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.
Российские учёные развивают технологии на основе квантовой физики вместо классической
В этой теме собраны новости о теоретических и практических достижениях квантовой физики. Идея одушевленности мира следует из принципов квантовой механики: фотон каким-то образом «сознательно» выбирает свой путь от лампы до страниц вашей книги. Еще одним фундаментальным принципом физики элементарных частиц является квантовая запутанность, согласно которой частицы остаются взаимосвязанными вне зависимости от расстояния между ними.
С приставкой «супер-»: обзор новостей квантовой физики
Детектор RHIC смог измерить некоторые из их свойств: скорость и угол встречи, из которых позже ученые с беспрецедентной точностью вывели размер, форму и расположение глюонов в ядре атомов. В прошлом физики уже пытались рассмотреть ядра атомов во всех подробностях, но результаты всегда были туманные. В этих экспериментах ядра выглядели больше, чем по расчетам, и это годами ставило ученых в тупик. Однако теперь загадка решена — команда BNL обнаружила эффект, который отвечает за странное поведение глюонов в ядрах. Как оказалось, глюоны рассредоточены в большей степени, чем казалось прежде, и из-за этого выглядели больше. Открытие можно использовать для разработки новых технологий, например, для изучения ядер ионов золота. И расширяет наше понимание квантовой физики и странных феноменов, которые возникают на атомном уровне.
Кисель искривляется, а мы и не замечаем, потому что погружены в него. Эта вязкая жижа — пространство-время. Ученые поставили тысячи экспериментов, и все они подтвердили правоту Эйнштейна. Другие ученые выдвинули тысячи гипотез, чтобы Эйнштейна опровергнуть, и пока ни у кого не получилось. Квантовая механика — это как будто вы идете сквозь песчаный ураган. В лицо вам бьют песчинки. Нет никакого киселя, вообще ничего вязкого и непрерывного. Есть сикстиллионы частиц, про которые мы ничего не знаем и принципиально а не потому, что у нас плохие приборы никогда не узнаем. В этом мире все странно. Можно общаться быстрее скорости света.
Путешествовать во времени. Телепатировать и телепортировать. Возможно вообще все. Сотни опытов подтвердили, что все так и есть. Ни единого свидетельства против. Профессор Джонатан Оппенгейм выступил с революционной теорией, которая призвана спасти физику. 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.
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? Пока что лучший инструмент — Большой адронный коллайдер. Протон в коллайдере — больше, чем протон.
Клаузер и другие ученые продолжили искать ответы на некоторые спорные моменты. После эксперимента Джона Клаузера к процессу подключился Ален Аспект. 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.
О связи Канта с современной квантовой физикой рассказали в БФУ
Каждый кубит может представлять единицу, ноль, или, как ни странно, и единицу, и ноль одновременно. Этот «квантовый параллелизм» позволяет квантовым компьютерам выполнять вычисления на несколько порядков быстрее, чем способны классические суперкомпьютеры. Однако квантовые системы хрупки. Эффективную работу квантовых компьютеров останавливает явление декогеренции — информация, хранящаяся в кубитах, быстро теряет свои свойства в результате взаимодействия с окружающей средой. 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.
Никакая информация по классическим законам не могла передаться за это время, тогда как эффект квантовой запутанности частиц себя полностью проявил. До этого применение неравенств Белла предполагало лазейки в постановке экспериментов. Устранить все спорные места мог только эксперимент, в ходе которого измерения должны проводиться за меньшее время, чем требуется свету, чтобы пройти от одного конца к другому — это доказывает, что между ними не было обмена информацией. У поставленного эксперимента была и другая цель — убедиться, что сравнительно большие сверхпроводящие системы могут обладать квантовыми свойствами. В опыте участвовали две сверхпроводящие схемы, которые играли роль связанных частиц, тогда как обычно речь идёт о запутывании элементарных частиц типа электронов, фотонов или атомов. В эксперименте использовались объекты нашего большого мира, и они отыграли по законам квантовой физики. Это означает, что на основе сверхпроводящих макросистем можно строить квантовые компьютеры, осуществлять квантовую связь и делать много другого интересного не углубляясь до таких тонких и пугливых сверхчувствительных материй, как элементарные частицы.
