В этой теме собраны новости о теоретических и практических достижениях квантовой физики. Новости и мероприятия.
Квантовые технологии
Хромофор окружает каркас из нанопористого кристаллического материала. Воздействуя на молекулу микроволновым излучением, ученые привели электроны в состояние квантовой когерентности и удерживали более 100 наносекунд. Фотонные инь и ян Команда ученых из Оттавского университета Канада и Римского университета Сапиенца визуализировала квантовую запутанность, использовав метод бифотонной голографии. Голография позволяет построить трехмерное изображение с двумерной поверхности на основе излучаемого предметами света. Камера с временной меткой отсняла с разрешением порядка наносекунды на каждом пикселе пару запутанных фотонов, визуализировав их «танец» в реальном времени. Картинка напоминает символ инь и ян. Такие голограммы позволят определять волновую функцию запутанных квантовых частиц, что необходимо для точного предсказания их поведения.
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. Для решения этой задачи авторы работы сделали своеобразный гибрид рентгеновского спектроскопа и сканирующего туннельного микроскопа, назвав новый метод «синхротронной рентгеновской сканирующей туннельной микроскопией» SX-STM. Исследователи одновременно с туннельным сканированием облучали образец рентгеновским излучением, которое проникало на нижние электронные оболочки, возбуждало близкие к ядру электроны и приводило к их туннелированию. В зависимости от состояния атома его электроны находятся на разных орбиталях, имеют разную энергию и соответственно поглощают фотоны разной длины волны. Регистрируя зависимость туннельного тока от частоты излучения можно распознать не только сам атом, но и его химическое состояние — на каких орбиталях находились электроны 4. Стерильных нейтрино нет? Отрицательный результат — тоже важный для науки результат. В самом начале 2023 года в журнале Nature физики из коллаборации STEREO сообщили об отрицательном результате поиска стерильных нейтрино с массой порядка одного электронвольта в реакторном эксперименте, проходившем с октября 2017 по ноябрь 2020 года в Институте Лауэ — Ланжевена в Гренобле Франция. Особенность детектора STEREO — наличие шести секций, что позволяет надёжно проверять осцилляции нейтрино при их удалении от реактора, и высокая защита от шумов, которые способны испортить сигнал. Исследователи также объяснили причину реакторной антинейтринной аномалии недооценкой вклада низкоэнергетических бета-переходов в ядрах атомов. Практически одновременно в журнале Physical Review Letters об отсутствии таких стерильных нейтрино сообщили и физики из коллаборации MicroBooNE в Национальной исследовательской лаборатории имени Энрико Ферми Фермилабе, США , которые провели повторный анализ своих данных. Поскольку эти частицы могли играть важную роль в решении важных вопросов физики и космологии, в мире было запущено несколько программ по поиску стерильных нейтрино. Подождём, что скажут российские специалисты. Энергия из космоса 1 июня 2023 года Калифорнийский технологический институт Калтех, США сообщил о первой успешной передаче солнечной энергии из космоса в приёмник на земле с помощью прибора MAPLE, размещённого на космическом корабле SSPD-1, запущенном на орбиту в январе. MAPLE Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment — микроволновая решётка для низкоорбитального эксперимента по передаче энергии состоит из массива гибких лёгких передатчиков микроволновой энергии, управляемых специальными электронными чипами, созданными с использованием недорогих кремниевых технологий. Благодаря этому управлению с помощью когерентного сложения электромагнитных волн MAPLE способен смещать фокус и направление излучаемой энергии — без каких-либо движущихся частей, передавая большую часть энергии в нужное место на Земле.
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.
