Лауреатами Нобелевской премии по физике 2022 года стали Ален Аспе, Джон Клаузер и Антон Цайлингер — за работы в области квантовой информации и квантовой запутанности. Интерфакс: Лауреатами Нобелевской премии по физике за 2022 год стали французский ученый Ален Аспе, американский физик Джон Клаузер и австрийский ученый Антон Цайлингер за исследования в квантовой механике, а именно за "эксперименты с запутанными фотонами. 6 мая 2021 Новости. Еще один шаг к квантовому компьютеру: физики впервые показали конденсацию «жидкого света» в полупроводнике толщиной всего в один атом. Международная группа физиков, в которую вошел руководитель лаборатории оптики спина СПбГУ профессор.
Восторг и ужас Вселенной: Как квантовая физика перевернула мир и почему она наводит жуть
Квантовая коммуникация в России очень серьезно развита. Некоторые компании уже производят для нее технологическое оборудование. Одним словом, квантовая связь в России есть и она работает. Квантовому компьютеру можно задать несколько арифметических задач одновременно, он будет решать их параллельно, а не последовательно. Это тоже интересно:.
Первые эксперименты, продемонстрировавшие реальность КС, были выполнены в 1970-е годы, а решающие — лишь в 80-е. Сначала этим эффектом занималась лишь горстка ученых, пытавшихся лучше понять, что нового внесла квантовая механика в наши представления о физической реальности. В последнее время интерес к КС сильно возрос, поскольку она является физической основой разработки квантовых компьютеров и сетей квантовых коммуникаций. Сообщения о том, что физики-экспериментаторы изготовили спутанные состояния новых и новых конфигураций частиц, нередко попадают не только в научные журналы, но и в СМИ.
Как сказал бы полковник Скалозуб , чтобы понять КС, есть многие каналы. Можно дать формальное определение этого феномена оно не так уж и сложно и немедленно перейти к конкретным иллюстрациям. Однако такое изложение оставило бы за кадром поистине драматические события в истории физики, отмеченные именами ее величайших творцов. Поэтому начнем действительно ab ovo, с середины тридцатых годов двадцатого столетия. ЭПР-парадокс Квантовая механика вошла в пору зрелости удивительно быстро. Ее возраст принято отсчитывать от публикаций основополагающих работ Вернера Гейзенберга и Эрвина Шрёдингера в 1925—26 годах. Всего через десять лет новая теория превратилась в общепризнанную основу понимания явлений микро- и макромира в очень широком спектре областей от ядерной физики до теории твердого тела. К тому времени квантовая механика получила строгий математический формализм прежде всего благодаря гению Поля Дирака и была неоднократно подтверждена экспериментально. Теория столь уверенно двигалась от успеха к успеху, что практически все физики стали принимать ее как истину в последней инстанции.
Казалось, что эту уверенность подтверждает и строгий математический анализ. В 1932 году великий математик Иоганн в американской эмиграции Джон фон Нейман опубликовал фундаментальную монографию «Математические основы квантовой механики». В этой книге он сформулировал теорему, из которой, по его мнению, следовало, что любая адекватная теория элементарных процессов может давать только статистические предсказания. 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.
Это очень важная веха для нашей области, так как реализация универсальных квантовых компьютеров без системы исправления ошибок невозможна из-за чрезвычайно высокой чувствительности квантовых систем к шумам», — заявил старший научный сотрудник МФТИ Глеб Федоров. Он отметил, что особую ценность представляет то, что в 2023 году впервые сразу на нескольких платформах физикам удалось экспериментально продемонстрировать то, что увеличение числа физических кубитов, входящих в состав логических квантовых битов, действительно улучшает качество работы и стабильность этих ячеек памяти и элементарных вычислительных блоков квантового компьютера.
Другим важным «квантовым» физическим прорывом года, как добавил директор Международного центра теоретической физики имени Абрикосова Москва Алексей Кавокин, было создание австрийскими физиками первого в мире квантового повторителя сигналов на базе ионов кальция. По его словам, эта разработка значительно приблизила мир к созданию всемирной сети квантовых коммуникаций и к разработке распределенных квантовых вычислительных систем, чьи компоненты удалены друг от друга на очень большие расстояния. Как полагают многие физики в мире, дальнейшее развитие квантовых компьютеров потребует создания систем, способных автоматически находить и корректировать случайные ошибки в их работе.
Самые интересные проекты, открытия и исследования, а также информация о конкурсах и мероприятиях в вузах и научных центрах России в одном удобном формате. Будьте в курсе событий Десятилетия науки и технологий! Десятилетие науки и технологий в России Российская наука стремительно развивается.
