читайте, смотрите фотографии и видео о прошедших событиях в России и за рубежом! Актуальные новости и авторские статьи от Rusbase. Независимое издание о технологиях и бизнесе. Новости науки» Tag» Квантовая механика.
Российские учёные развивают технологии на основе квантовой физики вместо классической
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.
Если поделить время двухкубитной операции на когерентность, то получится количество операций, которые можно совершить за цикл жизни кубита. Соответственно, чем больше операций, тем лучше. Однако, в отличие от классических компьютеров, для КК очень важным параметром является достоверность полученных результатов, потому что его физические свойства подразумевают вероятностный характер вычислений: результат правильный с некоторой вероятностью.
Если точность операций низкая, то прирост вычислительной мощности за счет увеличения числа кубитов будет незначительным. У каждого типа КК свои преимущества и недостатки. Например, КК на ионах обладает очень высокой точностью и когерентностью, но скорость операций и число кубитов пока невелики.
КК на сверхпроводниках имеет самое большое число кубитов на сегодня, но из-за особенностей технологии их точность, как правило, невысокая. Соответственно, некорректно называть их самыми мощными. Для сравнения разных типов КК между собой был предложен квантовый объем.
Если говорить упрощенно, он отражает реальную вычислительную «мощность» квантового компьютера. Где сейчас и как ускориться В России сейчас активно разрабатываются все основные типы квантовых компьютеров: на ионах, атомах, оптических интегральных схемах и на сверхпроводниках. Самый мощный КК в стране построен на ионах и насчитывает 16 кубитов.
Заместитель руководителя группы «Прецизионные квантовые измерения» РКЦ Илья Семериков, который разрабатывает этот КК, рассказывает: «Нам еще только предстоит измерить экспериментально квантовый объем нашего ионного компьютера, но, судя по достоверностям двухкубитных операций и связности, я бы ожидал увидеть 25 или, может быть, 26. Увеличение квантового объема — наша основная задача на сегодня».
Например, появление фотоэффекта и странные спектры излучения атомов не укладывались в рамки классической физики.
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.
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.
Читайте последние новости высоких технологий, науки и техники.
Перепечатка материалов без согласования допустима при наличии активной ссылки на страницу-источник. Направляя нам электронное письмо или заполняя любую регистрационную форму на сайте, Вы подтверждаете факт ознакомления и безоговорочного согласия с принятой у нас Политикой конфиденциальности.
Нобелевскую премию по физике присудили за квантовую запутанность
Пучок электронов пропущен через некое препятствие, в котором два просвета. И попал на этот экран. Но почему-то на экране в итоге получается вот такое нечто, которое рисуется только при распространении волн. Дифракция электронов. Вот в этом научно-популярном фильме физик Джим Аль-Халили объясняет, что будет, если из особой пушки через такое же препятствие с двумя просветами стрельнуть всего лишь ОДНИМ-единственным электроном. Но как только сие непонятно что сталкивается с беспросветным препятствием — превращается в добропорядочную частичку. А дальше — со всеми остановками. За эти сотню с лишним лет после "отчаянного" выступления Планка человечество погрузилось в бездну неизвестности уже довольно глубоко.
Выяснилось, что кванты могут состоять в непостижимых отношениях, как некоторые люди: у одного в далёкой дали что-то меняется, другой немедленно это ощущает и тоже начинает вести себя по-другому. Так называемая квантовая запутанность. Выяснилось, что эти частицы одновременно могут находиться в разных состояниях, отсюда — кот Шрёдингера: суть мысленного эксперимента в том, что кот сидит в коробке, и механизм его убийства сработает в случае распада одного атома, а поскольку квантовые частицы в этом атоме одновременно находятся в разных состояниях, выходит, что кот одновременно и жив, и мёртв. Выяснилось, что кванты проходят через препятствия. Что они самопроизвольно появляются и исчезают.
Появляются мнения, что новая квантовая теория куда более совершенна и уже не вполне соответствует теории относительности.
Здесь появляются так называемые объект и наблюдатель — ключевые фигуры для научного познания. Их взаимодействие как раз и определяет современное развитие физической науки. Объект наблюдения в квантовой физике зависит от наблюдателя. В зависимости от присутствия или отсутствия смотрящего электроны могут вести себя как частицы или волны. Этот парадокс назвали «эффектом наблюдателя». 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.