Он работал с атомами кальция, которые могут излучать спутанные фотоны при облучении их светом с определёнными свойствами. Сущность экспериментов была в измерении поляризации двух фотонов в спутанной паре при помощи специальных фильтров. После целой серии измерений удалось показать, что неравенство Белла нарушается. Ален Аспе Alain Aspect из университета Париж — Сакле и Высшей школы политехники развил схему эксперимента, устранив некоторые подводные камни. Он использовал новый способ возбуждения атомов, так, что удалось добиться более высокой интенсивности испущенных фотонов. Более важно, что он нашёл способ переключения схемы измерения после того, как спутанная пара вылетает за пределы источника. В этом случае исключается влияние на корреляцию фотонов со стороны самой установки, которая существовала в момент запуска пары. Антон Цайлингер Anton Zeilinger из Венского университета также проводил множество экспериментов по проверке неравенства Белла, усовершенствовав методику обоих предшественников. Он создавал спутанные пары фотонов, направляя луч лазера на специальные кристаллы, а также пошёл дальше, чем Ален Аспе — он также переключал схемы экспериментов, чтобы они не могли повлиять на поведение уже вылетевших фотонов, и при этом использовал генератор случайных чисел для переключения между несколькими схемами. В одном из экспериментов для управления фильтрами были задействованы сигналы от удалённых галактик — в таком случае можно было наверняка сказать, что они не влияют друг на друга. Также Аспе сделал шаг к практическому использованию спутанных состояний. В частности, его группа первой продемонстрировала эффект, который сейчас у многих на слуху — «квантовую телепортацию».
В МФТИ назвали главный прорыв года в квантовой физике
квантовая физика. 24.10.2019. 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. Физики из МФТИ совместно с коллегами из Франции экспериментально показали, что атомы примесей в полупроводниках могут формировать долгоживущие устойчивые квантовые состояния. У России большой научный потенциал в области математики, программирования, физики и квантовой механики», – считает Семенников.
Просто о сложном: принцип неопределенности и другие парадоксы квантовой физики
У России большой научный потенциал в области математики, программирования, физики и квантовой механики», – считает Семенников. 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 дня от , интервью, репортажи, фото и видео, новости Москвы и регионов России, новости экономики, погода.
Эфир существует! Российские ученые совершили прорыв в фундаментальной физике
С английского его также переводят и как «квантовое запутывание» и «квантовая запутанность», но мне больше нравится первая версия. Так что начать нам придется с обсуждения тех физических сущностей, которые за этим эффектом кроются. Вообще-то представление о квантовой спутанности появилось без малого 90 лет назад, а в неявном виде оно возникло еще во второй половине 1920-х годов. Однако в рабочий инструмент теоретической физики КС стало превращаться значительно позже, где-то в середине седьмого десятилетия прошлого века.
И процесс этот поначалу был довольно медленным. 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.
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. Но вот в глубоком вакууме движется электрон, и его перемещения описываются законами движения волн.
Что здесь возбуждается, если нет никакой среды? Квантовая физика предлагает соломоново решение: свет является одновременно и частицей, и волной. Строение ядра и ядерные частицы Постепенно становилось все более ясно: вращение электронов по орбитам вокруг ядра атома совершенно не похоже на вращение планет вокруг звезды. Обладая волновой природой, электроны описываются в терминах вероятности. Мы не можем сказать об электроне, что он находится в такой-то точке пространства, мы можем только описать примерно, в каких областях он может находиться и с какой вероятностью. Вокруг ядра электроны формируют «облака» таких вероятностей от простейшей шарообразной до весьма причудливых форм, похожих на фотографии привидений. Составляющие его крупные элементарные частицы — положительно заряженные протоны и нейтральные нейтроны — также обладают квантовой природой, а значит, движутся тем быстрее, чем в меньший объем они заключены. Поскольку размеры ядра чрезвычайно малы даже в сравнении с атомом, эти элементарные частицы носятся со вполне приличными скоростями, близкими к скорости света.