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. Премия присуждена за создание ионного квантового процессора с использованием многоуровневых квантовых систем.
Так вот, того учёного звали Филипп фон Жолли, но этого имени при всём уважении практически никто не знает. Зато спустя десяток лет на всю планету прогремело и до сих пор не перестаёт греметь имя студента, который спокойно ответил тогда, что, в общем-то, и не страдает амбициями насчёт революционных открытий. Макс Планк. Дело в том, что с точки зрения физики тлеющий уголёк — абсолютно чёрное тело. Это значит, что он должен поглощать абсолютно всё падающее на него излучение. В холодном виде он, собственно, так и делает. Но стоит его раскалить, начинаются проблемы. Получается, что он не только весь свет поглощает, но и сам одновременно его излучает. Не отражает, а именно сам излучает. И это как-то связано с температурой. Учёные предлагали этому свои объяснения, но они работали лишь частично: одна формула подходит для излучения коротких волн, другая — для длинных. Но излучение-то идёт во всём диапазоне. И Макс Планк понял: вся загвоздка в том, что излучаемая энергия в предложенных формулах подаётся как некий непрерывный поток.
Чем занимались физики в 2023 году
новости России и мира сегодня. Идея одушевленности мира следует из принципов квантовой механики: фотон каким-то образом «сознательно» выбирает свой путь от лампы до страниц вашей книги. Читайте последние новости на тему в ленте новостей на сайте РИА Новости. В стране полным ходом прокладывают сети квантовой связи. В данном обзоре новостей представлены последние открытия в физике и астрофизике. читайте, смотрите фотографии и видео о прошедших событиях в России и за рубежом!
Восторг и ужас Вселенной: Как квантовая физика перевернула мир и почему она наводит жуть
Китайские физики обнаружили гигантский — на два порядка больше по величине обычного — невзаимный перенос заряда в топологическом изоляторе на основе тетрадимита допированного оловом (Sn—Bi1,1Sb0,9Te2S). В этом видео представлена инновационная разработка в области эволюционной науки, которая предлагает новый взгляд на природу нашей Вселенной. Эта гипотеза нав. В 1964 году физик Джон Белл придумал, как различить в эксперименте две версии квантовой механики — ортодоксальную и со скрытыми параметрами. Актуальные новости и авторские статьи от Rusbase. Независимое издание о технологиях и бизнесе.
Сообщить об опечатке
- Популярное
- Популярное
- Квантовая физика о Боге, душе и Вселенной
- #квантовая физика
- Ключевую теорию квантовой физики наконец-то доказали. Главное
Физики обнаружили гигантский невзаимный перенос заряда в топологическом изоляторе
Квантовая физика (рассказывает физик Дмитрий Бочаров и др.) Новости дня от, интервью, репортажи, фото и видео, новости Москвы и регионов России, новости экономики, погода. 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. Изучение суперхимии открывает дорогу к ускорению химических реакций, а суперпарамагнетизма — к созданию очень мощных и быстрых компьютеров, работающих при комнатной температуре. Подробности — в обзоре новостей квантовой физики. свежие новости дня в Москве, России и мире.
Российские учёные развивают технологии на основе квантовой физики вместо классической
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. О квантовой коррекции ошибок Многие физики в настоящее время предполагают, что дальнейшее развитие квантовых компьютеров потребует создания систем, способных автоматически находить и корректировать случайные ошибки в их работе.
Предположим, что мы изготовили пару одинаковых частиц A и B, которые в начальный момент начинают движение в строго противоположных направлениях с равными импульсами и, следовательно, скоростями такая операция возможна и в сфере действия квантовой механики.
Принцип неопределенности не позволяет одновременно точно измерить положение и импульс каждой частицы в любой из последующих моментов, но это и не требуется. Позволим квантовым близняшкам удалиться друг от друга подальше, а затем, когда нам это заблагорассудится, определим координаты частицы A, что в идеале можно сделать с нулевой погрешностью. Тем самым мы немедленно получаем стопроцентно достоверную информацию о том, где находилась в тот же момент и частица B. Отметим, что наша аппаратура взаимодействовала исключительно с частицей A, а состояние второй частицы оставалось невозмущенным.
