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. 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. Последние новости на сегодня. Физик признал некорректным сравнение квантовой запутанности с парой носков. Ученые МФТИ совершили прорыв в области квантовой физики. 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.
Новости по теме: квантовая физика
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. 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. 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. Последние новости на сайте. Последние новости на сайте.
Долгожданный прорыв: квантовые вычисления стали более надежными
Новое исследование имеет отношение к теории квантовой гравитации — одной из нерешенных загадок современной науки. 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.
Физики доказали необратимость квантовой запутанности Это исключает аналог термодинамической энтропии в теории запутанности Николай Мартыненко Физики показали, что операции над квантовыми системами, в которых не генерируется дополнительная квантовая запутанность вдобавок к уже имеющейся в системе, в общем случае являются необратимыми. Это означает, что, вопреки ранее имевшимся догадкам, для квантовой запутанности нельзя постулировать общий закон по аналогии со вторым законом термодинамики о существовании энтропии и ее неубывании в адиабатических процессах. Результаты опубликованы в Nature Physics. Термодинамика, как и всякая физическая теория, строится на основе нескольких эмпирических постулатов. Одним из таких постулатов выступает закон неубывания энтропии он же второй закон термодинамики — утверждается, что всегда можно ввести такую универсальную функцию состояния физической системы — энтропию, что во всех реальных адиабатических процессах то есть без обмена энергией с окружающей средой эта функция будет либо возрастать, либо не изменяться. Это довольно сильное утверждение: для любых систем и процессов появляется направление эволюции во времени — от состояния с меньшей энтропией к состоянию с большей энтропией.
В теории относительности такой зависимости нет. Законы причины и следствия не работают в квантовой физике, и это тоже противоречит учению Канта. Многие воспринимают квантовую физику как некий мистический мир. По этой причине даже появился парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена, указывающий на неполноту квантовой механики. Если продолжать разговор об объекте и наблюдателе в разрезе изучения космоса, то, следуя «Критике чистого разума» Канта, можно сделать вывод, что вселенная смотрит на саму себя, — добавил доктор Штайн. Ведь Луна существует не только потому, что вы на нее смотрите. Она будет существовать даже когда вас не станет, ведь на нее смотрит вся Вселенная. Единственный вопрос, кто должен быть окончательным наблюдателем — тем, кто непосредственно смотрит на объект? Пока для ученых это загадка. Иммануил Кант предполагал, что познание не может происходить в нас. Понимание абсолютно, независимо от того, что находится во вне.
Сохраняет и развивает ведущие инженерные научные школы страны. И основание фонда «Вызов», поддержка этой замечательной национальной премии в области будущих технологий - это следующий этап нашей веры в то, что страна зависит от российской науки и людей, которые могут открывать новые горизонты», — сказал заместитель Председателя Правления Газпромбанка Дмитрий Зауэрс во время церемонии. Лауреатом в номинации «Перспектива» стал Илья Семериков, кандидат физико-математических наук, заместитель руководителя научной группы в Российском квантовом центре, научный сотрудник Физического института имени Лебедева ФИАН.
Квантовые точки: что это такое и почему за них дали нобелевскую премию?
Новости науки» Tag» Квантовая механика. Принципы квантовой физики, ставящие в тупик ученых: парадоксальная физика и ее главные загадки. Вероятно, в какой-то момент, когда критическая масса развитых квантовых технологий, нашего понимания физики и экспертизы перевалит некую черту, начнется эра полностью квантовых машин. Новости дня от , интервью, репортажи, фото и видео, новости Москвы и регионов России, новости экономики, погода. Последние новости на сайте.