Для окончательного объяснения их строения и поведения нам понадобится «скрестить» квантовую теорию с теорией относительности. К сожалению, есть одна проблема - такая теория до сих пор не создана и нам придется ограничиться несколькими общепринятыми моделями. Энергия — величина динамическая, связанная с процессами или работой. Поэтому элементарную частицу следует воспринимать как вероятностную динамическую функцию, как взаимодействия, связанные с непрерывным превращением энергии. Это дает неожиданный ответ на вопрос, насколько элементарны элементарные частицы, можно ли разделить их на «еще более простые» блоки. Если разогнать две частицы в ускорителе, и затем столкнуть, мы получим не две, а три частицы, причем совершенно одинаковые. Третья просто возникнет из энергии их столкновения — таким образом, они и разделятся, и не разделятся одновременно! Для того чтобы сказать что-то о ней, нам придется «вырвать» ее из первоначальных взаимодействий и, подготовив, подвергнуть другому взаимодействию — измерению.
Так что мы меряем в итоге? И насколько правомерны наши измерения вообще, если наше вмешательство меняет взаимодействия, в которых участвует частица, — а значит, меняет и ее саму? Правомернее было бы называть его «участником» или «наблюдателем». Отсюда и название явления, о котором мы будем говорить дальше — «Эффект наблюдателя» или «Парадокс наблюдателя» в квантовой физике. Стоит ему выбрать способ, каким он будет проводить измерения, и в зависимости от этого реализуются возможные свойства частицы. Стоит сменить наблюдающую систему, и свойства наблюдаемого объекта также изменятся — парадокс квантовой физики. Этот важный момент раскрывает глубинное единство всех вещей и явлений.
Фото: Личная страница героя публикации в соцсети Если бы квантовые физики и сторонники Эйнштейна сели играть в фантастические шахматы, где каждая фигура — спор и противоречие между ними, стороны выставили бы по несколько сотен фигур. Но среди них была бы одна, Король, который есть суть непримиримого спора. Между нами все порвато и ногами растоптато. Имя Королю — гравитация. Эйнштейн считает, что гравитация — это искривление пространства-времени, и вообще этой «силы» как таковой нет. Гравитация это скорее форма. Квантовая механика говорит, что гравитация - это поле, как электрическое, магнитное, и его переносит квант, единица гравитационного воздействия. Которого никто не видел. Взять ту же теорию струн. Но профессор Оппенгейм решил ударить в самое сердце. Имя этому сердцу неопределенность. Гравитация Эйнштейна заранее задана и понятна. Она не меняется просто так. Гравитация квантовой теории непредсказуема и постоянно меняется. Оппенгейм говорит: а что, если пространство-время не есть кисель холодный, устоявшийся. А — кисель на конфорке, и его постоянно варят. Пространство-время слегка колеблется. Создается квантовая неопределенность там, где Эйнштейн видел статику. Это в самом деле решило бы все. Уравнения квантовой механики, в которых — одни вероятности, теперь можно применять и в теории относительности. Мир Эйнштейна сохранен, но он стал немного зыбким. Не пострадала и квантовая механика. Это и есть квантовая гравитация. Можно ли это проверить? Да легко. Вес всего на свете должен немного колебаться.
