Квантовая физика (рассказывает физик Дмитрий Бочаров и др.) Новости дня от, интервью, репортажи, фото и видео, новости Москвы и регионов России, новости экономики, погода.

Нобелевскую премию по физике присудили за квантовую запутанность

Столь низкая температура нужна для сохранения эффекта сверхпроводимости, который необходим для работы квантовых компьютеров. Результаты исследования опубликованы сегодня в престижном научном журнале Nature Materials. Разработки Алексея Кавокина и его коллег связаны с созданием поляритонной платформы для квантовых вычислений. Одно из главных ее преимуществ — возможность проводить квантовые вычисления при комнатной температуре.

Поляритонный лазер, работающий на открытом Алексеем Кавокиным и его коллегами принципе бозе-эйнштейновской конденсации экситонных поляритонов при комнатной температуре, позволяет создавать кубиты — базовые элементы квантовых компьютеров. Кубиты реализуются методом лазерного облучения искусственных полупроводниковых структур — микрорезонаторов. В новом исследовании ученым удалось впервые экспериментально наблюдать, как в самом тонком в мире полупроводнике — тончайшем слое кристалла диселенида молибдена MoSe2 толщиной всего в один атом — формируется конденсат Бозе — Эйнштейна, то есть десятки тысяч квантов «жидкого света», точное имя которых — экситонные поляритоны.

Эти частицы обладают свойствами как света, так и обычных материальных частиц, и их можно использовать в качестве носителей информации.

Противоречит ли Кант Эйнштейну, а квантовая теория — теории относительности? Что такое пространство и время? На эти и многие другие вопросы постарались ответить в ходе научной сессии «Фундаментальная важность Канта для физики XXI века» на Международном Кантовском конгрессе в Калининграде. Канта» С одноименным докладом выступил доктор Эккарт Штайн из Германии. Он отметил, что философия великого мыслителя не играла большой роли в физике XX века. Более того, существовало противопоставление постулатов Эйнштейна и Канта. Многие ученые утверждают, что взгляды знаменитого физика вместе с копенгагенской квантовой теорией фактически отменили труды философа. В чем суть научного противостояния? Эйнштейн говорил, что такие понятия, как правда и красота, независимы от человека и существуют как бы отдельно от него.

В то же время мы можем осознать лишь то, что видим. Это коррелирует с теорией относительности.

Это довольно сильное утверждение: для любых систем и процессов появляется направление эволюции во времени — от состояния с меньшей энтропией к состоянию с большей энтропией. Именно этим объясняется, например, что если вы проткнете иголкой надутый шарик, то воздух из него начнет выдуваться наружу, а не втягиваться внутрь. Равенство же энтропии в двух различных состояниях означает обратимость процесса перехода от одного состояния к другому. При изучении процессов, связанных с квантовой запутанностью ситуацией, когда состояния отдельных частиц в группе не могут быть описаны независимо друг от друга, и корректно говорить лишь об общем многочастичном состоянии — подробнее об этом и базовых понятиях квантовой теории можно прочитать в материале «Квантовые технологии» , выяснилось , что в рамках некоторых допущений можно ввести схожую с энтропией функцию — «энтропию запутанности» квантового состояния. Для ряда задач удалось доказать, что равенство энтропий запутанности — критерий обратимости операций, переводящих одно запутанное состояние в другое. До недавнего времени считалось, что это может быть указанием на фундаментальную аналогию между квантовой теорией и термодинамикой — теоретики пытались придумать или опровергнуть существование энтропии запутанности и закона ее неубывания в общем случае.

Например, для обычных суперкомпьютеров существуют неразрешимая задача сортировки потенциальных кандидатов на получение лекарств - для решения потребуется время вычислений, превышающее текущую продолжительность жизни Вселенной". Новое исследование противоречит мнению Альберта Эйнштейна. Точный механизм пока не определен, но эксперименты новых нобелевских лауреатов доказывают, что квантовая теория действительно описывает естественный мир и что запутанность существует. Это открытие подготовило почву для совершенно новой отрасли вычислительной техники. Сейчас идет гонка за разработкой первых коммерческих квантовых компьютеров, на карту которых потенциально поставлены огромные богатства. Новые небольшие публичные компаний, занимающихся квантовыми технологиями, будут испытывать трудности с получением значительного дохода в течение многих лет. Однако в какой-то момент квантовые технологии изменят мир. Квантовые скачки После короткого периода ажиотажа инвесторы начали осознавать длительные сроки реализации квантовых проектов. Публичные компании, занимающиеся квантовыми технологиями, в 2022 году понесли значительные убытки. Особенно на фоне выхода инвесторов из высокорисковых активов: Источник: Bloomberg, данные на 27.