Следовательно, положение частицы B следует счесть элементом физической реальности. Вместо того, чтобы выяснять координаты частицы B, мы можем измерить ее импульс, причем опять-таки идеально точно. Поскольку суммарный импульс пары равен нулю, мы автоматически узнаем и величину импульса частицы A, ни в коей мере ее не трогая. Следовательно, и эта величина — элемент физической реальности.
Однако уравнения квантовой механики позволяют вычислить положение и импульс частицы лишь приближенно, с той степенью точности, которую допускает соотношение неопределенностей. А если это так, делают вывод ЭПР, то квантовомеханическое описание реальности не является полным. Что и требовалось доказать. Реакция столпов физического сообщества на эту работу была предсказуемо жесткой.
Вольфганг Паули без обиняков написал Гейзенбергу, что Эйнштейн поставил себя в дурацкое положение. Бор сначала сильно осерчал, а потом стал придумывать опровержение. После трехмесячных раздумий он провозгласил на страницах того же самого журнала, что мысленный эксперимент ЭПР отнюдь не отменяет соотношения неопределенностей и не создает препятствий для применения квантовой механики. Бор подчеркнул, что Эйнштейн вправе полагать квантовую теорию неполной, но ее практическая эффективность от этого не уменьшается.
Правда, аргументы Бора были довольно невнятными, а лет через десять он как-то признался, что уже сам не может в них разобраться. С «Папой» Бором согласились почти все теоретики, кроме Эрвина Шрёдингера. Он тщательно продумал смысл ЭПР-парадокса и пришел к чрезвычайно глубокому выводу, который следует процитировать. Если две системы, состояния которых нам известны, временно вступают в физическое взаимодействие, а затем разделяются вновь, то их уже нельзя описывать прежним образом, то есть утверждать, что каждая система пребывает в своем собственном состоянии.
Я считаю это обстоятельство самой характерной чертой квантовой механики, разделяющей ее и классическую науку. Так без большого шума в восьмистраничной статье одного из великих отцов-основателей квантовой механики впервые появилось это самое квантовое «спутывание» E. Discussion of probability relations between separated systems. Шрёдингер первым осознал, что логический анализ ЭПР-парадокса ведет к важнейшему выводу: квантовая механика допускает такие состояния физических систем, при которых корреляции между их элементами оказываются сильнее любых корреляций, допускаемых классической физикой!
Эти состояния он и назвал спутанными, в немецком оригинале Verschrankung. Отсюда следует, что каждая такая система представляет собой единое целое, не допускающее разделения на независимые части. Это свойство квантовых систем принято называть нелокальностью. Шрёдингер с самого начала вполне осознал глубину этой идеи — не случайно он как-то сказал Эйнштейну, что тот своим мысленным экспериментом схватил за горло догматическую квантовую механику.
Однако важность КС была по-настоящему осознана большинством физиков значительно позже. Стоит отметить, что в другой работе того же 1935 года Шрёдингер описал и ставший знаменитым воображаемый эксперимент с запертым в ящике котом E. Дэвид Бом и его схема В начале 50-х годов американский физик Дэвид Бом сформулировал новую версию ЭПР-эксперимента, которая резче демонстрировала его парадоксальность и упрощала его математический анализ. Он рассмотрел пару одинаковых квантовых частиц с половинным спином, изначально изготовленную так, чтобы их полный спин равнялся нулю.
К примеру, такую пару можно получить при распаде бесспиновой частицы. Для определенности назовем эти частицы электронами. После распада они станут удаляться от зоны рождения в различных направлениях. Поставим на их пути магнитные детекторы, измеряющие спин.
В идеальной модели такого прибора электроны движутся сквозь щель, пронизанную параллельными силовыми линиями постоянного, но неоднородного магнитного поля на деле, естественно, всё несколько сложнее. Из-за своей квантовой природы до измерения спин вообще не имеет определенной ориентации, а после него он ориентируется либо в направлении поля, либо против него скажем, вверх или вниз, если поле вертикально. Теперь проведем ЭПР-эксперимент «по Бому». Пусть один детектор сообщил, что спин «его» электрона направлен вверх.