Тем не менее, уже сегодня есть реальные примеры использования квантовых компьютеров. С 2016 года компания IBM: построила более 30 квантовых компьютеров, более 20 из них сейчас работают в режиме онлайн, организовала доступ к квантовым компьютерам через Интернет. У нас в сети больше квантовых компьютеров, чем во всем остальном мире вместе взятом". За этим направлением гонится множество очень умных людей с большим капиталом. Simone Severini, директор по квантовым технологиям в Amazon Web Services: "Еще предстоит проделать значительную научную и инженерную работу, прежде чем мы получим масштабные квантовые вычисления. Мы видим растущий интерес со стороны клиентов, которые хотят изучить эту технологию. Но еще слишком рано говорить об успешных технологических подходах". Генеральный директор IonQ Pete Chapman говорит: "... К концу 2023 года у компании будут коммерческие приложения для клиентов. У нас есть шанс стать первыми.
Долгое время теоретиков волновал вопрос о природе такой корреляции частиц в спутанной паре. Одно из возможных объяснений — так называемые скрытые переменные. Теория скрытых переменных предполагает, что парадоксы квантовой механики являются следствием неполноты описания природы — отсюда якобы и следует вероятностный характер квантовых предсказаний. Сторонником такой интерпретации был и Эйнштейн, которому приписывают максиму «Бог не играет в кости». В 1960 году Джон Стьюарт Белл вывел математическое неравенство, носящее теперь его имя. Оно чётко формализует эту проблему: если существуют скрытые переменные, корреляция между результатами значительного количества измерений не может превысить некоторого предела. А квантовая механика, в свою очередь, утверждает, что в экспериментах определённого типа неравенство Белла нарушается, то есть возможна более сильная корреляция квантовых частиц. Он работал с атомами кальция, которые могут излучать спутанные фотоны при облучении их светом с определёнными свойствами. Сущность экспериментов была в измерении поляризации двух фотонов в спутанной паре при помощи специальных фильтров. После целой серии измерений удалось показать, что неравенство Белла нарушается. Ален Аспе Alain Aspect из университета Париж — Сакле и Высшей школы политехники развил схему эксперимента, устранив некоторые подводные камни. Он использовал новый способ возбуждения атомов, так, что удалось добиться более высокой интенсивности испущенных фотонов.
Первые в мире: ученые МФТИ добились прорыва в области квантовых компьютеров
Фактически квантовые явления в виде группового взаимодействия электронов можно использовать как макрообъекты, что упростит эксперименты в области квантовой физики и позволит использовать эти явления в обычной электронике и не только. Квантовая физика называется разделом теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-силовые системы, взаимодействия и законы их движения. В данном разделе вы найдете много статей и новостей по теме «квантовая физика». Физики из МФТИ совместно с коллегами из Франции экспериментально показали, что атомы примесей в полупроводниках могут формировать долгоживущие устойчивые квантовые состояния. Физики из Китая, например, создали квантовый компьютер, работающий на фотонах, и за 200 секунд он провел бозонную выборку — это мегасложное вычисление, на которое могло уйти полмиллиарда лет работы самого быстрого суперкомпьютера.
Прорыв уровня Эйнштейна? Создана теория, которая может объяснить весь мир
Австриец Цайлингер смог экспериментально показать возможность квантовой телепортации, то есть изменение квантового состояния частицы из запутанной пары при изменении состояния другой, которая находится далеко от нее. Запутанные частицы влияют на состояние друг друга, даже если между ними больше тысячи километров. В 2021 году Нобелевской премией по физике были награждены Джорджио Паризи за открытие взаимодействия между беспорядком и флуктуациями в физических системах, а также Клаус Хассельман и Сюкуро Манабе за физическое моделирование климата Земли. В 2019 и 2020 годах Нобелевскую премию присуждали за работы, так или иначе связанные с космосом. Накануне было объявлено имя лауреата Нобелевской премии по физиологии и медицине. В 2022 году победителем в этой номинации стал шведский биолог Сванте Паабо за исследование эволюции человека.