Сейчас занимается «большими данными» - создал компанию, которая анализирует, как нами управляют через Интернет и социальные сети. Высшая математика и суперкомпьютеры точно скажут, кто и зачем придумывает мемы, кто стоит за безобидными флешмобами, и почему толпы народа как по команде начинают во что-то верить или не верить. Вопросы задает Е. Арсюхин: - В социальных сетях люди со всего мира описывают странные случаи, которые с ними произошли. Я изучил с тысячу таких историй. Выделяются два сюжета: вот лежала вещь, секунда — и нет ее. Второй сюжет — двойники: прошел мимо тебя человек, потом снова, и уверяет, «тот, первый, был не я». Конечно, в соцсетях много фантазий, есть и нездоровые люди, но эти события, кажется, правдивы. Или я не прав? По-настоящему большая наука видит мир во всей его странности, и мир становится все более странным по мере появления все более мощных приборов. Вот стол. Глазу он кажется твердым. Берем электронный микроскоп, и видим атомы, а между ними — пустота. То есть стол на самом деле состоит из пустоты. Ладно, но хотя бы сами атомы твердые! Берем ускоритель элементарных частиц, и видим, что и атом состоит в основном из пустоты. Вокруг ядра — электроны, то ли частицы, то ли волны, ядро — протоны и нейтроны. Хорошо, но хотя бы протоны с нейтронами твердые. Но при ближайшем рассмотрении те и другие распадаются на кварки. А Большой адронный коллайдер демонстрирует, что и кварк — это не «частица», а некая одномерная колеблющаяся струна. Получается, все вокруг - это энергия, колебания, а «твердое вещество» - своего рода иллюзия. Фантасты гадают, может, мы живем в Матрице, и мир — лишь компьютерная симуляция? На самом деле и гадать не надо, по сути так и есть. Мир «твердых предметов» удобен и комфортен. Взял стакан, поставил на стол, никуда он не денется. Но есть проблема: он иллюзорен, и мы его сами создали под нас, под возможности наших органов чувств. Да, мы в Матрице, которую сотворили природа и наш мозг. В прошлом году международная группа ученых доказала: мир иллюзорен, и у каждого наблюдателя своя «голограмма». Им удалось воплотить «в железе» мысленный эксперимент, предложенный физиком Юджином Винером. Винер утверждал: если один видит, что знаменитый кот Шредингера мертв, друг этого наблюдателя увидит, что кот жив. Это назвали «парадокс друга Винера». Ученые с огромным трудом синтезировали шесть пар специальных фотонов, и оказалось: ничто во Вселенной не является «состоявшимся», «твердо установленным», пока информация об этом не обошла всю Вселенную. А, поскольку Вселенная велика, все вокруг по сути существует в неком подвешенном состоянии. Моя книга упала со стола. Но, пока информация об этом не дошла до самой далекой галактики, моя книга находится в квантовой суперпозиции где-то между столом и полом. Когда случился Большой взрыв, мир был очень прост, состоял из чистой энергии, и описывался одной формулой. Но Вселенная расширялась, остывала, и из первоначально единой энергии выделились гравитация, электромагнетизм, сильные и слабые взаимодействия два последних «держат» вместе элементарные частицы в атомном ядре. Все запуталось, и теперь физики пытаются распутать запутанное, найти формулу Единого, того, с чего все началось. Термин «запутанность» остро актуален в современной физике. Вы наверняка слышали о квантовой запутанности. Скажем, два кванта «дружат», взаимодействуют, а потом разлетаются по разным уголкам Вселенной. Но связь сохраняется навсегда. Если что-то случится с одним, другой в точности повторит состояние первого. Причем он «узнает» об этом мгновенно, быстрее скорости света. Это уже не теория: инженеры вот-вот представят новое поколение связи, которая заменит Интернет и сотовую телефонию, а опыты по квантовой запутанности в хороших школах учитель показывает просто на столе. Чтобы «пощупать» то, Единое, надо вернуться в состояние Большого взрыва, когда господствовали колоссальные энергии. А где, как?
Квантовая физика о Боге, душе и Вселенной
| Ключевую теорию квантовой физики наконец-то доказали. Главное | Вероятно, в какой-то момент, когда критическая масса развитых квантовых технологий, нашего понимания физики и экспертизы перевалит некую черту, начнется эра полностью квантовых машин. |
| Физика: 10 научных прорывов 2023 года со всего мира | Одним из самых ярких открытий является новость о том, что команда National Institute of Standards and Technology (NIST) представила новое устройство, которое может стать переломным моментом в разработке квантовых компьютеров. |
| Сверхбыстрые кванты: ускорение вычислений на сотни миллиардов лет - «Ведомости. Наука» | Новости дня от , интервью, репортажи, фото и видео, новости Москвы и регионов России, новости экономики, погода. |
| Квантовые технологии - новости и статьи | Rusbase | Идея одушевленности мира следует из принципов квантовой механики: фотон каким-то образом «сознательно» выбирает свой путь от лампы до страниц вашей книги. |
| Нобелевскую премию по физике присудили за квантовую запутанность | 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. |
Эфир существует! Российские ученые совершили прорыв в фундаментальной физике
Чувствуешь, что достиг в своей школе потолка? Мечтаешь побеждать на олимпиадах и поступить в топовый вуз? СУНЦ НГУ новосибирская ФМШ — это целая экосистема при Показать ещё Новосибирском госуниверситете, которая организована по принципу школы-интерната и объединяет фундаментальное образование и современные технологии обучения. Здесь естественнонаучные и точные дисциплины изучаются по программам повышенной сложности, а школьники погружаются в творческую атмосферу реальной науки.
