Центр передового опыта в области квантовой информации и квантовой физики Китайской академии наук (CAS) поставил 504-кубитный сверхпроводящий квантовый вычислительный чип под названием Xiaohong компании QuantumCTek Co., Ltd., сообщило агентство Xinhua. Квантовая физика — раздел теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения. Новости. В этом видео представлена инновационная разработка в области эволюционной науки, которая предлагает новый взгляд на природу нашей Вселенной. Эта гипотеза нав.
Квантовая физика о Боге, душе и Вселенной
Дело в том, что с точки зрения физики тлеющий уголёк — абсолютно чёрное тело. Это значит, что он должен поглощать абсолютно всё падающее на него излучение. В холодном виде он, собственно, так и делает. Но стоит его раскалить, начинаются проблемы. Получается, что он не только весь свет поглощает, но и сам одновременно его излучает. Не отражает, а именно сам излучает. И это как-то связано с температурой. Учёные предлагали этому свои объяснения, но они работали лишь частично: одна формула подходит для излучения коротких волн, другая — для длинных. Но излучение-то идёт во всём диапазоне. И Макс Планк понял: вся загвоздка в том, что излучаемая энергия в предложенных формулах подаётся как некий непрерывный поток.
Как он потом вспоминал, ему просто очень хотелось создать идеально красивую формулу, в которой бы всё сошлось. И для этого достаточно было применить один небольшой трюк: допустить чисто теоретически , что энергия излучается не СПЛОШЬ, а некими порциями. Понемножку, по "сколько-то".
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.
Машина, которая сможет летать, которая сможет наблюдать за местностью, идентифицировать конкретного человека и убить его, например, устроив какую-нибудь аварию. Сюда же можно отнести и войны, то есть преднамеренную попытку одной страны убить солдат страны-противника. И это произойдет в течение нескольких ближайших лет.
Одно из главных ее преимуществ — возможность проводить квантовые вычисления при комнатной температуре. Поляритонный лазер, работающий на открытом Алексеем Кавокиным и его коллегами принципе бозе-эйнштейновской конденсации экситонных поляритонов при комнатной температуре, позволяет создавать кубиты — базовые элементы квантовых компьютеров. Кубиты реализуются методом лазерного облучения искусственных полупроводниковых структур — микрорезонаторов. В новом исследовании ученым удалось впервые экспериментально наблюдать, как в самом тонком в мире полупроводнике — тончайшем слое кристалла диселенида молибдена MoSe2 толщиной всего в один атом — формируется конденсат Бозе — Эйнштейна, то есть десятки тысяч квантов «жидкого света», точное имя которых — экситонные поляритоны. Эти частицы обладают свойствами как света, так и обычных материальных частиц, и их можно использовать в качестве носителей информации. То есть вместо электронов по микросхемам любых электронных устройств может бегать электрически нейтральная светожидкость. Поляритонные приборы позволят обрабатывать огромные потоки информации со скоростью, близкой к скорости света.
Результат теор.
И все это — абсолютно бесплатно для 550 лучших школьников со всей страны. Как поступить призеру олимпиад? По итогам Летней смены олимпиадной подготовки ЛСОП с 25 июня по 5 июля — 10-дневного интенсива для подготовки к региональному и заключительному этапам ВсОШ по математике, физике, биологии и химии. Приглашаем на ЛСОП-2024: Участников заключительного этапа, победителей и призеров регионального этапа ВсОШ по математике, физике, химии, биологии, информатике и астрономии; Победителей и призеров заключительного этапа олимпиад из перечня РСОШ по тем же предметам; Победителей и призеров заключительного этапа Всесибирской открытой олимпиады школьников. Не призер, а поступить хочу.
Просто о сложном: принцип неопределенности и другие парадоксы квантовой физики
Отличная новость! Физики нашли элементарную частицу, "размазанную" на 735 километров. Ученые из MIT выяснили, что нейтрино могут находиться в состоянии квантовой суперпозиции, находясь одновременно в двух разных. Квантовая физика – это раздел физики, который изучает поведение элементарных частиц на микроуровне, используя квантовую механику. Квантовая физика – это раздел физики, который изучает поведение элементарных частиц на микроуровне, используя квантовую механику. Актуальные новости и авторские статьи от Rusbase. Независимое издание о технологиях и бизнесе.
