Принципы квантовой физики, ставящие в тупик ученых: парадоксальная физика и ее главные загадки. Будь в курсе последних новостей из мира гаджетов и технологий. Принципы квантовой физики, ставящие в тупик ученых: парадоксальная физика и ее главные загадки. Армия России захватила опорный пункт ВСУ: новости СВО на вечер 16 декабря.
Новости физики в Интернете
Квантовая физика — раздел теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения. Новости. Армия России захватила опорный пункт ВСУ: новости СВО на вечер 16 декабря. В этом видео представлена инновационная разработка в области эволюционной науки, которая предлагает новый взгляд на природу нашей Вселенной. Эта гипотеза нав. Все самое интересное и актуальное по теме "Квантовая физика". В Институте физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН прошла международная конференция, посвященная 60-летию учреждения. 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.
Нобелевка по физике за изучение квантовой запутанности — что это значит
Китайские физики объявили о доказательствах существования новой субатомной частицы, обнаруженной при распаде (J/psi)-мезона на пару положительных и отрицательных пионов. 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. В частности, физикам из МГТУ удалось за 2023 год создать прототип квантового процессора на базе сверхпроводников и разные компоненты квантовых устройств. В данном обзоре новостей представлены последние открытия в физике и астрофизике. Интерфакс: Лауреатами Нобелевской премии по физике за 2022 год стали французский ученый Ален Аспе, американский физик Джон Клаузер и австрийский ученый Антон Цайлингер за исследования в квантовой механике, а именно за "эксперименты с запутанными фотонами. 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).
Физики обнаружили гигантский невзаимный перенос заряда в топологическом изоляторе
В ОТО также предсказывалось существование гравитационных линз. Они образуются из-за искривления пространственно-временного континуума. Наглядная аналогия — прогиб резиновой поверхности под тяжестью положенной на нее гири. Очень скоро, в 1919 году, справедливость эйнштейновской интерпретации была доказана экспериментально — во время солнечного затмения это сделал астроном из Кембриджа Артур Эддингтон. Через два года Эйнштейну присудили Нобелевскую премию, правда, не за ОТО, а за фотоэффект, лежащий в основе работы фотоэлементов. Нобелевские судьи, по-видимому, были не готовы признать глубокий смысл ОТО. В парижской Палате мер и весов постоянно взвешивают эталонный килограмм. Это делается с целью не пропустить возможные колебания, флюктуации его массы.
Если такой эффект все же обнаружится, это способно стать возможным подтверждением правомерности сверхсложных математически теорий струн и петель. Обе эти теории конкурируют и с классической ньютоновской теорией тяготения, и с ОТО. Заметим, что за 30 лет до публикации Ньютоном «Начал» 28-летний голландец Христиан Гюйгенс создал первые часы с маятником. Считается, что его колебания отражают меру искривления пространства-времени. С помощью маятника французский физик Жан Фуко, член Петербургской Академии наук, определил суточное вращение Земли и скорость света в воздухе 1850—1851. В 1918 году немецкий физик Макс Планк, бывший также членом Российской академии наук, получил Нобелевскую премию за формулирование идеи кванта, в том числе — кванта действия.
Все знают, что ответ на на «Главный вопрос жизни, вселенной и вообще» — это 42.
А как можно оценить ценность жизни? Именно такой вопрос задал Ричарду Фейнману психиатр. А мы расскажем вам его ответ из книги «Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман» 393 views Квантач Физики из коллаборации IceCube не обнаружили влияния квантовой гравитации на параметры нейтринных осцилляций Создание непротиворечивой и полной теории квантовой гравитации — одна из важнейших задач современной физики. В поиске квантовой гравитации ученым может помочь экспериментальная проверка ее на состояния движущихся частиц во времени. Например, нейтрино во время взаимодействия с квантовыми флуктуациями пространства-времени могут частично терять квантовую когерентность. Это должно проявляться отклонением от ожидаемой картины нейтринных осцилляций на больших расстояниях и высоких энергиях.