Преподаватели школы — ученые из новосибирского Академгородка.
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. Вопрос о происхождении жизни давно перезрел и явно не может быть решен в рамках устаревшей научной парадигмы. Дальнейшее развитие научного познания немыслимо без качественного скачка во всем, что касается фундаментальной физики. Возрождение категории эфира и адекватное количественное описание его свойств произошли на редкость своевременно — только так можно кардинально разрешить массу накопившихся в науке противоречий, включая аспекты теории относительности и квантовой физики.
Само научное достижение наверняка будет положено в основу новых технологий. Далеко ли от теории до практики? Если бы речь шла о начале прошлого века, на этот вопрос можно было бы ответить утвердительно — да, очень далеко.
Альва Ноэ жестко возразил: наука хвалится, что может предсказывать. Рассчитали, что корабль поплывет — и он в самом деле не тонет.
Но наука не может предсказать итог боксерского поединка. Значит, по твоей логике боксеров не существует! Разнимали друзей всем научным миром. Другие полагают, что пока не открытая «человеческая энергия» безличностно отправляется в какое-то хранилище, вроде ноосферы. Мне ближе другая точка зрения.
С утратой физического тела человек переходит в, скажем так, квантовое состояние. Как на самом деле, конечно, никто не знает. Нам предстоит отказаться от тела и стать чистой энергией. Может, он и в остальном прав? Она предполагает, что внутри нейронов мозга находятся белковые полимеры, которые живут по квантовым законам и порождают наше сознание.
Согласно этой теории, сознание существует после физической гибели тела, а также может отделяться от него и путешествовать по Вселенной при жизни. Пенроуз еще в 1980-е годы показал, что квантовый компьютер будет по определению разумным. Ждать осталось недолго: их запустят через пару лет. Мы создали материальную цивилизацию, веря, что занимаемся «серьезным делом»: сталь, бетон, мощные машины. Но теперь достижения нашей же цивилизации толкают нас к пониманию, как на самом деле обстоят дела.
Пора взрослеть. Стол, стул, руки, ноги — лишь визуальная интерпретация реального мира. Возьмите проблему измерений. Длина, ширина, высота. С трудом мы еще в состоянии понять, что есть еще четвертое измерение — время.
А дальше — воображения не хватает. Трехмерный мир — это удобно. Мы так привыкли. На самом деле в мире бесконечное число измерений. Давайте потренируем мозг, и вы увидите, как все логично и просто.
Нарисуйте линию. Существа, живущие в ней, двумерны, у них нет ширины, и они могут двигаться только взад и вперед. Но вы можете двигать всю линию. Это — «время» для двумерных существ. Идем в наш мир, и «время» двумерных существ становится нашей шириной, третьим измерением, которого у обитателей двумерного мира нет.
Но у нас самих есть время, которое мы интерпретируем как «прошлое, настоящее и будущее» и которое для обитателей других миров, с четырьмя измерениями, просто «еще одна ширина», а никакое не «прошлое». Но у них есть свое «время», и так далее. В результате мы получаем матрешку иллюзий. Добавьте к этому парадокс наблюдателя, которого мы уже касались. Мир меняется, когда мы на него смотрим.