Simone Severini, директор по квантовым технологиям в Amazon Web Services: "Еще предстоит проделать значительную научную и инженерную работу, прежде чем мы получим масштабные квантовые вычисления. Мы видим растущий интерес со стороны клиентов, которые хотят изучить эту технологию. Но еще слишком рано говорить об успешных технологических подходах". Генеральный директор IonQ Pete Chapman говорит: "... К концу 2023 года у компании будут коммерческие приложения для клиентов. У нас есть шанс стать первыми. В ближайшие несколько лет рынок будет принадлежать нам". Применение квантовых технологий Квантовые компьютеры никогда не заменят обычные вычисления. Вы никогда не будете использовать их для проверки электронной почты, игр или работы в Excel, и не будет квантовых смартфонов или ноутбуков. Вместо этого квантовые системы будут работать в тандеме с обычными вычислениями для решения проблем, которые не могут быть решены с помощью нынешних технологий.
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.
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. Та же гравитация для Эйнштейна являлась искривлением пространства и времени. Кант же воспринимал ее как некую форму интуиции. Это трансцендентальное знание, нечто, выходящее за пределы чувственного опыта, — подчеркнул доктор Эккарт Штайн. Эйнштейн тоже подвергается критике, ведь возникают дополнительные вопросы. Один из них — являются ли время и пространство реальностью или просто способом калькуляции? Вселенная, по мнению ученого, сегодня куда более взаимосвязана, чем предполагалось. Не исключено, что Эйнштейн ошибался, ведь уже доказано существование темной материи. Появляются мнения, что новая квантовая теория куда более совершенна и уже не вполне соответствует теории относительности.
Квантовая физика о Боге, душе и Вселенной
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. новости России и мира сегодня. Новости физики в Интернете — раздел журнала Успехи физических наук, ежемесячно публикующего обзоры современного состояния наиболее актуальных проблем физики и смежных с нею наук. В данном обзоре новостей представлены последние открытия в физике. 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. Позднее он стал работать на стыке атомной физики и квантовой оптики, занявшись изучением бозе-эйнштейновских конденсатов и разработкой методов глубокого охлаждения атомов с помощью лазерных пучков.
Физики доказали необратимость квантовой запутанности
Основоположник квантовой физики. Презентация квантовая теория Макса планка. Электрон квантовая физика. Атом физика. Электрон мультик. Михаил Лукин квантовый компьютер. Михаил Лукин ученый. Квантовый компьютер фото. Алексей Устинов квантовый компьютер.
Антон Цайлингер Сваричевский. Писатель Панич Зелингер. Эффект Гринберга-Хорна-Цайлингера. Дмитрия Николаевича Зейлингера механик. Ученый телепорт. Квантовый телепорт. Телепорт это физика. Плакат по физике.
Плакат для физики. Основные законы квантовой физики. Квантовая физика простым языком. Центр квантовых технологий. ТГУ технологии. Эффект наблюдателя в квантовой физике. Парадокс наблюдателя в квантовой физике. Парадоксы физики.
Молодые ученые. Наука ученые. Молодые российские ученые. Квантовые числа и их смысл. Квантовые числа атома. Квантовые числа электронов. Квантовые числа в ядерной физике. Квантовая физика за 5 минут.
Квантовая физика для чайников. Михаил Лукин физик квантовые компьютеры. Михаил Дмитриевич Лукин. Михаил Лукин Гарвард. Лаборатория физики МФТИ. Физико-технологическая лаборатория. Мощность квантовая физика. Постоянные квантовой физики.
Формулы по физике квантовая физика. Формулы квантовой физики для ЕГЭ. Квантовая физика гипотеза Макс Планк. Макс Планк, физик. Макс Планк основатель квантовой теории. Макс Планк открытие Кванта. Девушка связана с физики. Фото профессии связанной с физикой.
Эксперимент с 2 щелями квантовая физика. Простые опыты квантовая физика. Теория наблюдателя в квантовой физике. Стивен Вайнберг. Стивен Вайнберг физик. Вайнберг Стивен 1933. Вайнберг ученый. Гейзенберг квантовая механика.
Квантовые чудеса. Квантовая теория поля.
Примененный метод может быть использован для дальнейшего изучения взаимодействия нейтрино с материей. Читайте также Летящие насквозь: как физики научились охотиться на неуловимые частицы нейтрино 4. Симулирование расширения Вселенной Группа ученых из Германии, Испании и Бельгии смогла симулировать процесс расширения Вселенной на раннем этапе ее существования.