Долгожданный прорыв: квантовые вычисления стали более надежными

На сайте собрана основная информация о главных новостях, инициативах, проектах и мероприятиях Десятилетия науки и технологий. Все новости с тегом. Квантовые технологии. Статья Квантовая физика, Квантовые точки принесли ученому из России Нобелевскую премию, Разработан первый в мире квантовый аналог механического двигателя. Квантовая физика называется разделом теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-силовые системы, взаимодействия и законы их движения.

Чем занимались физики в 2023 году

И почему квантовые роботы лучше обычных? Что такое квант "Мы вот-вот оставим цифровой век позади, и наступит квантовая эра, которая принесет невообразимые научные и социальные изменения. Миром станут править квантовые компьютеры", — заявил физик, популяризатор науки и футуролог Мичио Каку. Но что же такое кванты и почему ученые говорят о революции? То есть, чтобы вы понимали, мир, который нас окружает, все, из чего он состоит, это элементарные частицы.

И квант — это одна из элементарных частиц", — пояснил кандидат технических наук, доцент Московского технического университета связи и информатики Олег Колесников. И все это обеспечивает невероятную скорость работы суперкомпьютера. А квинтиллион — это цифра с 18 нулями. Сравнивать скорость работы Frontier со скоростью работы вашего ноутбука, это как сравнивать скорость улитки и сверхзвукового истребителя", — отметил профессор машиностроения и физики Массачусетского технологического института Сет Ллойд.

А все потому, что в основе японского чуда — не обычные процессоры, а квантовые. Ведь большинство квантовых компьютеров могут работать только при температурах, близких к абсолютному нулю, когда все замедляется и "шум" окружающей среды минимален", — рассказал руководитель группы экспериментальных квантовых вычислений компании — производителя квантовых компьютеров Джери Чоу. Но дело не только в размерах. В классических ЭВМ информация зашифрована в битах, то есть в нулях и единицах, а в квантовых — в кубитах.

Один кубит — это атом или фотон — мельчайшая частица вещества или энергии.

Каждый кубит представляет единицу или ноль, или, как ни странно, и единицу, и ноль одновременно. Этот «квантовый параллелизм» — одно из свойств, которое позволяет квантовым компьютерам выполнять вычисления. Потенциально — на несколько порядков быстрее, чем это возможно на классических суперкомпьютерах. В чем проблема квантовых вычислений?

Однако квантовые системы хрупки. Их преследует фундаментальное явление декогеренции — процесс, при котором информация, хранящаяся в кубитах, быстро теряет свои квантовые свойства в результате их взаимодействия с окружающей средой. Простыми словами любое вмешательство внешней среды мешает работе таких систем, делая их невозможными. Это не дает реализовать квантовые компьютеры повсеместно. Решение есть, но не все так просто Квантовая коррекция ошибок, которую теоретически открыли в 1995 году, предлагает средства для борьбы с этой декогерентностью.

Он защищает квантовый бит информации, кодируя его в системе большего размера, чем в принципе необходимо для представления одного кубита. IBM 16 Qubit Processor.

Это также называют эффектом квантовой телепортации. Для определения системы на наличие скрытых параметров в 60-х годах прошлого века физик Джон Белл предложил мысленный эксперимент, который уже в семидесятые годы поставил Джон Клаузер за что ему, в частности, была присуждена Нобелевская премия по физике за 2022 год. В классической системе нашем с вами мире неравенства Белла соблюдаются всегда, тогда как в квантовом мире они нарушаются. Если применить неравенства Белла к запутанным частицам, то случайное измерение двух запутанных частиц одновременно должно либо удовлетворять неравенствам, либо нарушать их. В последнем случае это будет доказательством, что никаких скрытых параметров нет и частицы «передают информацию» по законам квантовой физики — быстрее скорости света.

Учёные из Швейцарской высшей технической школы Цюриха ETH Zurich создали криогенную установку, в которой фотон путешествует дольше, чем ведутся локальные измерения связанных частиц. Измерения длились на несколько наносекунд быстрее.

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.

В этом скрыт небывалый потенциал, который учёные намерены разрабатывать дальше.