В МФТИ назвали главный прорыв года в квантовой физике
Будь в курсе последних новостей из мира гаджетов и технологий. 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. Фото дня. квантовая физика: Последние новости. Физики из Национальной лаборатории в Брукхейвене (Brookhaven National Laboratory, BNL) открыли совершенно новый тип квантовой запутанности, достаточно известного явления, связывающего квантовые частицы. Квантовый – последние новости. В 1964 году физик Джон Белл придумал, как различить в эксперименте две версии квантовой механики — ортодоксальную и со скрытыми параметрами.
Восторг и ужас Вселенной: Как квантовая физика перевернула мир и почему она наводит жуть
Мировые новости экономики, финансов и инвестиций. Новости науки и техники/. Нобелевскую премию по физике в 2022 году за «эксперименты с запутанными фотонами, установление нарушения неравенства Белла и новаторскую квантовую информатику» получили Ален Аспект (Франция), Джон Клаузер (США) и Антон Цайлингер (Австрия). Подборка свежих новостей по теме «квантовая физика». Статья Квантовая физика, Квантовые точки принесли ученому из России Нобелевскую премию, Разработан первый в мире квантовый аналог механического двигателя. Уже лет пять как в сети ходят новости о прорывах в квантовых вычислениях.
Квантовая физика
| Новости по тегу квантовая физика, страница 1 из 2 | Ученые впервые обнаружили эффекты, предсказанные квантовой гравитацией — одной из физических теорий, призванной объединить квантовую механику с общей теорией относительности Эйнштейна. |
| Наука РФ - официальный сайт | Ученые МФТИ совершили прорыв в области квантовой физики. |
| Будущее квантовых компьютеров: перспективы и риски | Идея одушевленности мира следует из принципов квантовой механики: фотон каким-то образом «сознательно» выбирает свой путь от лампы до страниц вашей книги. |
Что это значит
- новости квантовой физики последние | Дзен
- Введение. Принципиальная сложность понимания квантовой теории
- Квантовые технологии
- Квантовая физика — узнай главное на ПостНауке
- Новости квантовой физики
Ключевую теорию квантовой физики наконец-то доказали. Главное
Ученые впервые обнаружили эффекты, предсказанные квантовой гравитацией — одной из физических теорий, призванной объединить квантовую механику с общей теорией относительности Эйнштейна. Квантовый – последние новости. В 1964 году физик Джон Белл придумал, как различить в эксперименте две версии квантовой механики — ортодоксальную и со скрытыми параметрами. Новости физики в сети Internet: май 2023 (по материалам электронных препринтов). Нобелевскую премию по физике в 2022 году за «эксперименты с запутанными фотонами, установление нарушения неравенства Белла и новаторскую квантовую информатику» получили Ален Аспект (Франция), Джон Клаузер (США) и Антон Цайлингер (Австрия). 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. 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.
Долгожданный прорыв: квантовые вычисления стали более надежными
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). Ученые МФТИ совершили прорыв в области квантовой физики. 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. Статья Квантовая физика, Квантовые точки принесли ученому из России Нобелевскую премию, Разработан первый в мире квантовый аналог механического двигателя. Квантовая физика – это раздел физики, который изучает поведение элементарных частиц на микроуровне, используя квантовую механику.
Нобелевскую премию по физике дали за доказательство постулатов квантовой механики
- Квантовые технологии — Квантовые вычисления, алгоритмы и вот это всё / Хабр
- Квантовая физика
- Экспериментаторы надеются зафиксировать колебания массы атомов
- Сломали систему
- Квантовые технологии
- Квантовая физика о Боге, душе и Вселенной
Нобелевка по физике за изучение квантовой запутанности — что это значит
| Наука РФ - официальный сайт | В МФТИ назвали главный прорыв года в квантовой физике. Читайте последние новости высоких технологий, науки и техники. |
| В Китае создан 504-кубитный чип для квантового суперкомпьютера. На подходе 1000-кубитный - CNews | 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. |
| Квантач – Telegram | Статья Квантовая физика, Квантовые точки принесли ученому из России Нобелевскую премию, Разработан первый в мире квантовый аналог механического двигателя. |
| Экспериментаторы надеются зафиксировать колебания массы атомов | Интерфакс: Лауреатами Нобелевской премии по физике за 2022 год стали французский ученый Ален Аспе, американский физик Джон Клаузер и австрийский ученый Антон Цайлингер за исследования в квантовой механике, а именно за "эксперименты с запутанными фотонами. |
| Чем занимались физики в 2023 году | Запутанность, причудливое квантовое явление, связывает две частицы таким образом, что это не поддается классической физике. Изменения в одной из них мгновенно влияют на другую, независимо от расстояния. |
Просто о сложном: принцип неопределенности и другие парадоксы квантовой физики
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. Человек покорил космос, освоил энергию атома, создал мощнейшие суперкомпьютеры, научился анализировать чудовищные объемы информации и даже прочитал свой собственный геном.