Для этого исследователи использовали конденсат Бозе-Эйнштейна — такое название носит агрегатное состояние вещества из бозонов и разреженного газа, охлажденного до температур, близких к абсолютному нулю. В эксперименте конденсат имитировал Вселенную, а двигавшиеся в нем квазичастицы фононы — квантовые поля. Изменяя длину рассеяния атомов в конденсате, ученые смогли заставить «вселенную» расширяться с разной скоростью и изучить, как фононы создают в ней флуктуации плотности. Согласно существующим космологическим теориям, схожие процессы происходили после возникновения Вселенной, так что подобное моделирование может пролить свет на многие загадки, занимающие умы ученых. 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.
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. Их кубит с исправлением ошибок жил 1,8 миллисекунды да, в квантовом мире все происходит быстро. Результата помог добиться новый алгоритм машинного обучения, добавленный к физическим расчетам: умея анализировать массивы данных, недоступные человеку, он настроил процесс исправления ошибок.
Государственные и частные компании по всему миру, заинтересованные люди ждут появления коммерческих квантовых компьютеров. Поэтому область в каком-то смысле находится между двух огней.
С одной стороны — необходимость решать сложные задачи, а с другой — завышенные ожидания, которые поторапливают учёных. Как вообще может измениться общество и мир с развитием этих технологий? Что касается изменения жизни, при появлении масштабируемого квантового компьютера станет возможным решение самых разных сложных задач, принципиально недоступных для классических суперкомпьютеров.
Искать новые материалы, моделируя их на квантовом уровне, новые типы батарей, лекарств, новые способы получения различных химических соединений. Очень точно измерять параметры окружающей среды. Решать сложные оптимизационные задачи — для такой страны, как Россия, те же логистические задачи приводят к очень большому эффекту в связи с масштабом.
Или построить новые методы долгосрочной защиты информации на основе квантовой и постквантовой криптографии, которые будут устойчивы к широкому классу атак, поскольку их надёжность сводится к фундаментальным законам физики. А это, с учётом тренда на рост количества данных, требующих защиты, очень важно. А не оставит ли широкое внедрение квантовых технологий без работы каких-то специалистов?
Пока сложно себе это представить. Пока что это инструмент для решения сложных вычислительных задач, и на этом этапе человек для программирования квантового компьютера будет необходим. Сможет ли он сделать какие-то рутинные задачи более лёгкими в исполнении — да, как и искусственный интеллект.
Но как мы видим на примере ИИ, даже с ним пока не произошло массового высвобождения человеческого ресурса. Люди просто переквалифицируются на более сложные и творческие задачи, с квантовыми технологиями произойдёт нечто похожее. Одной из тем ваших научных изысканий был квантовый блокчейн.
В чём преимущества квантового блокчейна перед обычным и где его можно применять? Как раз потому, что технология блокчейн в какой-то момент набрала очень большую популярность, мы обратили на неё внимание. Нам было интересно понять перспективы развития и внедрения этой технологии.
Основной хайп вокруг блокчейна был связан с приписываемой ему большой степенью защищённости данных, прозрачности и т. Но когда мы стали подробно анализировать, стало понятно, что все эти замечательные свойства так или иначе сводятся к определённым криптографическим элементам, например цифровым подписям, механизмам консенсуса. Таким образом блокчейн оказывается устойчив ровно в той мере, в какой устойчива его криптография.
А одно из применений квантовых компьютеров — возможность быстрого криптоанализа попросту говоря, взлома , сводящая на нет защищённость многих традиционных криптографических алгоритмов. И многие традиционные блокчейны неустойчивы перед атаками квантовых компьютеров. И мы поняли, что при построении блокчейнов нужно использовать метод с использованием квантовых же технологий, конкретно — квантовых цифровых подписей или постквантовой криптографии, которые делают блокчейн устойчивым перед такими атаками.
И вот это сочетание квантов и блокчейна даёт нам эффект, гарантирующий долгосрочную информационную безопасность. Одна из форм предложенного нами квантового блокчейна в пилотном режиме была развернута на одной межбанковской платформе и использовалась для защиты транзакций. Его индустриальное применение станет возможным, когда появятся квантовые сети достаточного масштаба.
Верно ли, что с появлением таких сетей придётся довольно быстро реформировать всю IT-сферу? Нам же потребуется новая безопасность, новая криптография, чтобы существование квантовых компьютеров не становилось глобальной угрозой… Да, это так. Я бы даже сказал более радикально: даже без распространения квантовых компьютеров такая необходимость просматривается.
Уже зная о возможности такой угрозы, необходимо уже сейчас принимать её во внимание и думать о соответствующих изменениях принципов построения информационных систем. Одна из вещей, которая делается прямо сейчас на государственном уровне в ведущих странах мира, — стандартизация решений, устойчивых к квантовому взлому. То есть квантовых ключей и квантовой криптографии.