Теперь можно утверждать, что спин второго электрона глядит вниз. И опыт это подтверждает. Пусть второй электрон движется в сторону более удаленного детектора с такой же ориентацией поля. Этот прибор с некоторой задержкой отметит, что электронный спин направлен вниз, как и ожидалось.
Таким образом, мы достоверно предсказали спин второй частицы, никак на нее не воздействуя. Согласно логике ЭПР, направление ее спина считается элементом физической реальности. В чем же парадокс? Допустим, что детекторы ориентированы иначе, скажем слева направо.
Если спин одного электрона смотрит вправо, мы должны заключить, что спин второго направлен влево. Странный это элемент физической реальности, если его можно изменять по собственному усмотрению! Но это еще полбеды. Установим теперь ближний детектор вертикально, а дальний — ортогонально ему, слева направо.
Если наблюдатель у первого детектора увидит, что спин смотрит вверх, он посчитает, что спин электрона-партнера направлен вниз. Однако второй прибор регистрирует значения спина не по вертикали, а перпендикулярно ей. Квантовомеханические расчеты показывают, что при повторении этого эксперимента спин второго электрона в половине случаев будет смотреть вправо, а в половине — влево. Тогда второй наблюдатель вроде бы сможет с полным основанием заключить, что спин первого электрона направлен, соответственно, влево или вправо.
В итоге выводы двух наблюдателей окажутся несовместимыми друг с другом. Что же делать с физической реальностью? С точки зрения Бора, никакого парадокса тут нет. Если ориентация спина возникает лишь в ходе измерения, то не приходится говорить о ней вне экспериментального контекста.
Однако вспомним, что мы вольны в выборе детекторов. Откуда спину заранее знать, в каком направлении его измерят? Похоже, что первый электрон мгновенно сообщает своему близнецу о том, что он проскочил через детектор. Но ведь никакого физического взаимодействия между ними нет, так как же они ухитряются общаться?
Так что, если задуматься, копенгагенская интерпретация тоже не беспроблемна. Из этого тупика можно выбраться с помощью догадки Шрёдингера: система из двух связанных общим процессом рождения электронов принципиально нелокальна, так уж устроен мир. Отсюда с необходимостью следует, что квантовые корреляции сильнее классических. Тогда всё встает на свои места.
Мы изготовили пару электронов в спутанном состоянии, отсюда и вся необычность их поведения в ЭПР-эксперименте. Но Шрёдингер сформулировал свою гипотезу словесно, для физики этого маловато. Можно ли перевести ее на язык чисел, чтобы проверить с помощью измерений? Белловский прорыв Эту задачу первым поставил и успешно разрешил чрезвычайно одаренный ирландский физик, имя которого, к сожалению, и сейчас не слишком известно широкой публике.
Критическая масса людей, интеллектуальный потенциал для развития этого направления есть. Сейчас мы вступили в активную фазу реализации Дорожной карты по квантовым вычислениям координирует Росатом. Это очень важный проект, объединяющий в рамках страны различные научные группы, которые решают задачи квантовых технологий. Мы уже видим первые результаты консолидации научного сообщества в этом направлении. Есть ли дефицит компонентов, есть ли утечка мозгов? Нынешнюю ситуацию вы рассматриваете как тёмный период или как время возможностей? Вы знаете, очень осторожное отношение к поставкам иностранного оборудования началось гораздо раньше. Эта сфера в последние пять лет постепенно становилась стратегической и всё более и более зарегулированной. И кардинального изменения в связи с санкциями не произошло.