Будущее квантовых компьютеров: перспективы и риски
| Квантовая физика о Боге, душе и Вселенной | 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. |
| Чем занимались физики в 2023 году | 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. |
| Физика - Поиск - новости науки и техники | 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. |
Нобелевскую премию по физике присудили за квантовую запутанность
Идея одушевленности мира следует из принципов квантовой механики: фотон каким-то образом «сознательно» выбирает свой путь от лампы до страниц вашей книги. Физики впервые ввели в состояние запутанности макрообъекты. Результат будет иметь практическое применение в квантовых коммуникациях и поможет создать новые ультрачувствительные датчики. Последние новости на сайте. Все новости с тегом. Квантовые технологии. Новости и мероприятия.
Квантовая механика
Статья Квантовая физика, Квантовые точки принесли ученому из России Нобелевскую премию, Разработан первый в мире квантовый аналог механического двигателя. Лауреатами Нобелевской премии по физике 2022 года стали Ален Аспе, Джон Клаузер и Антон Цайлингер — за работы в области квантовой информации и квантовой запутанности. свежие новости дня в Москве, России и мире.
Квантовая механика
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. Подобные сбои неизбежно возникают в работе кубитов, квантовых ячеек памяти и примитивных вычислительных блоков в результате их взаимодействия с объектами окружающего мира. Ученые обнаружили, что эти случайные сбои в работе квантовых компьютеров можно подавить, если использовать для расчетов так называемые логические кубиты, виртуальные квантовые ячейки памяти, состоящие из нескольких соединенных друг с другом физических кубитов.
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. Но вот в глубоком вакууме движется электрон, и его перемещения описываются законами движения волн.
Читайте также Существует ли край у Вселенной? 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.
В Техасском университете в Эль-Пасо США заявили, что придумали магнитный материал, позволяющий манипулировать кубитами при комнатной температуре. Профессор Техасского университета в Эль-Пасо Ахмед Эль-Генди демонстрирует магнетизм нового материала для квантовых компьютеров А японские физики добились квантовой стабильности при комнатной температуре в молекуле красителя, встроенной в металлоорганический каркас.
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.
Распутать квантовую запутанность: за что дали «Нобеля» по физике
| С приставкой «супер-»: обзор новостей квантовой физики | 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. |
| С приставкой «супер-»: обзор новостей квантовой физики | Все новости с тегом. Квантовые технологии. |
Нобелевская премия по физике — 2022
Он усовершенствовал установку Клаузера и смог добиться того, чтобы изначальные условия, при которых испускались фотоны, не влияли на результаты измерений. Эксперимент подтвердил вывод ученых: квантовая теория верна, и нет никаких скрытых переменных. Опираясь на исследования коллег, Антон Цайлингер и его исследовательская группа продемонстрировала «квантовую телепортацию» — передачу квантового состояния от одной частицы к другой на расстоянии. Что это значит Первая квантовая революция в XX веке подарила миру транзисторы, лазеры, солнечные панели, мобильную телефонную связь и интернет. XXI век открыл новые возможности для квантовой механики. Открытия современных физиков позволяют найти применение свойствам квантовой механики в реальной жизни: от передачи и хранения данных до алгоритмов квантового шифрования. Умение управлять запутанным состоянием частиц позволяет развивать область квантовых вычислений и вносит вклад в совершенствование квантового компьютера.
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». Сохраняет и развивает ведущие инженерные научные школы страны.