Квантовая физика о Боге, душе и Вселенной
Ученые смогли "разрезать" кота Шредингера на две половины Физики из Йеля вывели новую "породу" кота Шредингера, "разрезав" его пополам — он может не только быть одновременно живым и мертвым, но и находиться сразу в двух разных точках, говорится в статье, опубликованной в журнале Science. Кот Шредингера — "участник" мысленного эксперимента, который был предложен австрийским физиком Эрвином Шредингером в 1935 году. Во время него в закрытый ящик помещаются кот и механизм, открывающий емкость с ядом в случае распада радиоактивного атома что может случиться или не случиться. В соответствии с принципами квантовой физики кот является одновременно и живым, и мертвым. Отсюда берет свое начало термин "квантовая суперпозиция" — совокупность всех состояний, в которых может одновременно находиться кот.
Кроме того, подобные эксперименты могут прояснить и то, как нейтрино взаимодействуют с веществом. Информацию о структуре протона исследователи получили, направив пучок нейтрино на пластиковые мишени, содержащие углерод и водород, ядра которого как раз одиночные протоны. Нейтрино слабо взаимодействует с веществом, поэтому пришлось решить множество проблем для высокоточных измерений их рассеяния. Например, было сложно наблюдать сигнал нейтрино, рассеянного одиночными протонами водорода на фоне нейтрино, рассеянных связанными протонами в ядрах углерода. Для решения этой проблемы исследователи смоделировали сигнал углеродного рассеяния и вычли его из экспериментального сигнала. Физики впервые увидели коллайдерное нейтрино Реакции, которые происходят в протонных коллайдерах ускорителях частиц, в которых два пучка протонов сталкиваются друг с другом , порождают большое количество нейтрино. Однако до сих пор эти нейтрино никогда не наблюдались напрямую. Очень слабое взаимодействие нейтрино с другими частицами делает их обнаружение крайне сложным. И вот в августе 2023 года участники сразу двух экспериментов на Большом адронном коллайдере объявили о первой регистрации нейтрино. Известно, что нейтрино высоких энергий производятся преимущественно на этом участке, но другие детекторы на БАКе имеют здесь слепые зоны и потому не могли наблюдать. Обнаруженные FASER нейтрино имеют самую высокую энергию, когда-либо зарегистрированную в лабораторных условиях. А от осколков столкновений протонов его прикрывают примерно 100 метров бетона и камня. Регистрация коллайдерных нейтрино может открыть новые возможности для экспериментальных исследований в области физики элементарных частиц. Физики впервые квантово запутали молекулы. Исследователи из Принстонского университета в Нью-Джерси США впервые осуществили квантово-механическую запутанность отдельных молекул. В этих особых состояниях молекулы остаются коррелированными друг с другом и могут взаимодействовать одновременно, даже если они находятся на расстоянии нескольких миль друг от друга или даже если они занимают противоположные концы Вселенной. Это новый рубеж в квантовой науке, поскольку запутанные молекулы могут стать строительными блоками для многих будущих приложений.
В основе работы лежит компьютерное моделирование — с его помощью физики обнаружили что черные дыры обладают свойствами, характерными для квантовых частиц. Удивительно, но исследователи полагают, что эти космические монстры могут быть одновременно маленькими и большими, тяжелыми и легкими, мертвыми и живыми.
Такой вывод следует лишь из предположения, что каждый член любой электронной пары, уйдя от источника, сохраняет свое собственное состояние, не подвергаясь воздействию далекого близнеца. Если же это не так, если электроны-партнеры даже вдали от источника не локализованы в полностью автономных состояниях, а связаны друг с другом квантовомеханической спутанностью, то выполнение неравенства Белла не гарантируется. Более того, из квантовомеханических вычислений следует, что при каких-то ориентациях детекторов численное значение функции S может быть как больше двух, так и меньше минус двух. Следовательно, экспериментальная проверка неравенства Белла в принципе открывает путь к решению проблемы существования спутанных состояний. 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.
Просто о сложном: принцип неопределенности и другие парадоксы квантовой физики
В Москве при поддержке Газпромбанка прошла первая церемония вручения Национальной премии в области будущих технологий «Вызов». Премия «Вызов» призвана отметить фундаментальные прорывы, идеи и изобретения, меняющие ландшафт современной науки и жизнь каждого человека. Награда, а также 10 млн рублей были вручены российским учёным и разработчикам перспективных технологий в номинациях «Учёный года», «Инженерное решение», «Перспектива» и «Прорыв».