Это был логичный шаг, которому предшествовало всё возрастающее внимание к экспорту технологичных товаров со стороны стран Запада. Конечно, такие глобальные ситуации, как сейчас, осложняют работу и научное взаимодействие. Ведь наука, особенно в таких областях, носит международный характер. Во многих научных публикациях принимают одновременное участие учёные из самых разных стран мира. Поэтому хотелось бы, чтобы текущая ситуация не касалась напрямую возможностей для научного сотрудничества. Страны между собой обмениваются учёными, и это в карьере учёного совершенно нормально: закончить первую ступень образования в одной стране, потом поступить в магистратуру в другой стране, в аспирантуру — в третьей, а работать — вообще в четвёртой, пятой. Потом вернуться к себе на родину или остаться. Это абсолютно нормальные этапы развития. Есть такой тренд во всех странах мира: после определённого цикла получения опыта учёным стараются создать условия для работы в родной стране.
Здесь пример демонстрирует Китай со своей национальной программой «1000 талантов». Она позволила вернуть огромное количество учёных — и сделать значительный скачок в квантовых технологиях и не только. Именно это становится основным трендом. Успешно у нас возвращают мозги? Есть примеры успешных возвратов. Вот я учился во Франции, а когда передо мной стоял выбор, куда поехать, я поехал работать в лабораторию в России. Есть примеры моих коллег, которые либо полностью вернулись, либо проводят здесь существенную часть своего времени. Но мы привыкли к термину «утечка мозгов», боимся его. Приведу пример: в Германии очень существенный процент людей уезжают после аспирантуры работать в Америку.
Но там никто не говорит о какой-то утечке мозгов. Люди за океаном набираются опыта, потом возвращаются и создают в Германии передовые лаборатории. В одном из ведущих немецких научных центров очень много людей именно с опытом работы в Северной Америке. Поэтому наш фокус должен быть не на величине оттока и связанном с этим расстройстве, а на создании условий для притока. А что может и должно сделать государство, чтобы этот научный импульс не пропал? Мне кажется, очень важный аспект — это долгосрочные программы финансирования. Вот сейчас есть замечательная программа, которая работает в масштабе 3—5 лет, — гранты Российского научного фонда, которые позволяют молодым учёным создать собственную научную группу с очень большой степенью поддержки. Во многом благодаря поддержке РНФ была создана и моя собственная научная группа. Для этой президентской программы горизонт — три года, после которых грант могут пролонгировать.
Для людей, которых мы хотим привлечь, наверное, можно было бы создавать ещё более простые цепочки более долгосрочных программ финансирования с горизонтом в 10—20 лет. Ведь во многих научных областях для получения результатов необходимо не три года, а пять, десять, пятнадцать лет с изменением стратегии по ходу дела. Сейчас всё так бурно развивается, что спланировать что-либо на долгий срок невозможно. Так что нужны гибкость и готовность изменять планы, и одновременно долгосрочное планирование. Так мы создадим более привлекательные условия. Однако, повторюсь, уже достигнуты замечательные результаты в создании системы поддержки передовых исследований. Имеет ли смысл вкладываться в квантовые технологии сейчас? Как у нас вообще обстоят дела с частным финансированием в этом секторе? Моя точка зрения здесь довольно радикальна: нет вопроса, можно ли вкладываться, есть ответ, что не вкладываться нельзя.
Эйнштейну понадобилось пять лет, чтобы соотнести эти чисто теоретические кванты с тем фактом, что падающий на какую-то поверхность свет выбивает из неё электроны, и притом скорость их вылетания абсолютно не зависит от интенсивности света, а зависит только от частоты. Это называется фотоэффектом. Фото 1931 года. 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.
Квантовая запутанность
- Форма успешно отправлена!
- Первые в мире: ученые МФТИ добились прорыва в области квантовых компьютеров
- Экспериментаторы надеются зафиксировать колебания массы атомов
- Новости квантовой физики
#квантовая физика
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. Интернет будущего будет квантовым и сольется с мозгом.
Он будет называться "брейнет" англ. Человек будет просто думать, а его мысли будут переноситься по всему миру, взаимодействуя с другими мыслями или вещами.
Есть такой тренд во всех странах мира: после определённого цикла получения опыта учёным стараются создать условия для работы в родной стране. Здесь пример демонстрирует Китай со своей национальной программой «1000 талантов». Она позволила вернуть огромное количество учёных — и сделать значительный скачок в квантовых технологиях и не только. Именно это становится основным трендом.