Это — одна из основ квантовой механики, принцип неопределенности. Для физиков это не абстракция, а повседневная реальность: если ты наблюдаешь за объектом, «щупаешь» его фотонами, он уже не тот, который без тебя. Принцип неопределенности сформулировали в 1920-х, и он показался таким странным, что физики отказывались в него верить, даже когда он подтвердился тысячами опытов. Принцип говорит: природа существует, лишь пока мы на нее смотрим. Соратник Нильса Бора, физик Паскуаль Джордан, сказал так: «Мы не наблюдаем реальность, мы ее создаем».
В 1970-х Джон Уилер провел эксперимент, который показал: природа не просто меняется от нашего взгляда, она заранее «знает», будем ли мы на нее смотреть. Упомянутый выше квантовый компьютер как бы соединит исконное «знание» Вселенной с нашим сознанием. Представим заброшенную деревню где-нибудь в глухой тайге. Принцип неопределенности на полном серьезе говорит, что, пока туда не забрела группа туристов, деревни нет. А если на деревню смотрит лиса, муравей?
Одним из ключевых достижений квантовой механики является объяснение свойств атомов и молекул. Благодаря квантовой механике стало возможным понять, почему атомы могут иметь только определенные энергетические уровни, что привело к созданию теории квантовых чисел и теории молекулярных орбиталей. Квантовая механика также оказала огромное влияние на развитие технологий. Например, создание лазеров, технология квантовых точек для создания полупроводниковых приборов, разработка магнитно-резонансной томографии и квантовых компьютеров — все эти технологии основаны на принципах квантовой физики. Одной из самых сложных и волнующих областей квантовой физики является квантовая суперпозиция и явление квантового запутывания. Суперпозиция — это возможность квантовой системой находиться во всех возможных состояниях одновременно, что приводит к уникальным квантовым явлениям, например, интерференция частиц.
Квантовое запутывание — это явление, при котором состояние одной частицы зависит от состояния другой частицы, даже если они находятся на большом расстоянии.
Первые в мире: ученые МФТИ добились прорыва в области квантовых компьютеров
Вероятно, в какой-то момент, когда критическая масса развитых квантовых технологий, нашего понимания физики и экспертизы перевалит некую черту, начнется эра полностью квантовых машин. Одним из самых ярких открытий является новость о том, что команда National Institute of Standards and Technology (NIST) представила новое устройство, которое может стать переломным моментом в разработке квантовых компьютеров. квантовая физика. 24.10.2019. Главным научным прорывом 2023 года в области квантовой физики стала разработка и проверка работы сразу нескольких квантовых компьютеров, способных автоматически корректировать случайные ошибки, возникающие в процессе их работы. 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.
Физики доказали необратимость квантовой запутанности
| Квантач – Telegram | В этой теме собраны новости о теоретических и практических достижениях квантовой физики. |
| Нобелевская премия по физике — 2022 | Все новости с тегом. Квантовые технологии. |
Нобелевская премия по физике — 2022
| Квантовая физика о Боге, душе и Вселенной. Интервью с ученым Дмитрием Сидориным | Показав, что квантово-механические объекты, которые находятся далеко друг от друга, могут быть гораздо сильнее коррелированы друг с другом, чем это возможно в обычных системах, исследователи предоставили дополнительное подтверждение квантовой механике. |
| Квантач – Telegram | Новости. Фото дня. |
| Квантовая механика | И расширяет наше понимание квантовой физики и странных феноменов, которые возникают на атомном уровне. В прошлом году физики из Института Макса Планка сообщили о разработке эффективного метода создания квантовой запутанности между фотонами. |
| Нобелевскую премию по физике присудили за квантовую запутанность | 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. |
Квантовые технологии
В этом случае исключается влияние на корреляцию фотонов со стороны самой установки, которая существовала в момент запуска пары. Антон Цайлингер Anton Zeilinger из Венского университета также проводил множество экспериментов по проверке неравенства Белла, усовершенствовав методику обоих предшественников. Он создавал спутанные пары фотонов, направляя луч лазера на специальные кристаллы, а также пошёл дальше, чем Ален Аспе — он также переключал схемы экспериментов, чтобы они не могли повлиять на поведение уже вылетевших фотонов, и при этом использовал генератор случайных чисел для переключения между несколькими схемами. В одном из экспериментов для управления фильтрами были задействованы сигналы от удалённых галактик — в таком случае можно было наверняка сказать, что они не влияют друг на друга. Также Аспе сделал шаг к практическому использованию спутанных состояний. В частности, его группа первой продемонстрировала эффект, который сейчас у многих на слуху — «квантовую телепортацию». Схемы экспериментов Дж. Клаузера, А.
