он рассмотрел пару одинаковых квантовых частиц с половинным спином, изначально изготовленную так, чтобы их полный спин равнялся нулю. К примеру, такую пару можно получить при распаде бесспиновой частицы. Для определенности назовем эти частицы электронами. После распада они станут удаляться от зоны рождения в различных направлениях. Поставим на их пути магнитные детекторы, измеряющие спин. В идеальной модели такого прибора электроны движутся сквозь щель, пронизанную параллельными силовыми линиями постоянного, но неоднородного магнитного поля на деле, естественно, всё несколько сложнее. Из-за своей квантовой природы до измерения спин вообще не имеет определенной ориентации, а после него он ориентируется либо в направлении поля, либо против него скажем, вверх или вниз, если поле вертикально. Теперь проведем ЭПР-эксперимент «по Бому». Пусть один детектор сообщил, что спин «его» электрона направлен вверх. Теперь можно утверждать, что спин второго электрона глядит вниз.
Восторг и ужас Вселенной: Как квантовая физика перевернула мир и почему она наводит жуть
Представьте, что отпраздновать Всемирный день квантовой науки собрались все великие ученые, которые приложили руку к созданию квантовой физики. На сайте собрана основная информация о главных новостях, инициативах, проектах и мероприятиях Десятилетия науки и технологий. В журнале «The Journal of chemical physics» опубликована статья «Magnetic dipole and quadrupole transitions in the ν2 + ν3 vibrational band of carbon dioxide» резидента Института квантовой физики Чистикова Д.Н. В частности, физикам из МГТУ удалось за 2023 год создать прототип квантового процессора на базе сверхпроводников и разные компоненты квантовых устройств. В данном обзоре новостей представлены последние открытия в физике и астрофизике.