Успешно у нас возвращают мозги? Есть примеры успешных возвратов. Вот я учился во Франции, а когда передо мной стоял выбор, куда поехать, я поехал работать в лабораторию в России. Есть примеры моих коллег, которые либо полностью вернулись, либо проводят здесь существенную часть своего времени. Но мы привыкли к термину «утечка мозгов», боимся его. Приведу пример: в Германии очень существенный процент людей уезжают после аспирантуры работать в Америку.
Но там никто не говорит о какой-то утечке мозгов. Люди за океаном набираются опыта, потом возвращаются и создают в Германии передовые лаборатории. В одном из ведущих немецких научных центров очень много людей именно с опытом работы в Северной Америке. Поэтому наш фокус должен быть не на величине оттока и связанном с этим расстройстве, а на создании условий для притока. А что может и должно сделать государство, чтобы этот научный импульс не пропал? Мне кажется, очень важный аспект — это долгосрочные программы финансирования.
Вот сейчас есть замечательная программа, которая работает в масштабе 3—5 лет, — гранты Российского научного фонда, которые позволяют молодым учёным создать собственную научную группу с очень большой степенью поддержки. Во многом благодаря поддержке РНФ была создана и моя собственная научная группа. Для этой президентской программы горизонт — три года, после которых грант могут пролонгировать. Для людей, которых мы хотим привлечь, наверное, можно было бы создавать ещё более простые цепочки более долгосрочных программ финансирования с горизонтом в 10—20 лет. Ведь во многих научных областях для получения результатов необходимо не три года, а пять, десять, пятнадцать лет с изменением стратегии по ходу дела. Сейчас всё так бурно развивается, что спланировать что-либо на долгий срок невозможно.
Так что нужны гибкость и готовность изменять планы, и одновременно долгосрочное планирование. Так мы создадим более привлекательные условия. Однако, повторюсь, уже достигнуты замечательные результаты в создании системы поддержки передовых исследований. Имеет ли смысл вкладываться в квантовые технологии сейчас? Как у нас вообще обстоят дела с частным финансированием в этом секторе? Моя точка зрения здесь довольно радикальна: нет вопроса, можно ли вкладываться, есть ответ, что не вкладываться нельзя.
В своё время отсутствие должной степени внимания к некоторым областям, таким как микроэлектроника, сейчас привело к определённым сложным последствиям. И совершенно понятно, что все развитые страны много инвестируют в квантовые технологии не случайно, поскольку видят в них очень серьёзный потенциал. Здесь основное финансирование — и в России, и в мире — идёт от государства. Понятно почему: оно фундаментальное и достаточно наукоёмкое. С другой стороны, есть и подвижники, частные компании. Например, я могу сказать, что Газпромбанк сильно помогает Российскому квантовому центру, Росатом направляет свои частные средства на финансирование Дорожной карты квантовых вычислений.
Важно увеличивать эту пропорцию частного финансирования — не в абсолютном значении денег, а скорее в росте возможности сфокусироваться на тех задачах, которые в будущем будут интересны индустриальному партнёру, инвестору. Не просто создать квантовый компьютер, а создать квантовый компьютер с алгоритмами и методами, делающими возможным следующий этап его применения. Я думаю, что без вовлечения частных инвесторов и их участия деньгами и экспертизой это так не заработает. Какие препятствия есть у квантовой науки, чтобы перейти из плоскости теории и чисто научных изысканий к созданию реального продукта, меняющего общество? В общем и целом сейчас есть два основных препятствия. С одной стороны, квантовые технологии развивать сложно, здесь много есть сложных наукоёмких вопросов, на которые ещё предстоит найти ответы.
Например, мы до сих пор ищем ту элементную базу, тот физический принцип, на котором квантовые компьютеры будут построены. Если в какой-то момент в микроэлектронике мы стали использовать кремниевые интегральные схемы и пошли по пути их совершенствования и масштабирования, здесь этот аналог ещё не найден. В данный момент мы идём по нескольким направлениям. В Дорожной карте выделены четыре основные направления: атомы, ионы, фотоны и сверхпроводники. Важно отметить, что до конца никто не знает, какое направление станет лидером.