Кое-что о квантовой спутанности

Квантовая физика • AB-NEWS
Новые квазичастицы – спинароны
Что это значит
ЖУТКОЕ НА ЖУТКОМ

Что такое кубиты?

Физика - Поиск - новости науки и техники
Квантовые технологии изменят мир. Новости квантовых компаний.
Прорыв уровня Эйнштейна? Создана теория, которая может объяснить весь мир
Популярное
Распутать квантовую запутанность: за что дали «Нобеля» по физике - Hi-Tech

Квантовая физика о Боге, душе и Вселенной

Это открытие подготовило почву для совершенно новой отрасли вычислительной техники. Сейчас идет гонка за разработкой первых коммерческих квантовых компьютеров, на карту которых потенциально поставлены огромные богатства. Новые небольшие публичные компаний, занимающихся квантовыми технологиями, будут испытывать трудности с получением значительного дохода в течение многих лет. Однако в какой-то момент квантовые технологии изменят мир. Квантовые скачки После короткого периода ажиотажа инвесторы начали осознавать длительные сроки реализации квантовых проектов. Публичные компании, занимающиеся квантовыми технологиями, в 2022 году понесли значительные убытки. Особенно на фоне выхода инвесторов из высокорисковых активов: Источник: Bloomberg, данные на 27. Среди участников сражения за квантовое превосходство - крупнейшие игроки в области "классических" вычислений, которые создают квантовое оборудование: американские Microsoft, Intel, Alphabet, Amazon. На другом конце шкалы - небольшие компании, которые на волне квантовой шумихи вышли на публичные рынки: Rigetti Computing, D-Wave Quantum и IonQ. В отчете Boston Consulting Group за 2021 г.

Но совсем скоро эти воры останутся не у дел. Потому что защищать наши деньги будут при помощи квантовой криптографии, или, как ее еще называют, квантового распределения ключей. То есть мы используем только одни маленькие очень сильно ослабленные лазерные импульсы. И потом с их помощью, скажем так, передаем ключ. В этом случае не происходит передачи непосредственной информации. Мы передаем именно ключ", — пояснила кандидат физико-математических наук, доцент Московского технического университета связи и информатики Татьяна Казиева. Квантовый ключ представляет собой шифр, и передают его при помощи фотонов света — квантов. Если вы знаете шифр, а точнее, не вы, а ваш компьютер или телефон, они автоматически расшифровывают секретное сообщение. Это может быть что угодно: электронная подпись, информация из банка или страховой компании. При этом злоумышленники добраться до них никогда не смогут. Система тут же отреагирует на любую попытку взлома. Но это не все, на что способны кванты. Два года назад в США сумели перевести в квантовое состояние зеркала антенны массой десять килограммов. Это назвали едва ли не величайшим событием десятилетия — огромные зеркала подобно квантам находились в лаборатории и за ее пределами.

Разработан первый в мире квантовый аналог механического двигателя 28 сентября 2023 года японские исследователи из Окинавского института науки и технологий OIST сообщили о создании первого в мире квантового аналога механического двигателя. В работах приняли участие немецкие ученые из Технического университета Кайзерслаутерна-Ландау и Штутгартского университета. Предложенная концепция для получения энергии использует принципы квантовой механики вместо традиционного воспламенения топлива — как происходит, например, в двигателе внутреннего сгорания. Авторы проекта предложили задействовать охлажденные фермионы и бозоны в качестве основы для «квантовых двигателей», способных преобразовать энергию этих частиц в механическую работу. 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.

Именно в этот период начались первые исследования в области квантовой механики. Квантовая механика описывает поведение частиц на микроуровне с помощью волновой функции, которая предсказывает вероятность нахождения частицы в определенном состоянии. Основные постулаты квантовой механики включают принцип неопределенности Гейзенберга, что означает, что нельзя одновременно точно определить местоположение и импульс частицы, и принцип суперпозиции, согласно которому частица может находиться во всех возможных состояниях одновременно до момента измерения. 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.

Квантовые технологии

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. 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. 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. В 1964 году физик Джон Белл придумал, как различить в эксперименте две версии квантовой механики — ортодоксальную и со скрытыми параметрами. На сайте собрана основная информация о главных новостях, инициативах, проектах и мероприятиях Десятилетия науки и технологий. 6 мая 2021 Новости. Еще один шаг к квантовому компьютеру: физики впервые показали конденсацию «жидкого света» в полупроводнике толщиной всего в один атом. Международная группа физиков, в которую вошел руководитель лаборатории оптики спина СПбГУ профессор.