Подобные разработки ведутся, например, в Google и IBM, однако многие такие проекты требуют использования криостатов — резервуаров с жидким азотом или сжатым гелием, внутри которых квантовые процессоры охлаждаются до температуры ниже минус 270 градусов по Цельсию. Столь низкая температура нужна для сохранения эффекта сверхпроводимости, который необходим для работы квантовых компьютеров. Результаты исследования опубликованы сегодня в престижном научном журнале Nature Materials. Разработки Алексея Кавокина и его коллег связаны с созданием поляритонной платформы для квантовых вычислений. Одно из главных ее преимуществ — возможность проводить квантовые вычисления при комнатной температуре. Поляритонный лазер, работающий на открытом Алексеем Кавокиным и его коллегами принципе бозе-эйнштейновской конденсации экситонных поляритонов при комнатной температуре, позволяет создавать кубиты — базовые элементы квантовых компьютеров. Кубиты реализуются методом лазерного облучения искусственных полупроводниковых структур — микрорезонаторов.
В новом исследовании ученым удалось впервые экспериментально наблюдать, как в самом тонком в мире полупроводнике — тончайшем слое кристалла диселенида молибдена MoSe2 толщиной всего в один атом — формируется конденсат Бозе — Эйнштейна, то есть десятки тысяч квантов «жидкого света», точное имя которых — экситонные поляритоны.
В планах разработчиков — создание компактных квантовых сенсоров для использования при пограничном контроле, мониторинге инфраструктуры и окружающей среды 362 views Квантач 2-нм чипы появятся уже в следующем году На фоне бума ИИ-технологий особенно важным становится производство передовых полупроводников. Компании Samsung, TSMC и Intel планируют освоить 2-нм техпроцесс и начать массовое производство в 2025 году, а Rapidus — только открыть пробное производство.
Ожидается, что Intel первой добьется коммерциализации 2-нм чипов. TSMC будет применять 2-нм техпроцесс в чипах для iPhone, но затем предложит передовые полупроводники и другим компаниям. Согласно ранее озвученным планам Samsung, компания сначала начнет массово производить 2-нм чипы для мобильных устройств, начиная с 2025 года, а затем в 2026 году начнет выпускать продукты для высокопроизводительных вычислений.
Rapidus открывает фабрику по производству 2-нм чипов в городе Титосэ на Хоккайдо, Япония. Пилотную производственную линию планируют ввести в эксплуатацию в апреле 2025 года, а массовое производство обещают начать в 2027 году.
Предложенная нашими учеными новая математическая модель эфира удивительно компактна, универсальна и всеобъемлюща. Вместе с тем эта математика ориентирована на практику, поскольку использует близкие по смыслу категории «механики сплошной среды» — главной теоретической опоры аэрокосмических технологий. В теории эфира Бычкова-Зайцева показано, что все считавшиеся ранее экспериментальными законы, электричества, магнетизма, электродинамики и гравитации, являются математическими следствиями лишь двух уравнений движения эфира.
В это трудно поверить, но одна и та же математическая модель эфира позволяет описывать все виды взаимодействий! О такой математической теории мировая наука мечтала на протяжении доброй сотни лет. Кроме того, в рамках предложенной теории раскрыто такое фундаментальное физическое понятие, как масса. Авторы уникального научного достижения особо подчёркивают, что методология математического моделирования и методология экспериментальной физики, обобщающая результаты опытов, позволяют сделать обоснованный вывод о существовании эфира. Попытки создать «теорию всего» предпринимались неоднократно.
Но только сейчас можно сказать, что магистральный путь дальнейшего развития фундаментальной физики действительно найден. Этот путь вне всяких сомнений связан с обоснованной российскими специалистами идеей эфира. Попутно заметим, что один из авторов открытия, доктор физико-математических наук, профессор МГУ Ф. Зайцев, уже внес большой вклад в развитие такой сложнейшей области физики, как управляемый термоядерный синтез. Признанию эфира всегда сильно мешали причины субъективного характера.