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. Подробнее о проблематике, удостоившейся внимания Нобелевского комитета в предыдущие годы, можно прочитать в статьях по ссылкам выше.
Отсюда следует, что каждая такая система представляет собой единое целое, не допускающее разделения на независимые части. Это свойство квантовых систем принято называть нелокальностью. Шрёдингер с самого начала вполне осознал глубину этой идеи — не случайно он как-то сказал Эйнштейну, что тот своим мысленным экспериментом схватил за горло догматическую квантовую механику. Однако важность КС была по-настоящему осознана большинством физиков значительно позже. Стоит отметить, что в другой работе того же 1935 года Шрёдингер описал и ставший знаменитым воображаемый эксперимент с запертым в ящике котом E. Дэвид Бом и его схема В начале 50-х годов американский физик Дэвид Бом сформулировал новую версию ЭПР-эксперимента, которая резче демонстрировала его парадоксальность и упрощала его математический анализ. Он рассмотрел пару одинаковых квантовых частиц с половинным спином, изначально изготовленную так, чтобы их полный спин равнялся нулю. К примеру, такую пару можно получить при распаде бесспиновой частицы. Для определенности назовем эти частицы электронами. После распада они станут удаляться от зоны рождения в различных направлениях. Поставим на их пути магнитные детекторы, измеряющие спин. В идеальной модели такого прибора электроны движутся сквозь щель, пронизанную параллельными силовыми линиями постоянного, но неоднородного магнитного поля на деле, естественно, всё несколько сложнее. Из-за своей квантовой природы до измерения спин вообще не имеет определенной ориентации, а после него он ориентируется либо в направлении поля, либо против него скажем, вверх или вниз, если поле вертикально. Теперь проведем ЭПР-эксперимент «по Бому». Пусть один детектор сообщил, что спин «его» электрона направлен вверх. Теперь можно утверждать, что спин второго электрона глядит вниз. И опыт это подтверждает. Пусть второй электрон движется в сторону более удаленного детектора с такой же ориентацией поля. Этот прибор с некоторой задержкой отметит, что электронный спин направлен вниз, как и ожидалось. Таким образом, мы достоверно предсказали спин второй частицы, никак на нее не воздействуя. Согласно логике ЭПР, направление ее спина считается элементом физической реальности. В чем же парадокс? Допустим, что детекторы ориентированы иначе, скажем слева направо. Если спин одного электрона смотрит вправо, мы должны заключить, что спин второго направлен влево. Странный это элемент физической реальности, если его можно изменять по собственному усмотрению! Но это еще полбеды. Установим теперь ближний детектор вертикально, а дальний — ортогонально ему, слева направо. Если наблюдатель у первого детектора увидит, что спин смотрит вверх, он посчитает, что спин электрона-партнера направлен вниз. Однако второй прибор регистрирует значения спина не по вертикали, а перпендикулярно ей. Квантовомеханические расчеты показывают, что при повторении этого эксперимента спин второго электрона в половине случаев будет смотреть вправо, а в половине — влево. Тогда второй наблюдатель вроде бы сможет с полным основанием заключить, что спин первого электрона направлен, соответственно, влево или вправо. В итоге выводы двух наблюдателей окажутся несовместимыми друг с другом. Что же делать с физической реальностью? С точки зрения Бора, никакого парадокса тут нет. Если ориентация спина возникает лишь в ходе измерения, то не приходится говорить о ней вне экспериментального контекста. Однако вспомним, что мы вольны в выборе детекторов. Откуда спину заранее знать, в каком направлении его измерят? Похоже, что первый электрон мгновенно сообщает своему близнецу о том, что он проскочил через детектор. Но ведь никакого физического взаимодействия между ними нет, так как же они ухитряются общаться? Так что, если задуматься, копенгагенская интерпретация тоже не беспроблемна. Из этого тупика можно выбраться с помощью догадки Шрёдингера: система из двух связанных общим процессом рождения электронов принципиально нелокальна, так уж устроен мир. Отсюда с необходимостью следует, что квантовые корреляции сильнее классических. Тогда