Аспе и А. Цайлингера по измерению поляризации двух спутанных фотонов в паре. В прошлом году Нобелевский комитет решил сделать акцент на исследованиях, так или иначе затрагивающих изменения климата и возможные глобальные угрозы — часть премии была вручена за междисциплинарные исследования хаотических систем основной математический объект этого поля науки — странный аттрактор, обозначающий крайне хаотичную систему с непредсказуемым поведением — таким, например, как система вихрей в атмосфере, непосредственно определяющая прогноз погоды на следующие несколько недель. Предыдущие два года подряд 2019 и 2020 годы внимание Комитета привлекли космические темы — премии были вручены соответственно за экзопланеты и чёрные дыры , то есть два класса модных сегодня астрономических объектов.
Тем самым Юнг доказал волновую природу света. Иллюстрация классического двухщелевого опыта. Свет, проходя через две прорези в ширме, формирует на непрозрачной поверхности экрана ряд чередующихся интерференционных полос Источник: Савенок Д.
Для этого они использовали полупроводниковое зеркало с переменной отражаемостью излучения. Исследователи дважды быстро изменяли отражательную способность зеркала, создав две щели во временной области. В процессе физикам удалось зафиксировать интерференционные полосы вдоль частотного спектра отраженного от зеркала света. При этом интерференция происходила на разных частотах, а не в разных пространственных положениях. В теории эта работа может найти применение в области создания оптических компьютеров. Таким образом физики продемонстрировали наличие элементов и технологий для создания масштабных многоузловых квантовых сетей. Читайте также 7.
Первое рентгеновское изображение атома Источник: Saw-Wai Hla Коллектив ученых из Аргоннской национальной лаборатории США совместно с коллегами из Европы, Китая и ряда американских университетов впервые в истории смог при помощи синхротронной рентгеновской сканирующей туннельной микроскопии получить рентгеновский снимок одного-единственного атома, тогда как до сих пор этот метод позволял изучать структуры, насчитывающие около 10 тыс. Преодолеть это ограничение удалось за счет добавления к детектору острого металлического наконечника, который располагался всего в 1 нм над исследуемым образцом и двигался вдоль его поверхности.
С одной стороны — необходимость решать сложные задачи, а с другой — завышенные ожидания, которые поторапливают учёных. Как вообще может измениться общество и мир с развитием этих технологий? Что касается изменения жизни, при появлении масштабируемого квантового компьютера станет возможным решение самых разных сложных задач, принципиально недоступных для классических суперкомпьютеров. Искать новые материалы, моделируя их на квантовом уровне, новые типы батарей, лекарств, новые способы получения различных химических соединений. Очень точно измерять параметры окружающей среды. Решать сложные оптимизационные задачи — для такой страны, как Россия, те же логистические задачи приводят к очень большому эффекту в связи с масштабом. 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. А это, с учётом тренда на рост количества данных, требующих защиты, очень важно.