Просто о сложном: принцип неопределенности и другие парадоксы квантовой физики

Открытие гравитационных волн в 2017 году и первый снимок черной дыры 2019 год ознаменовали собой новую эру космических исследований — в самом ближайшем будущем мы узнаем много нового о Вселенной и существующих на ее просторах объектах. Так, недавно в журнале Physical Review Letters вышла статья, авторы которой утверждают что эти космические монстры обладают уникальными и причудливыми квантовыми свойствами. Новое исследование имеет отношение к теории квантовой гравитации — одной из нерешенных загадок современной науки.

Они отличаются от обычных битов тем, что могут равняться 0, 1 или находиться в суперпозиции. Что такое квантовая суперпозиция, чаще всего объясняют на примере подброшенной в воздух монетки. Пока она летит, для бросавшего монета находится в суперпозиции: ее значение и орел, и решка. Суперпозиция сохраняется, пока монетку не поймали и не определили, что выпало. Еще один пример — кот Шредингера. Суперпозиция — это состояние кота, пока не открыли крышку ящика, то есть кот жив и мертв одновременно.

В КК суперпозиция сохраняется, пока не производится вычисление кубита, или измерение его состояния: 0 или 1. Именно благодаря этому свойству расчеты на КК производятся быстрее, чем на классических компьютерах. Однако для выполнения сложных алгоритмов на КК важно, чтобы значения одних кубитов были связаны со значениями других. В этом помогает такое явление, как квантовая запутанность. В нем состояния двух или большего числа частиц оказываются взаимосвязанными и их значения всегда противоположные. Если у одной частицы значение 0, то у другой, «запутанной» с ним, гарантированно будет 1. Нередко для объяснения запутанности приводится пример с новой парой носков, когда один, надетый на левую ногу и ставший левым, автоматически превращает свою пару в правый, как бы далеко тот ни находился, причем происходит это моментально. Как сравнивать Многие мировые корпорации громко заявляют о прорывах в создании КК.

Одни говорят о рекордном числе кубитов, другие — о рекорде связанных кубитов, третьи — о рекордной когерентности. Что скрывается за этими рекордами и почему оценивать мощность КК стоит по квантовому объему? Под числом кубитов понимается объем информации, который может храниться и обрабатываться на квантовом компьютере за время когерентности. Чем больше число кубитов, тем больше возможностей для решения сложных задач. Если в обычной системе вычислительная мощность растет квадратично, то есть n2, то в квантовой — экспоненциально 2n n — в данном случае число битов, или кубитов. При этом важно, сколько времени кубиты могут проводить операции без потери информации. Это время называется когерентностью.

Что интересно, о существовании "кота" можно узнать только если открыть оба "ящика" — в противном случае наблюдатель увидит набор не связанных друг с другом фотонов. Используя данную "клетку", физики смогли создать чрезвычайно больших котов Шредингера, состоявших в общей сложности из более 80 фотонов. Это приближает нас к реализации макроскопической версии эксперимента, в которой мы смогли бы видеть "кота" невооруженным глазом.

С ее помощью физики смогут понять, почему мы не видим проявлений "странностей" квантовой механики в повседневной жизни. По словам Шоелкопфа, их "кот" в первую очередь будет интересен физикам, занимающимся разработкой квантовых компьютеров, так как его клетка является одновременно и ячейкой квантовой памяти с пока рекордным сроком работы, и прибором для коррекции ошибок при квантовых вычислениях.

Квантовая коррекция ошибок — это процесс, предназначенный для сохранения квантовой информации в неизменном виде в течение более длительного периода времени, чем если бы та же информация хранилась в аппаратных компонентах без каких-либо исправлений.

Что такое кубиты? Информация в классических вычислениях поступает в виде битов, соответствующих единицам или нулям. В квантовых вычислениях она хранится в специальных устройствах с квантовыми свойствами, которые известны как квантовые биты или «кубиты».

IBM 7 Qubit Device. Фото: Flickr В лаборатории Йельского университета их создают из сверхпроводящих цепей, охлаждаемых до температур в 100 раз ниже, чем в открытом космосе. Каждый кубит представляет единицу или ноль, или, как ни странно, и единицу, и ноль одновременно.

Этот «квантовый параллелизм» — одно из свойств, которое позволяет квантовым компьютерам выполнять вычисления. Потенциально — на несколько порядков быстрее, чем это возможно на классических суперкомпьютерах. В чем проблема квантовых вычислений?

Однако квантовые системы хрупки.