Би-би-си: Следует ли ожидать этого большого скачка только в физике, или он распространится и на другие науки, например, на медицину? Давайте попробуем это лекарство. А оно сработает? Мы не знаем. Ладно, давайте попробуем другое. А оно поможет? Мы опять не знаем. Хорошо, тогда давайте попробуем третье. Многие чудодейственные лекарства были найдены случайно. Однако если применить к медицине квантовую теорию, то исследования будут вестись на молекулярном уровне. Вы сможете увидеть и понять, как работает каждая отдельная молекула. После этого вы начнете заполнять пробелы в имеющихся знаниях и создавать новые лекарства буквально с нуля. Означает ли это, что химики просто останутся без работы, потому что они нам больше не будут нужны? Означает ли это, что всю работу будут выполнять квантовые компьютеры? Вовсе нет. Химики будущего будут применять квантовую теорию для понимания химических реакций. Биологи будущего будут пользоваться квантовой теорией для более глубокого понимания ДНК. Но врачи и ученые, которые занимались только химией и только биологией, останутся без работы. Поскольку будущее будет квантово-механическим, и создавать лекарства мы будем именно на основе квантовой механики. Би-би-си: Означает ли это, что мы станем бессмертными? Что тогда и рака не будет? Мы сможем спрогнозировать будущую раковую опухоль задолго до ее появления. Допустим, что ваш ДНК-код можно будет легко считывать каждый раз, когда, вы, например, принимаете душ или идете в туалет. И по нынешнему состоянию ДНК можно будет спрогнозировать, что вас ждет в будущем. Раковую опухоль можно будет предсказать за десять лет до того, как она разовьется. В США уже сейчас можно сдать кровь для диагностики рака. Уже сейчас такой анализ гарантированно даст ответ, есть ли у вас раковое заболевание или нет. В будущем слово "опухоль" просто исчезнет из нашего языка, так же как и слово "рак" в применении к заболеванию. Строение тела человека и молекула ДНК. Цифровые технологии слишком медленны и слишком грубы.
Мы не раз слышали о квантовом запутывании фотонов, но на этот раз учёные из Университета Нильса Бора в Дании квантово запутали... Эти фотоны, или элементарные частицы света, появились благодаря разреженному облаку из миллиарда атомов цезия, "запертых" внутри небольшой сильно охлаждённой камеры. Несмотря на то, что это два очень разных объекта, миллиметровый "барабан" и облако атомов, они представляют собой запутанную квантовую систему. И эта система раздвигает границы квантовой механики. Облако атомов барабанит по мембране при помощи испускаемых фотонов, а физики "слышат" этот звук. Фото с сайта nbi. Чтобы понять, чем важно это достижение, вспомним, что два квантово запутанных объекта "чувствуют" друг друга, несмотря на километры между ними. Если изменяется состояние одного, то меняется состояние и другого. Они словно бы синхронизированы, хотя между ними нет никакой физической связи.
Квантовая физика о Боге, душе и Вселенной
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.
Он сумел переключить настройки измерения после того, как запутанная пара покинула источник, таким образом, настройка, существовавшая на момент выпуска частиц, не могла повлиять на результат. В свою очередь, Антон Цайлингер начал работать с запутанными квантовыми состояниями, проводя долгие серии экспериментов с использованием усовершенствованной аппаратуры. Ломоносова, руководитель научной группы Российского квантового центра Станислав Страупе, лауреаты Нобелевской премии вели исследования оснований квантовой физики. Есть ситуации, в которых результаты квантовых измерений нельзя спрогнозировать, как бы хорошо мы ни понимали физические процессы, которые в изучаемой системе происходят. В своё время с этой особенностью квантовой теории спорил Альберт Эйнштейн. Эйнштейн надеялся, что в будущем появится более фундаментальная и глубокая теория, объясняющая, как он считал, те пробелы, которые привели к появлению вероятностного подхода. Альберт Эйнштейн Gettyimages.
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. Для её решения необходима сложнейшая математика и невообразимые эксперименты. И если на бумаге ничего невозможного нет, то с опытами всё плохо — либо кванты, либо классика. Но надежда есть. Группа европейских и сингапурских учёных предложила квантовый симулятор, который воспроизводит эффект квантовой гравитации и не только. Учёные из Венского технологического университета, Университета Крита, Наньянского технологического университета Сингапур и Берлинского университета опубликовали в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA PNAS статью, в которой рассказали об успешной симуляции гравитационного линзирования на квантовом симуляторе. Фактически они утверждают о симуляции квантовой гравитации , обоснованием которой занимаются все физики-теоретики и никак не могут это сделать.