Извечный спор между материалистами и идеалистами пугал и тех и других кажущейся непостижимостью первичной мировой субстанции. Эфир не хотели замечать, потому что замечать боялись. Панический ужас внушала одна только мысль, что наличие тончайшей эфирной материи полностью перевернет мировоззрение всей человеческой цивилизации. Однако, благодаря высоким технологиям, изменение мировоззрения уже и так произошло.
Ученые продолжили попытки понять квантовую запутанность: есть большой прогресс
Ученые МФТИ совершили прорыв в области квантовой физики. Мировые новости экономики, финансов и инвестиций. Физики создали «червоточину» внутри квантового компьютера. IBM представила самый мощный в мире квантовый компьютер. Изобретен квантовый радар для работы в условиях плохой видимости НОВОСТИ Наука и Технологии.
Квантовые точки: что это такое и почему за них дали нобелевскую премию?
Они словно бы синхронизированы, хотя между ними нет никакой физической связи. Также стоит вспомнить, что любой объект во Вселенной как бы немного вибрирует. Это движение не останавливается даже при абсолютном нуле температуры происходят так называемые нулевые колебания. И это явление ограничивает представление о любой из систем, которую физики пытаются изучить физики называют это принципом неопределённости. В своём эксперименте команда Юджина Ползика фактически показала, что объекты их запутанной системы движутся настолько синхронно, что удаётся преодолеть ограничения, накладываемые принципом неопределённости. Аспирант Кристофер Остфельдт объясняет далее: «Представьте себе различные способы реализации квантовых состояний как своего рода зоопарк различных реальностей... Если, например, мы хотим построить какое-то устройство, чтобы использовать различные качества, которыми все они обладают и в которых они выполняют разные функции, решают разные задачи, необходимо будет изобрести язык, на котором все они смогут разговаривать. Квантовые состояния должны иметь возможность общаться, чтобы мы могли использовать весь потенциал квантового устройства". Теперь у учёных фактически есть способ заставить двух зверей такого зоопарка рычать на одном языке.
Учёный рассказал, как в ближайшие годы изменятся Россия и мир под натиском квантовой механики Интервью с физиком Алексеем Фёдоровым Квантовая физика — одна из самых сложных областей человеческого знания. Но именно своей сложностью она привлекает учёных, которые уверены: в ближайшее десятилетие квантовые компьютеры изменят мир. Обсудить Почему вы решили связать свою жизнь именно с квантовыми технологиями, когда вас это заинтересовало? Меня это заинтересовало ещё в школе. Тогда я начал смотреть научно-популярные сериалы, в которых рассказывалось о различных физических явлениях — путешествиях во времени и так далее.
В одном из них я услышал про книжку Стивена Хокинга «Краткая история времени», в которой очень интересно рассказывалось о загадках квантовой механики. Оказалось, её базовые принципы очень трудны для интуитивного анализа, поскольку у нас нет никакого опыта, позволяющего их понять и описать. Например, возможность квантовой системы находиться в нескольких состояниях одновременно принцип суперпозиции или проявление сильной взаимосвязи между квантовыми объектами квантовая запутанность. Это очень непривычные для нас, людей классической физики, понятия. Потом я узнал, что можно эти принципы использовать для построения новых технологий, новых устройств.
И уже на первых курсах университета я начал активно копать в этом направлении. Если бы у вас была задача за какое-то очень ограниченное время заинтересовать школьников, студентов темой квантовых технологий, что вы сказали бы? Квантовые технологии интересны сами по себе, поскольку это работа с самыми мельчайшими компонентами нашей вселенной, возможностью их контролировать. Более того, использовать их необычные свойства, чтобы сделать то, что принципиально невозможно сделать без них. Какое направление вам кажется наиболее важным и перспективным?
Вся сфера квантовых технологий, с моей точки зрения, очень важна. Мне наиболее интересны квантовые компьютеры, поскольку они действительно нужны для решения сложнейших вычислительных задач, и запрос на это уже сформировался и у общества, и у экономики. Именно здесь я лично для себя вижу самое большое количество вызовов. Однако квантовые коммуникации — для нашего общества не менее важное направление, которое обеспечит защиту информации в долгосрочной перспективе. Квантовая сенсорика , наверное, приковывает меньше внимания, но для биомедицинских целей это направление может активно применяться.
Когда она войдёт в нашу жизнь, она поможет каждому из нас. Поэтому мне трудно выделить наиболее важное. Но есть наиболее интересное именно для меня — это квантовые вычисления. Зачем вообще России квантовые технологии? Тут есть несколько аспектов.