В России этим занимается Технический комитет 26 , который разрабатывает и анализирует новые типы устойчивых криптографических алгоритмов. Из них сформируют стандарт. Впоследствии с помощью этого стандарта можно будет проводить апгрейд информационных систем.
Здесь есть несколько возможностей. Во-первых, квантовое распределение ключей — хардверная технология, которая лучше всего подходит для приложений, требующих очень высокого уровня защиты канала для передачи данных, например между дата-центрами. Во-вторых, постквантовая криптография — программное решение, использующее новые квантово-устойчивые алгоритмы, которые лучше интегрируются в мобильную пользовательскую инфраструктуру, в веб-приложения.
Уже сейчас ясны инструменты, но нужно пройти путь по их анализу и стандартизации, чтобы начать работу по их масштабному внедрению. Первые элементы таких внедрений мы уже видим. Появление квантового компьютера в России — дело какого времени?
Квантовый компьютер в России уже существует, но его масштабы пока не позволяют решать практические задачи с экономическим эффектом.
Квантовые технологии изменят мир. Новости квантовых компаний.
В 1990–2013 годах занимался экспериментальной физикой в университете Инсбрука и Венском университете. В 2004–2013 годах возглавлял Институт квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI) Австрийской академии наук. Квантовый – последние новости. В 1964 году физик Джон Белл придумал, как различить в эксперименте две версии квантовой механики — ортодоксальную и со скрытыми параметрами. Фактически квантовые явления в виде группового взаимодействия электронов можно использовать как макрообъекты, что упростит эксперименты в области квантовой физики и позволит использовать эти явления в обычной электронике и не только. Награда присуждается трем физикам–экспериментаторам, чьи новаторские исследования заложили основу квантовой информатики. Новости физики в Интернете — раздел журнала Успехи физических наук, ежемесячно публикующего обзоры современного состояния наиболее актуальных проблем физики и смежных с нею наук. В данном обзоре новостей представлены последние открытия в физике.
Квантовая физика
В 1973 году физик Филип Андерсон описал ее в своей теории, отметив, что она бы сыграла ключевую роль в создании квантовых компьютеров. Представьте, что отпраздновать Всемирный день квантовой науки собрались все великие ученые, которые приложили руку к созданию квантовой физики. Миром станут править квантовые компьютеры", – заявил физик, популяризатор науки и футуролог Мичио Каку. новости России и мира сегодня.
Эфир существует! Российские ученые совершили прорыв в фундаментальной физике
Это явление уже используется в криптографии, компьютерных технологиях и квантовой телепортации. Доказать квантовую запутанность частиц с помощью эксперимента можно, проверив выполнение неравенств Белла по имении физика Джона Белла. Они позволяют узнать о наличии в квантово-механической системе скрытых параметров, определяющих состояние, которое примет одна из частиц. Если неравенства не выполняются, частицы можно считать запутанными. Эксперименты, которые доказали нарушение неравенств Белла, первым провел американец Клаузер. Заслуга француза Аспе состоит в том, что ему удалось доказать, что неравенства действительно не выполняются.
Критерий обратимости преобразования начального состояния в конечное, таким образом, сводится к тому, что произведение коэффициентов трансформации прямого и обратного преобразования равно единице. Более того, оказалось, что для этой пары состояний обратимость нарушается, даже если рассматривать более широкий класс операций — разрешить операторам преобразовывать исходно не запутанные состояния в ограниченно запутанные так, чтобы с ростом числа копий исходных систем мера запутанности набора конечных состояний росла не быстрее, чем экспоненциально. Таким образом, на обнаруженном примере исследователи показали необратимость операций над запутанностью и тем самым исключили строгую фундаментальную аналогию со вторым законом термодинамики но, разумеется, не возможность пользоваться такой аналогией в ограниченном наборе задач, которая уже была обоснована ранее. Кроме того, результаты указывают на то, что для обратимости нужно генерировать макроскопические по меньшей мере экспоненциально растущие с ростом числа копий начальной системы количества запутанности в ходе преобразований, однако, как отмечают сами авторы, это может зависеть от выбора меры запутанности. Ранее мы писали о том, как физики нашли указания на генерацию квантовой запутанности искривлениями пространства-времени и разбирались в работах по квантовой запутанности, которые были удостоены Нобелевской премии по физике 2022 года.