А не оставит ли широкое внедрение квантовых технологий без работы каких-то специалистов? Пока сложно себе это представить. Пока что это инструмент для решения сложных вычислительных задач, и на этом этапе человек для программирования квантового компьютера будет необходим. Сможет ли он сделать какие-то рутинные задачи более лёгкими в исполнении — да, как и искусственный интеллект. Но как мы видим на примере ИИ, даже с ним пока не произошло массового высвобождения человеческого ресурса. Люди просто переквалифицируются на более сложные и творческие задачи, с квантовыми технологиями произойдёт нечто похожее. Одной из тем ваших научных изысканий был квантовый блокчейн. В чём преимущества квантового блокчейна перед обычным и где его можно применять? Как раз потому, что технология блокчейн в какой-то момент набрала очень большую популярность, мы обратили на неё внимание. Нам было интересно понять перспективы развития и внедрения этой технологии.
Основной хайп вокруг блокчейна был связан с приписываемой ему большой степенью защищённости данных, прозрачности и т. Но когда мы стали подробно анализировать, стало понятно, что все эти замечательные свойства так или иначе сводятся к определённым криптографическим элементам, например цифровым подписям, механизмам консенсуса. Таким образом блокчейн оказывается устойчив ровно в той мере, в какой устойчива его криптография. А одно из применений квантовых компьютеров — возможность быстрого криптоанализа попросту говоря, взлома , сводящая на нет защищённость многих традиционных криптографических алгоритмов. И многие традиционные блокчейны неустойчивы перед атаками квантовых компьютеров. И мы поняли, что при построении блокчейнов нужно использовать метод с использованием квантовых же технологий, конкретно — квантовых цифровых подписей или постквантовой криптографии, которые делают блокчейн устойчивым перед такими атаками. И вот это сочетание квантов и блокчейна даёт нам эффект, гарантирующий долгосрочную информационную безопасность. Одна из форм предложенного нами квантового блокчейна в пилотном режиме была развернута на одной межбанковской платформе и использовалась для защиты транзакций. Его индустриальное применение станет возможным, когда появятся квантовые сети достаточного масштаба. Верно ли, что с появлением таких сетей придётся довольно быстро реформировать всю IT-сферу?
Нам же потребуется новая безопасность, новая криптография, чтобы существование квантовых компьютеров не становилось глобальной угрозой… Да, это так. Я бы даже сказал более радикально: даже без распространения квантовых компьютеров такая необходимость просматривается. Уже зная о возможности такой угрозы, необходимо уже сейчас принимать её во внимание и думать о соответствующих изменениях принципов построения информационных систем. Одна из вещей, которая делается прямо сейчас на государственном уровне в ведущих странах мира, — стандартизация решений, устойчивых к квантовому взлому. То есть квантовых ключей и квантовой криптографии. В России этим занимается Технический комитет 26 , который разрабатывает и анализирует новые типы устойчивых криптографических алгоритмов. Из них сформируют стандарт. Впоследствии с помощью этого стандарта можно будет проводить апгрейд информационных систем. Здесь есть несколько возможностей. Во-первых, квантовое распределение ключей — хардверная технология, которая лучше всего подходит для приложений, требующих очень высокого уровня защиты канала для передачи данных, например между дата-центрами.
Во-вторых, постквантовая криптография — программное решение, использующее новые квантово-устойчивые алгоритмы, которые лучше интегрируются в мобильную пользовательскую инфраструктуру, в веб-приложения. Уже сейчас ясны инструменты, но нужно пройти путь по их анализу и стандартизации, чтобы начать работу по их масштабному внедрению. Первые элементы таких внедрений мы уже видим. Появление квантового компьютера в России — дело какого времени? Квантовый компьютер в России уже существует, но его масштабы пока не позволяют решать практические задачи с экономическим эффектом. Несколько лет назад был продемонстрирован двухкубитный квантовый компьютер на сверхпроводниках — количество кубитов там маленькое, но достаточное, чтобы показать работу некоторых квантовых алгоритмов. Уже разработан четырёхкубитный квантовый компьютер на ионах.
Преподаватели школы — ученые из новосибирского Академгородка. 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.