Квантовые вычисления идут с помощью частиц. Однако из частиц состоят не только кубиты, но и все вокруг, включая материалы, из которых сделан компьютер, воздух и пр. Кубиты быстро начинают взаимодействовать не только друг с другом, но и со средой. Это одна из фундаментальных проблем на пути к квантовому компьютеру, которую пытаются решить ученые всего мира. Квантовая коррекция ошибок была теоретически открыта в 1995 году, она предлагает средства для борьбы с декогерентностью, используя избыточность. То есть кодирует кубит в системе большего размера, уменьшая тем самым ее способность взаимодействовать с тем, с чем не нужно. Авторам нового исследования удалось более чем удвоить время жизни квантовой информации.
Квантовая физика
Схема работы двигателя Дело в том, что при температурах, близких к абсолютному нолю, бозоны имеют более низкое энергетическое состояние, чем фермионы, и эту разницу энергий можно использовать для питания двигателя. В частности, циклическое превращение фермионов в бозоны и обратно дает возможность извлекать энергию для питания квантового аналога механического двигателя. Чтобы превратить фермионы в бозоны, можно взять два фермиона и объединить их в единую систему. Эта новая система — бозон. Его разрушение позволит нам снова получить фермионы.
Свободная тема обо всем Поговорим о квантовой физике и просто о жизни на природе. Попьем чай.
Вслушаемся в тишину, звуки природы и гитары. Добро пожаловать к нашему костру. Мы рады что Вы пришли именно сейчас! У нашего костра от дневных забот отдыхают люди, делятся опытом, рассказывают истории - иногда смешные, иногда поучительные. Присаживайтесь, располагайтесь поудобнее. Костер дает тепло и разгоняет мрак вокруг.
Ионы пробивают энергетические барьеры для химической связи с молекулами. Поэтому всё сводится к пренебрежению квантовыми эффектами и к решению задач только с позиции классической физики. Подобное приближение удобно для практического применения в повседневной жизни, но не позволяет разобраться в ряде фундаментальных процессов мироустройства. Очевидно, что для изучения квантовых явлений в химических реакциях необходимо придумать и поставить эксперимент, который был бы подтверждён теоретическими выкладками. Эффект туннелирования оказался одним из наиболее удобных кандидатов на постановку такого эксперимента, но на его организацию потребовались годы планирования. Опыт удался у команды исследователей из Университета Инсбрука, о чём они сообщили в свежем выпуске журнала Nature.
Для опыта был выбран изотоп водорода дейтерий, который поместили в ионную ловушку и охладили, после чего заполнили ловушку газообразным водородом. За счёт сильного охлаждения отрицательно заряженным ионам дейтерия не хватало энергии для химической реакции с молекулами водорода. Тем не менее, отдельные ионы дейтерия вступали в реакцию с молекулами водорода, чего не могло быть с точки зрения классической физики. По их количеству мы можем сделать вывод о том, как часто происходила реакция». Предложенный в 2018 году теоретический расчёт показал, что в условиях эксперимента одно квантовое туннелирование будет происходить в одном случае из каждых ста миллиардов столкновений, что учёные из Инсбрука смогли подтвердить на практике. Иными словами, для химической реакции с квантовыми явлениями эксперимент впервые подтвердил теорию.
Одновременно это была самая медленная реакция с заряженными частицами из когда-либо наблюдавшихся. На основе проведённого исследования можно разработать более простые теоретические модели «квантовых» химических реакций и проверить их на реакции, которая уже успешно продемонстрирована. Туннельный эффект возникает во многих физических и химических процессах, а это путь к их лучшему пониманию и к открытию явлений, которые были либо плохо объяснимыми, либо вовсе непонятными для науки, например, такими, как астрохимический синтез молекул в межзвёздных облаках. Подтверждающий теорию эксперимент — это лучшее, что можно использовать для новых открытий. Квантовые состояния ядер могут сохраняться часами, но управлять ими напрямую фотонами было нельзя, а ведь оптика остаётся основой для организации квантовой связи и квантового интернета. Группа учёных из Массачусетского технологического института нашла решение проблемы и открыла новый способ управления атомными ядрами как кубитами с помощью фотонов.