всё встает на свои места. Мы изготовили пару электронов в спутанном состоянии, отсюда и вся необычность их поведения в ЭПР-эксперименте. Но Шрёдингер сформулировал свою гипотезу словесно, для физики этого маловато. Можно ли перевести ее на язык чисел, чтобы проверить с помощью измерений? Белловский прорыв Эту задачу первым поставил и успешно разрешил чрезвычайно одаренный ирландский физик, имя которого, к сожалению, и сейчас не слишком известно широкой публике. Уроженец Белфаста Джон Стюарт Белл 1928—1990 прожил недолго, злая судьба послала ему раннюю смерть от кровоизлияния в мозг. Он долго работал в Европейском центре ядерных исследований, где много сделал в области теории элементарных частиц и конструирования ускорителей. В 1964 году Белл, который тогда получил отпуск в ЦЕРНе ради временного пребывания в Брандейском и Висконсинском университетах, заинтересовался основами квантовой механики, в частности ЭПР-парадоксом. Результатом этих раздумий стало строгое математической доказательство возможности надежной экспериментальной проверки гипотезы существования спутанных состояний J. Bell, 1964. On the Einstein Podolsky Rosen paradox. Его иногда именуют теоремой Белла, хотя он сам в своей статье это название не использовал. Джон Белл 1979 год. Фото с сайта en. Белл сформулировал первое из названных его именем неравенств, которые в принципе как раз и позволяют осуществить проверку гипотезы скрытых параметров. В содержательном плане суть его выводов состоит в утверждении, что никакое описание микропроцессов, основанное на этой гипотезе, не может объяснить все без исключения статистические результаты, получаемые в рамках стандартной квантовой механики. Со временем в теоретической физике возникло целое направление, посвященное поиску новых вариантов теоремы Белла. Математика первой статьи Белла в принципе не слишком сложна, но для воспроизведения в популярном тексте, конечно, не подходит. Однако суть его выводов можно передать и без технических деталей. Белл показал, как можно подтвердить или опровергнуть реальность спутанных состояний на основе бомовской версии мысленного эксперимента ЭПР. Во-первых, нужно использовать не два детектора спина, а не меньше трех, а еще лучше — четыре. Во-вторых, детекторы следует располагать не параллельно или ортогонально, а под произвольными углами. Вот идеальная схема такого контрольного эксперимента. Пусть вновь имеется источник электронных пар с нулевым суммарным спином, посылающий частицы в противоположных направлениях, скажем влево и вправо. Поставим там по паре магнитных детекторов, повернув их по отношению друг к другу на произвольный угол. После каждого «включения» источника срабатывает один левый и один правый детектор, но какие именно — заранее не известно. А дальше — самое главное. В итоге получим функцию назовем ее S , зависящую от угла, под которым установлены детекторы для интересующихся, речь идет о математическом ожидании. Из теоремы Белла следует, что для неспутанных частиц значения этой функции при любом расположении детекторов всегда лежат в промежутке от минус двух до плюс двух это и есть одна из версий неравенства Белла. Такой вывод следует лишь из предположения, что каждый член любой электронной пары, уйдя от источника, сохраняет свое собственное состояние, не подвергаясь воздействию далекого близнеца. Если же это не так, если электроны-партнеры даже вдали от источника не локализованы в полностью автономных состояниях, а связаны друг с другом квантовомеханической спутанностью, то выполнение неравенства Белла не гарантируется.
Чем занимались физики в 2023 году
| Квантовые технологии — Квантовые вычисления, алгоритмы и вот это всё / Хабр | Новости квантовой физики. 14 августа 2023 года. Главные Заголовки. Массивы квантовых стержней могли бы улучшить телевизоры или устройства виртуальной реальности. |
| Мир квантов: как люди могут воспользоваться их открытием — 05.10.2023 — Статьи на РЕН ТВ | Вероятно, в какой-то момент, когда критическая масса развитых квантовых технологий, нашего понимания физики и экспертизы перевалит некую черту, начнется эра полностью квантовых машин. |
| Квантовые технологии изменят мир. Новости квантовых компаний. | свежие новости дня в Москве, России и мире. |