Мы видим, какие невероятно сложные задачи стоят перед современной биологией, шагнувшей далеко за пределы старого миропонимания.
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. В этом исследовании — из сверхпроводящих цепей, охлаждаемых до температур в 100 раз ниже, чем температура открытого космоса. Каждый кубит может представлять единицу, ноль, или, как ни странно, и единицу, и ноль одновременно.
А вот стоит их потревожить и сместить с комфортной позиции, как они немедленно начинают что-то поглощать или излучать. Это и есть очень вкратце суть теории атома Бора. А потом в 1924 году француз Луи де Бройль довёл науку до заключения, которое, честно говоря, до сих пор воспринимается как нечто либо волшебное, либо просто-напросто жуткое а может быть, и то и другое : что не только электрон или фотон, но и вообще ЛЮБАЯ ЧАСТИЦА одновременно является волной. То есть словосочетание "корпускулярно-волновой дуализм" само по себе несколько холодит душу, но, если попытаться вдуматься в его смысл, становится ещё хуже.
И ещё через три года этому последовало вящее доказательство. Вот пожалуйста. Пучок электронов пропущен через некое препятствие, в котором два просвета. 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.
Этому не было внятного объяснения, пока это недавно не сделали физики из США. Как минимум, учёные обосновали ряд характерных свойств «странных металлов». Стройная теория может помочь ответить на вопросы о достижении сверхпроводимости при высоких температурах и помочь в разработке квантовых компьютеров.
Квантовая механика стала тем инструментом, который помог разобраться в вопросе. Новая теория опирается на два ключевых свойства странных металлов. Во-первых, электроны в таких металлах могут запутываться друг с другом — переходить в абсолютно идентичные квантовые состояния — и оставаться в таком состоянии даже при удалении на значительные расстояния друг от друга. Во-вторых, странные металлы имеют неоднородное, похожее на лоскутное, расположение атомов.
Неравномерность атомной структуры странного металла означает, что запутанность электронов зависит от того, в каком месте материала она произошла. Такое разнообразие вносит хаотичность в импульс электронов при их движении через материал и взаимодействии друг с другом. Вместо того чтобы течь вместе, электроны сталкиваются друг с другом во всех направлениях, что приводит к электрическому сопротивлению. Поскольку электроны сталкиваются тем чаще, чем горячее материал, электрическое сопротивление растёт вместе с температурой, что и наблюдается на практике.
Там где у обычных металлов происходит скачок при переходе от сверхпроводимости к резкому увеличению сопротивления, странные металлы продолжают пропускать ток с плавным увеличением сопротивления току. Ключевым в новой теории стало то, что физики объединили два явления — запутанность и неоднородность, что раньше не рассматривалось для одного материала, а по отдельности это не приводит к странному поведению металлов. Тем самым учёные предлагают механизм по коррекции условий сверхпроводимости в странных металлах. Искусственно созданные неоднородности могут воспроизвести сверхпроводимость в нужном месте с заданными целями, что может найти применение, например, в квантовых вычислителях.
Когда вы можете на что-то влиять, это способно привести к желаемому результату. Радарные технологии тоже ждут квантового превосходства. Классические радары слепнут в условиях сильных помех, тогда как эффект квантовой запутанности способен прорвать эту пелену. Французские учёные заявили , что они добились успеха на новом направлении и показали 20-процентное превосходство квантовых радарных технологий над классическими.
Учёные создали схему, в которой происходит запутывание двух микроволновых фотонов квантов энергии , один из которых летит к цели, отражается от неё и в окружении шумов возвращается к источнику, где сравнивается с «холостым» фотоном, с которым он находится в состоянии квантовой запутанности. Эффект запутанности позволяет с большой точностью детектировать сигнал и выделяет его даже на фоне очень сильных помех. В теории эта разница может достигать четырёхкратного превосходства квантовых радаров, но для эксперимента даже такого преимущества достаточно, чтобы дальше работать в этом направлении. Схема экспериментальной установки Следует сказать, что до этого никто не заявлял о создании схемы квантового радара для микроволнового диапазона.
Предыдущие эксперименты были основаны на запутывании пар фотонов видимого или близкого к нему диапазонов, что наука освоила довольно хорошо. Но фотоны видимого или инфракрасного света, как нетрудно догадаться, будут бесполезны в дождь, снег и в густой облачности. Поэтому работающая схема квантового радара с фотонами микроволнового излучения в гигагерцовом диапазоне, где работают классические радары, это определённый прорыв, которым можно гордиться. Но также не следует забывать о разработках китайцев , которые тоже заняты серьёзными исследованиями в области квантовых радаров.