Источник изображения: MIT Фотоны как кванты порции энергии электромагнитного излучения почти не взаимодействуют с атомными ядрами, а их собственные частоты отличаются на шесть—девять порядков. В обычных условиях фотоны воздействуют на спины электронов вблизи атомных ядер, и это воздействие опосредованно передаётся на спины ядер. Было бы заманчиво напрямую воздействовать фотонами как переносчиками информации на вычислительные или запоминающие кубиты в виде ядерных спинов. Но как? Но пока только в теории, о чём надо помнить. Постановка эксперимента будет на следующем этапе исследования.
Новый подход использует такие свойства некоторых ядер, как присущий им электрический квадруполь. Через него ядро взаимодействует с окружающей средой и на это взаимодействие можно оказывать влияние квантами света и, следовательно, тем самым оказывать влияние на само ядро — на его ядерный спин, записывая или считывая состояние кубита на этом ядре. Такое воздействие оказывается практически прямым: в зависимости от длины волны фотона спин поворачивается на тот или иной угол. Выше на иллюстрации схематически показано, как два лазерных луча с разной длиной волны могут влиять на электрические поля изображены розовым на рисунке , окружающие атомное ядро овалы на рисунке , воздействуя на эти поля таким образом, что спин ядра отклоняется в определенном направлении, как показано стрелкой. И это отклонение строго связано с частотой входящего луча фотона. Это открытие имеет множество потенциальных применений от квантовой памяти, которую изменяют или считывают фотоны, и эта информация тут же передаётся в сеть, до системы вычислений, датчиков и спектроскопии.
Ждём лабораторных подтверждений предложенной теории. Миру нужны квантовые компьютеры. Радар будет встроен в систему планетарной обороны для поиска опасных астероидов, хотя сможет также детектировать ракеты и спутники. Источник изображения: Pixabay Традиционно радар испускает радиоволновое излучение и улавливает отражение сигнала от изучаемого объекта. Это отлично работает на сравнительно коротких дистанциях, но по мере увеличения дальности и чувствительности требуются как гигантские по площади антенны, так и передатчики с запредельными мощностями. Законы квантовой физики, по словам исследователей, позволяют обойти эти ограничения и добиться сверхчувствительной работы космических радаров, обойдясь малыми энергиями и сравнительно небольшими антеннами.
Всё дело в том, что квантовый радар будет оперировать порциями энергии, то есть одиночными частицами, используя для детектирования квантовые свойства этих частиц. Например, если в сторону объекта отправить одну из двух связанных частиц, например, фотон света или квант энергии микроволнового диапазона, то отражённую от далёкого объекта частицу из связанной пары будет легко выделить на фоне даже сильнейших шумов. Мы просто будем знать, что искать. Также легко будет детектировать искусственно созданные кванты энергии, поскольку они будут отличаться от появившихся естественным путём. Отправка одного единственного кванта будет намного дешевле с позиции энергозатрат, чем работа мощного радиопередатчика. К тому же блок генерации связанных квантов можно встроить в обычную систему радиолокационного наблюдения.
Правда, работа квантового блока будет нетривиальна сама по себе, ведь для этого необходимо охлаждение узлов до экстремально низких температур. Именно, этот аспект больше всего не нравится военным, которым придётся эксплуатировать криогенные системы в полевых условиях. Некоторое препятствие в развитии квантовых радарных технологий китайские учёные ощутили после введения ограничений со стороны США на продажу в Китай самых современных криогенных систем. Теперь китайцам приходится самим создавать аналогичные установки. Это задерживает работы по созданию квантового радара, но обнадёживающие результаты уже получены. В США также работают над радаром на квантовом принципе.