Но учёные из Токийского университета и Пекинского исследовательского центра вычислительных наук по-настоящему заинтересовались возможностью квантовых явлений в аккумуляторах. Интересно, что проблемой занялись специалисты в сфере информационных технологий, а не материаловеды. И немудрено, затронутая проблематика тесно связана с квантовой природой информации или, по крайней мере, в значительной степени её касается.
По мнению учёных, квантовые аккумуляторы могут найти применение в различных портативных устройствах с низким энергопотреблением, особенно когда возможностей для подзарядки недостаточно. На это были нацелены первые опыты, и они увенчались успехом. Одно из открытых преимуществ квантовых батарей заключается в том, что они должны быть невероятно эффективными, но это зависит от способа их зарядки. Нас особенно интересует то, как квантовые частицы могут нарушать одно из наших самых фундаментальных ощущений — восприятие времени». Учёные провели серию экспериментов со способами зарядки квантовой батареи с использованием оптических устройств, таких как лазеры, линзы и зеркала. Представленная выше схема лабораторной установки была далека от чего-либо, напоминающего привычный аккумулятор. В конечном итоге удалось добиться зарядки батареи способом, который потребовал проявления квантового эффекта вне повседневной логики. Заряд проходил в состоянии квантовой суперпозиции, когда условно два зарядных устройства одновременно заряжали один аккумулятор. В обычной жизни нужно было заряжать аккумулятор сначала одним, затем подключать другое зарядное устройство, а первое отключать.
Опыт показал, что с учётом квантовых явлений обе зарядки могут работать одновременно. Более того, эксперимент подтвердил явную абсурдность процесса. Оказалось, что маломощное зарядное устройство быстрее и эффективнее заряжает аккумулятор, чем более мощное. Феномен неопределенного причинно-следственного порядка или ICO, который исследовала команда, может найти применение не только для зарядки нового поколения маломощных устройств. Лежащие в их основе принципы, включая раскрытый здесь эффект обратного взаимодействия, могут улучшить выполнение других задач, связанных с термодинамикой или процессами, которые включают передачу тепла. Одним из многообещающих примеров являются солнечные панели, где тепловые эффекты могут снизить их эффективность, но вместо этого можно использовать ICO, чтобы смягчить этот негативный эффект и привести к повышению эффективности. Это произошло в Лаборатории холодного атома NASA Cold Atom Lab на борту Международной космической станции и стало ещё одним шагом на пути внедрения в космосе квантовых технологий, доступных в настоящее время только на Земле. Принцип охлаждения атомов с помощью лазеров. На МКС лаборатория попала в 2018 году и с тех пор учёные на Земле — прибор управляется дистанционно — провели с её помощью множество экспериментов.
В частности, установка помогла создавать квантовый газ — конденсат Бозе-Эйнштейна, который в условиях микрогравитации вёл себя достаточно интересно. Но недавно учёные NASA заявили, что им удалось создать в камере лаборатории конденсат Бозе-Эйнштейна из смеси двух атомов: калия и рубидия. А где есть смесь различных химических веществ, там появляются реакции. Фактически учёные создали основу для проведения в космосе экспериментов по квантовой химии, что раньше было возможно только в земных условиях на очень сложных и громоздких установках. Кроме того, перенос квантовой химии в космос — в условия микрогравитации — позволяют изучать квантовые явления с недоступной на Земле точностью для целого ряда экспериментов. Наконец, это путь к появлению в космосе приборов, опирающихся на квантовые явления. От этого выиграет связь, навигация и многое другое, что ещё предстоит открыть. Если в обычных металлах возникала сверхпроводимость и мгновенно исчезала на какой-то чёткой температурной отметке, то сопротивление странных металлов при изменении температуры менялось линейно. Этому не было внятного объяснения, пока это недавно не сделали физики из США.
Как минимум, учёные обосновали ряд характерных свойств «странных металлов». Стройная теория может помочь ответить на вопросы о достижении сверхпроводимости при высоких температурах и помочь в разработке квантовых компьютеров. Квантовая механика стала тем инструментом, который помог разобраться в вопросе. Новая теория опирается на два ключевых свойства странных металлов. Во-первых, электроны в таких металлах могут запутываться друг с другом — переходить в абсолютно идентичные квантовые состояния — и оставаться в таком состоянии даже при удалении на значительные расстояния друг от друга. Во-вторых, странные металлы имеют неоднородное, похожее на лоскутное, расположение атомов. Неравномерность атомной структуры странного металла означает, что запутанность электронов зависит от того, в каком месте материала она произошла. Такое разнообразие вносит хаотичность в импульс электронов при их движении через материал и взаимодействии друг с другом. Вместо того чтобы течь вместе, электроны сталкиваются друг с другом во всех направлениях, что приводит к электрическому сопротивлению.