Первое — это сохранение научного потенциала. Молодёжь объединяется, когда перед ней ставят очень амбициозные задачи. История знает примеры таких задач: первый спутник, атомные технологии. Вокруг этих задач объединилось огромное количество талантливых исследователей. Второе — это обеспечение безопасности, поскольку речь всё-таки идёт о стратегически значимых технологиях.
И третье — возможность что стало актуальным в контексте последних событий достижения определённого технологического суверенитета нашей страны и паритета в развитии критически важных технологий. Ведь страны, которые обладают квантовыми компьютерами, точно будут иметь определённое технологическое преимущество. Нам нельзя остаться без него в современном мире. Насколько российские учёные в принципе продвинулись в вопросе квантовой механики, квантовых вычислений, квантовых коммуникаций, особенно в последние годы, когда в стране идет Десятилетие науки и технологий? Сейчас мы отстаём от зарубежных команд или опережаем?
Вообще, если смотреть исторически, очень многое из того, что стало основой квантовой механики, сделано советскими и российскими учёными. Например, есть понятие «матрица плотности» — это то, как мы описываем состояние квантовой системы. Его ввели одновременно венгеро-американский математик Джон фон Нейман и советский учёный Лев Ландау в 1927 году. Даже концепцию квантового компьютера в начале 1980-х тоже одновременно предложили Ричард Фейнман в Соединённых Штатах и Юрий Манин, советский математик. Несколько ключевых результатов в области квантовых технологий носят имена советских учёных.
Например, теорема Холево , которая известна практически каждому специалисту в этой области. Вот эти основы — это уже достижение наших соотечественников. И это всего несколько примеров, российские учёные отметились по всей ветке развития квантовой механики. Сейчас отставание есть. Оно неоднородно по разным областям.
Понятия об абсолютной «объективной реальности, существующей независимо от нашего сознания», о трехмерном евклидовом пространстве и равномерно текущем времени настолько глубоко укоренились в сознании, что мы не замечаем их. А главное, отказываемся замечать, что принципы квантовой физики применимы лишь в некоторых рутинных ситуациях и для объяснения устройства Вселенной оказываются попросту неверны. Это была революция, которую наше сознание не приняло.
Со снисходительностью мы повторяем: «все относительно», «время и пространство едины», — всегда держа в уме, что это допущение, научная абстракция, имеющая мало общего с нашей привычной устойчивой действительностью. На самом же деле как раз наши представления слабо соотносятся с действительностью — удивительной и невероятной. Она быстро развивалась и далеко продвинулась в объяснении Вселенной.
Но объяснения эти настолько сложны для восприятия, что до сих пор мало кто может осознать их хотя бы в общих чертах. Это является одной из проблем квантовой физики в целом. Математика, как и музыка, предмет крайне абстрактный, и над адекватным выражением смысла, к примеру, свертывания функций или многомерных рядов Фурье ученые бьются до сих пор.
Язык математики строг, но мало соотносится с нашим непосредственным восприятием. В действительности пространство и время нераздельны и образуют единый четырехмерный континуум. Представить его вряд ли возможно, ведь мы привыкли иметь дело только с тремя измерениями.
Волна или частица До конца XIX века атомы считались неделимыми «элементами». Открытие радиации позволило Резерфорду проникнуть под «оболочку» атома и сформулировать планетарную теорию его строения: основная масса атома сосредоточена в ядре. Положительный заряд ядра компенсируется отрицательно заряженными электронами, размеры которых настолько малы, что их массой можно пренебречь.
Электроны вращаются вокруг ядра по орбитам, подобно вращению планет вокруг Солнца. Эта теория квантовой физики весьма красивая, но она имеет ряд парадоксов. Во-вторых, в природе атомы сталкиваются миллионы раз в секунду, что ничуть не вредит им — чем объяснить удивительную прочность всей системы?
Говоря словами одного из «отцов» квантовой механики Гейзенберга, «никакая планетная система, которая подчиняется законам механики Ньютона, никогда после столкновения с другой подобной системой не возвратится в свое исходное состояние». Кроме того, размеры ядра, в котором собрана практически вся масса, в сравнении с целым атомом чрезвычайно малы. Можно сказать, что атом — пустота, в которой с бешеной скоростью вращаются электроны.