В частности, этим занята компания Raytheon Technologies. Raytheon разрабатывает радар с использованием эффекта квантовой запутанности для обнаружения на орбите наноспутников и других мелких объектов, которые невидимы для традиционных радарных систем. И Китай, и США, и другие страны в аналогичных работах преследуют сначала военные цели, но сбрасывать со счетов эти усилия для укрепления планетарной обороны тоже нельзя. Если на Землю будет лететь астероид «Судного дня», то наши земные дрязги станут ничем перед лицом потенциальной угрозы уничтожения из космоса. Разработка обещает сказать новое слово в создании нанороботов атомарного масштаба. Учёные пока не сошлись в едином мнении о сути процессов, однако публикация в журнале Nature Communications однозначно говорит о потенциале работы.
Источник изображения: Pixabay Считалось, что чем сильнее проявляются квантовые свойства ионов, тем выше эффективность молекулярного теплового двигателя. Исследователи из Гуанчжоуского института промышленных технологий, Чжэнчжоуского университета и Мичиганского университета показали, что эффект зависит не только от «накачки» иона, но также от умелого подавления его квантовых характеристик. Точнее, для наиболее эффективной работы — выделения энергии ионом — требуется комбинировать как возбуждение, так и подавление ряда его квантовых характеристик. Исследователи воздействовали на ион кальция лазерным излучением разной интенсивности и разной частоты. При этом интенсивность выделения энергии ионом в виде потока фотонов менялась таким образом, что наибольший КПД был отмечен в режиме «четырёхтактного» двигателя, когда «нагрев» и «охлаждение» чередовались в определенном порядке. До этого о росте КПД с использованием подавления квантовых свойств ионов ничего не было известно.
Для того чтобы действительно производить пригодные для использования молекулярные двигатели или обеспечивать энергией нанороботов, нам необходимо найти подходящую рабочую среду, подобно водяному пару в паровом двигателе», — говорится в заметке об изобретении в издании SCMP. Такая условная среда была обнаружена в процессе разностороннего воздействия на ион кальция с помощью лазера. Конечно же, это не пар.
С одной стороны, это фундаментально ёмкая область, а с другой, учёным необходимо провести ещё много исследований, чтобы создать квантовые установки с теми параметрами, которые позволяют показать все преимущества квантовых технологий в сравнении с классическими и использовать их в прикладных разработках. В квантовых технологиях, вместо классических битов, используются квантовые биты — кубиты — как мера квантовой информации. Если вы понимаете, как работает классическая поляризационная оптика, то вы поймете, как работает двухуровневая система в физике, а значит, и как квантовый бит может быть реализован на разных физических двухуровневых системах.
Специфика квантовых состояний в том, что состояние двухчастичной квантовой системы может быть полностью определено и при этом состояние составляющих его двух подсистем полностью не определено. В классическом мире вы не найдёте примеров таких состояний, когда вы знаете всё о составной системе и не знаете ничего о тех подсистемах, которые её образуют, - объяснил Сергей Кулик. Комбинаторная и глобальная оптимизация, машинное обучение, геологоразведка, молекулярная структура, странствующий коммивояжёр — примеры сложнейших задач, решить которые помогут квантовые вычислительные устройства. Сергей Кулик представил фазы зрелости квантовых вычислений, согласно которым примерно через 10 лет будет построен квантовый компьютер для специальных приложений и через 20 лет — полномасштабный помехоустойчивый квантовый компьютер для решения масштабных задач — так как это не сможет сделать самый мощный классический компьютер. За 20 лет мы достигли следующего: 2002 год — 5 кубитов, 2015 год — 50 кубитов, 2023 год — 433 кубита. Маломощные квантовые компьютеры уже есть, но они не показывают все преимущества квантовых компьютеров в сравнении с обычными.
Мы живём в эпохе среднемасштабных квантовых компьютеров без коррекции их ошибок, — т.