Поскольку электроны сталкиваются тем чаще, чем горячее материал, электрическое сопротивление растёт вместе с температурой, что и наблюдается на практике. Там где у обычных металлов происходит скачок при переходе от сверхпроводимости к резкому увеличению сопротивления, странные металлы продолжают пропускать ток с плавным увеличением сопротивления току. Ключевым в новой теории стало то, что физики объединили два явления — запутанность и неоднородность, что раньше не рассматривалось для одного материала, а по отдельности это не приводит к странному поведению металлов. Тем самым учёные предлагают механизм по коррекции условий сверхпроводимости в странных металлах. Искусственно созданные неоднородности могут воспроизвести сверхпроводимость в нужном месте с заданными целями, что может найти применение, например, в квантовых вычислителях. Когда вы можете на что-то влиять, это способно привести к желаемому результату. Радарные технологии тоже ждут квантового превосходства. Классические радары слепнут в условиях сильных помех, тогда как эффект квантовой запутанности способен прорвать эту пелену. Французские учёные заявили , что они добились успеха на новом направлении и показали 20-процентное превосходство квантовых радарных технологий над классическими.
Учёные создали схему, в которой происходит запутывание двух микроволновых фотонов квантов энергии , один из которых летит к цели, отражается от неё и в окружении шумов возвращается к источнику, где сравнивается с «холостым» фотоном, с которым он находится в состоянии квантовой запутанности. Эффект запутанности позволяет с большой точностью детектировать сигнал и выделяет его даже на фоне очень сильных помех. В теории эта разница может достигать четырёхкратного превосходства квантовых радаров, но для эксперимента даже такого преимущества достаточно, чтобы дальше работать в этом направлении. Схема экспериментальной установки Следует сказать, что до этого никто не заявлял о создании схемы квантового радара для микроволнового диапазона. Предыдущие эксперименты были основаны на запутывании пар фотонов видимого или близкого к нему диапазонов, что наука освоила довольно хорошо. Но фотоны видимого или инфракрасного света, как нетрудно догадаться, будут бесполезны в дождь, снег и в густой облачности. Поэтому работающая схема квантового радара с фотонами микроволнового излучения в гигагерцовом диапазоне, где работают классические радары, это определённый прорыв, которым можно гордиться. Но также не следует забывать о разработках китайцев , которые тоже заняты серьёзными исследованиями в области квантовых радаров. Они также преуспели в экспериментах с запутыванием фотонов в оптическом диапазоне и представили альтернативу микроволновым фотонам в виде излучения запутанных электронов, разогнанных до скорости, близкой к световой.
Во всех случаях серьёзным недостатком таких решений было и остаётся необходимость сильнейшего охлаждения запутанных частиц, что было также в случае схемы французских учёных. Но на уровне квантовых явлений всё настолько необычно, что «ни в сказке сказать, ни пером описать». В квантовом мире скрыто так много всего непознанного, что каждое открытие предоставляет горизонты возможностей. Так, недавно обнаруженное новое квантовое состояние вещества обещает помочь в создании квантовой памяти и не только. Источник изображения: Pixabay Исследователи из Массачусетского университета в Амхерсте и их коллеги из Китая воспроизвели условия, при котором вещество приобрело хиральное бозе-жидкостное состояние. Хиральность указывает на отсутствие левой и правой симметрии в структуре вещества, а отношение к бозе-жидкости говорит о чрезвычайной текучести или сверхпроводимости при температурах, близких к абсолютному нулю.
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.
Квантовые технологии
Главным научным прорывом 2023 года в области квантовой физики стала разработка и проверка работы сразу нескольких квантовых компьютеров, способных автоматически. События и новости 24 часа в сутки по тегу: ФИЗИКА. Новости дня от , интервью, репортажи, фото и видео, новости Москвы и регионов России, новости экономики, погода. На сайте собрана основная информация о главных новостях, инициативах, проектах и мероприятиях Десятилетия науки и технологий.