При этом такой «пустой» атом предстает как весьма твердая частица. Объяснение этому явлению выходит за рамки классического понимания. На самом деле на субатомном уровне скорость частицы возрастает тем больше, чем больше ограничивается пространство, в котором она движется.
Так что чем ближе электрон притягивается к ядру, тем быстрее он движется и тем больше отталкивается от него. Скорость движения настолько велика, что «со стороны» атом «выглядит твердым», как выглядят диском лопасти вращающегося вентилятора. Впервые подобная «дуэль» состоялась между Ньютоном и Гюйгенсом, которые пытались объяснить свойства света.
Ньютон утверждал, что это поток частиц, Гюйгенс считал свет волной. В рамках классической физики примирить их позиции невозможно. Ведь для нее волна — это передающееся возбуждение частиц среды, понятие, применимое лишь для множества объектов.
Ни одна из свободных частиц не может перемещаться по волнообразной траектории.
Квантовые технологии интересны сами по себе, поскольку это работа с самыми мельчайшими компонентами нашей вселенной, возможностью их контролировать. Более того, использовать их необычные свойства, чтобы сделать то, что принципиально невозможно сделать без них. Какое направление вам кажется наиболее важным и перспективным? Вся сфера квантовых технологий, с моей точки зрения, очень важна. Мне наиболее интересны квантовые компьютеры, поскольку они действительно нужны для решения сложнейших вычислительных задач, и запрос на это уже сформировался и у общества, и у экономики. Именно здесь я лично для себя вижу самое большое количество вызовов. Однако квантовые коммуникации — для нашего общества не менее важное направление, которое обеспечит защиту информации в долгосрочной перспективе. Квантовая сенсорика , наверное, приковывает меньше внимания, но для биомедицинских целей это направление может активно применяться. Когда она войдёт в нашу жизнь, она поможет каждому из нас.
Поэтому мне трудно выделить наиболее важное. Но есть наиболее интересное именно для меня — это квантовые вычисления. Зачем вообще России квантовые технологии? Тут есть несколько аспектов. Первое — это сохранение научного потенциала. Молодёжь объединяется, когда перед ней ставят очень амбициозные задачи. История знает примеры таких задач: первый спутник, атомные технологии. Вокруг этих задач объединилось огромное количество талантливых исследователей. Второе — это обеспечение безопасности, поскольку речь всё-таки идёт о стратегически значимых технологиях. И третье — возможность что стало актуальным в контексте последних событий достижения определённого технологического суверенитета нашей страны и паритета в развитии критически важных технологий.
Ведь страны, которые обладают квантовыми компьютерами, точно будут иметь определённое технологическое преимущество. Нам нельзя остаться без него в современном мире. Насколько российские учёные в принципе продвинулись в вопросе квантовой механики, квантовых вычислений, квантовых коммуникаций, особенно в последние годы, когда в стране идет Десятилетие науки и технологий? Сейчас мы отстаём от зарубежных команд или опережаем? Вообще, если смотреть исторически, очень многое из того, что стало основой квантовой механики, сделано советскими и российскими учёными. Например, есть понятие «матрица плотности» — это то, как мы описываем состояние квантовой системы. Его ввели одновременно венгеро-американский математик Джон фон Нейман и советский учёный Лев Ландау в 1927 году. Даже концепцию квантового компьютера в начале 1980-х тоже одновременно предложили Ричард Фейнман в Соединённых Штатах и Юрий Манин, советский математик. Несколько ключевых результатов в области квантовых технологий носят имена советских учёных. Например, теорема Холево , которая известна практически каждому специалисту в этой области.
Вот эти основы — это уже достижение наших соотечественников. И это всего несколько примеров, российские учёные отметились по всей ветке развития квантовой механики. 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.
Квантовая физика о Боге, душе и Вселенной
Физики из МФТИ совместно с коллегами из Франции экспериментально показали, что атомы примесей в полупроводниках могут формировать долгоживущие устойчивые квантовые состояния. В 1973 году физик Филип Андерсон описал ее в своей теории, отметив, что она бы сыграла ключевую роль в создании квантовых компьютеров. Главная» Новости» Квантовая физика новости. Изобретен квантовый радар для работы в условиях плохой видимости НОВОСТИ Наука и Технологии.