Они также преуспели в экспериментах с запутыванием фотонов в оптическом диапазоне и представили альтернативу микроволновым фотонам в виде излучения запутанных электронов, разогнанных до скорости, близкой к световой. Во всех случаях серьёзным недостатком таких решений было и остаётся необходимость сильнейшего охлаждения запутанных частиц, что было также в случае схемы французских учёных. Но на уровне квантовых явлений всё настолько необычно, что «ни в сказке сказать, ни пером описать». В квантовом мире скрыто так много всего непознанного, что каждое открытие предоставляет горизонты возможностей.
Так, недавно обнаруженное новое квантовое состояние вещества обещает помочь в создании квантовой памяти и не только. Источник изображения: Pixabay Исследователи из Массачусетского университета в Амхерсте и их коллеги из Китая воспроизвели условия, при котором вещество приобрело хиральное бозе-жидкостное состояние. Хиральность указывает на отсутствие левой и правой симметрии в структуре вещества, а отношение к бозе-жидкости говорит о чрезвычайной текучести или сверхпроводимости при температурах, близких к абсолютному нулю. Новое состояние вещества было получено в образце из двух наложенных один на другой слоёв полупроводника.
В верхнем слое был избыток электронов, а в нижнем — определённый дефицит дырок. Тонкость эксперимента была в том, что на всех электронов дырок не хватало. Приложив к образцу сверхсильное магнитное поле, учёные начали следить за движением электронов. По мере увеличения силы поля образец переходил в состояние хиральной бозе-жидкости с демонстрацией ряда уникальных свойств.
Например, при охлаждении до температуры близкой к абсолютному нулю электроны в веществе «зависали в предсказуемом порядке и с фиксированным направлением спина» и не реагировали на другие частицы или на магнитные поля. Подобная стабильность может найти применение в цифровых системах хранения данных на квантовом уровне. Другой интересный момент заключался в том, что воздействие внешней частицы на один из электронов в системе проявлялось реакцией на всех электронах в системе, что объяснили эффектом квантовой запутанности частиц в бозе-жидкости. Это открытие тоже обещает быть полезным в будущих квантовых системах.
Необходимо будет передавать квантовые состояния, в частности — запутывать кубиты одного компьютера с кубитами другого. На небольших расстояниях это ещё можно сделать, но обеспечить такую передачу на десятки, сотни и тысячи километров — это задача, требующая особых ретрансляторов. Работу такого показали в Австрии. Такая физика сильно затрудняет квантовое распределение ключей и квантовую криптографию на этой основе.
Дополнительно проблему усугубляет тот факт, что передачу квантовых состояний необходимо втиснуть в существующую кабельно-волоконную инфраструктуру — обеспечить работу как на пассивном, так и на активном оборудовании. Если проще — переносящий квантовое состояние фотон требуется сначала перевести в фотон со стандартной для современной телекоммуникации частотой для его передачи по оптике, где свои требования к длинам волн, а затем сделать обратное преобразование. Осуществить подобный трюк удалось учёным из австрийского Университета Инсбрука. Исследователи собрали ретранслятор запутанности фотонов и показали её «телепортацию» на 50 км.
Уточним, речь идёт не о передаче информации, которую можно расшифровать тем или иным способом, а о передаче квантового состояния обычно речь идёт об измерении спина — ориентации магнитного вектора элементарной частицы. Один из фотонов мог быть 0, 1 или бесконечным множеством промежуточных значений, но при измерении характеристик одного из них, второй мгновенно показывал противоположное значение по измеряемому параметру. На самом деле, учёные не выносили оптоволокно из лаборатории и использовали бобины с двумя отдельными 25-км отрезками оптического кабеля. Ретранслятор с квантовой памятью соединял эти отрезки посредине.
Квантовая память в виде ионов кальция в оптической ловушке в оптическом резонаторе играла роль запоминающего устройства на случай потери фотонов в процессе передачи, но главное — она была ключевым элементом в обмене запутанными состояниями между фотонами в одном и другом отрезке оптоволокна. Каждый из ионов кальция испускал по фотону. Эти фотоны разлетались по своим кабелям сегментам сети и при этом оставались спутанными каждый со своим ионом. Перед отправкой фотона в другой конец оптоволокна его преобразовывали в фотон с длиной волны 1550 нм, чтобы он соответствовал действующему стандарту в телекоммуникации.
Затем ионы кальция запутывали между собой. Эксперимент показал, что запутывание ионов в ретрансляторе вело к синхронному запутыванию фотонов или, проще говоря, к мгновенной передачи запутанности по оптическому кабелю длиной 50 км. Согласно проделанным экспериментам, учёные сделали вывод о необходимости ретрансляции квантовых состояний каждые 25 км. Это будет наилучшим образом соответствовать требованиям для сохранения высокой пропускной способности и наименьшей вероятности появления ошибок.