В МФТИ назвали главный прорыв года в квантовой физике
Квантовый – последние новости. В 1964 году физик Джон Белл придумал, как различить в эксперименте две версии квантовой механики — ортодоксальную и со скрытыми параметрами. Хроники жизни. Новости дня от, интервью, репортажи, фото и видео, новости Москвы и регионов России, новости экономики, погода. Награда присуждается трем физикам–экспериментаторам, чьи новаторские исследования заложили основу квантовой информатики. В интервью РИА Новости он объяснил, какие перспективы открывает новый инструмент коммуникаций и что нужно для его квантовой революцией называют период взрывного технологического роста, последовавшего за созданием квантовой физики.
Нобелевская премия по физике — 2022
По его словам, если бы детерминистская теория этих процессов оказалась возможной, квантовая механика должна была быть «объективно ложной», а никакие экспериментальные данные не позволяли сделать такой вывод. Эту теорему часто интерпретировали как доказательство невозможности теорий микромира, основанных на предположении, что присущее квантовой механике вероятностное описание реальности можно превратить в детерминистское. Для этого предполагалось ввести в теоретический аппарат физики дополнительные величины, описывающие поведение микрообъектов на более глубоком уровне, нежели квантовый. Эти гипотетические величины получили название скрытых переменных, или скрытых параметров.
Однако через несколько лет после публикации книги фон Неймана в этой теореме обнаружили довольно элементарную ошибку. Фон Нейман предполагал как аксиому, что среднее значение суммы операторов квантовой механики, которые соотносятся с физически наблюдаемыми динамическими величинами на языке математики такие операторы называются самосопряженными, или эрмитовыми , должно равняться сумме их средних значений. 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.
Basso Basset Римский университет Сапиенца, Италия и соавторы исследовали влияние индуцированного лазером эффекта Штарка на спектры излучения квантовых точек и на квантовую запутанность излучаемых фотонных пар [3]. Квантовая точка в GaAs облучалась фемтосекундными лазерными импульсами. Оказалось, что эффективность запутывания зависит от соотношения длительности лазерного импульса и времени жизни верхнего возбужденного состояния точки, ответственного за генерацию каскада. В новом эксперименте длительность импульса была доведена до времени жизни указанного уровня, и была показана перспективность использования фотонных пар от квантовых точек на частотах выше ГГц, хотя пока остается широкое поле для дальнейших исследований и усовершенствований.
Sreekanth Институт материаловедения и инжиниринга IMRE , Сингапур и соавторы продемонстрировали в своём эксперименте новый спектрограф для резонансной рамановской спектроскопии с поверхностным усилением в участке ближнего ИК-спектра [4]. Это устройство может применяться для идентификации молекул по частотам их колебательных линий. 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.
Это долгожданная цель и одна из самых сложных задач в квантовой физике. Теоретические основы квантовой коррекции ошибок были заложены почти 30 лет назад, однако только сейчас их удалось успешно применить на практике. Результаты опубликованы в Nature. Квантовая коррекция ошибок — это процесс, предназначенный для сохранения квантовой информации. Информация в классических вычислениях поступает в виде битов, соответствующих единицам или нулям. В квантовых вычислениях информация существует в квантовых битах, или кубитах.
Кубиты могут создаваться разными способами.
Изменения в одной из них мгновенно влияют на другую, независимо от расстояния. Понимание запутанности имеет решающее значение для использования истинной силы квантовых компьютеров. Ранее создание и изучение конкретных запутанных состояний в мультикубитных системах было чрезвычайно сложной задачей. Однако новая методика предлагает решение.
Физики обнаружили гигантский невзаимный перенос заряда в топологическом изоляторе
квантовая физика. воздух6 августа 2015. Как создаются щит и меч квантовой физики. Группа посвящена Квантовой физике и всем смежным областям науки. В основном публикуются новые статьи о теоретических и прикладных исследованиях, программы для вычислений, книги и видео. Одно из ключевых явлений квантовой физики — квантовая запутанность частиц: изменение, произошедшее с одной частицей, приводит к изменению другой частицы, находящейся на расстоянии от первой. Физики из МФТИ совместно с коллегами из Франции экспериментально показали, что атомы примесей в полупроводниках могут формировать долгоживущие устойчивые квантовые состояния. 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). Все новости с тегом. Квантовые технологии.