Уравнения квантовой модели атома. Лекции по квантовой физике ютуб. Ботаник в вопросах квантовой физики 6 букв. Ученые квантовой физики. Квантовый симулятор. Ученые в лаборатории фото. Квантовая симуляция. Квантовые технологии. Российские ученые. Квантовые ученые. Квантовый компьютер арт. Фильмы о квантовой физике. New Scientist - квантовый мир. Фильм про квантовую физику. Физик механик. Лекция физики. Лекции по физике. Лекция по физике фото. Профессор квантовой физики из Новосибирска. Создатели квантовой механики. Квантовая физика фото. Школа теоретической физики. Летняя школа «физика. Квантовый школа. Квантовая физика в школе. Электроника фотоника квантовый компьютеры. Квантовый инженер. Квантовые технологии фото. Физика квантовая физика. Строение атома квантовая физика. Бозон Хиггса частица Бога. Адронный коллайдер Бозон Хиггса. Бозон Хиггса на большом адронном коллайдере. Питер Хиггс Бозон. Лекция в клубе даешь молодежь квантовая механика. Квантовые коммуникации. Инженеры в Стэнфорде. Квантовый интернет в США. Физики Стэнфордского университета. Основные разделы квантовой физики. Квантовая физика понятия. Физики атомщики. Атомные часы. Физик ядерщик на АЭС. Ученые ядерной физики. Ядерная физика формулы 11 класс ЕГЭ. Формулы ядерной физики 11 класс. Физика 11 класс ядерная физика формулы. Ядерная физика 11 класс формулы и теория. H В квантовой физике. Квантовая физика энергия. Постоянная планка в квантовой физике. Гипотеза де Бройля корпускулярно-волновой дуализм. Гипотеза Луи де Бройля. Дуализм микрочастиц.. Луи де Бройль корпускулярно. Луи де Бройль корпускулярно-волновой дуализм. Ученые техники. Квантовый компьютер. Ученый и компьютер.
Эта новая система — бозон. Его разрушение позволит нам снова получить фермионы. Делая это циклически, мы можем привести двигатель в действие без использования тепла, — объясняет профессор Томас Буш Thomas Busch , руководитель подразделения квантовых систем OIST. Созданный двигатель функционирует только на квантовом уровне. Вместе с тем квантовые эффекты могут быть разрушены даже при незначительном повышении температуры, поэтому требуется существенное количество энергии для поддержания системы как можно более холодной.
Будущее квантовых компьютеров: перспективы и риски
Эти две физики – теория относительности и квантовая механика. И расширяет наше понимание квантовой физики и странных феноменов, которые возникают на атомном уровне. В прошлом году физики из Института Макса Планка сообщили о разработке эффективного метода создания квантовой запутанности между фотонами. Новости науки» Tag» Квантовая механика.
Физика: 10 научных прорывов 2023 года со всего мира
Уже сегодня на масштабе города решить все оптимизационные задачи, например, связанные с оптимизацией пробок, трафика до оптимального расписания общественного транспорта. Мы банально будем меньше тратить времени на какие-то вещи, быстрее добираться до работы». Что же предлагают создатели компьютеров будущего? В привычном для нас процессоре информация представлена в виде последовательности нулей и единиц, так называемых битов. Физически это контакты транзисторов. Так называемом кубите. Это значит, что он может быть немножечко 0, но в основном единицей. В основном 1 и немножечко 0. Это дает нам большие возможности, мы можем закодировать больше информации в меньшем объеме». В качестве примера можно привести человека.
В случае обычного компьютера он может находиться только в одной из двух точек, допустим, это Северный или Южный полюс.
В качестве меры качества преобразования копий исходного состояния в копии желаемого ученые, следуя предыдущим работам, ввели коэффициент трансформации — отношение количества полученных асимптотически идеальных копий желаемого состояния к количеству исходных копий в пределе бесконечно большого числа исходных копий. 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.
В Техасском университете в Эль-Пасо США заявили, что придумали магнитный материал, позволяющий манипулировать кубитами при комнатной температуре. Профессор Техасского университета в Эль-Пасо Ахмед Эль-Генди демонстрирует магнетизм нового материала для квантовых компьютеров А японские физики добились квантовой стабильности при комнатной температуре в молекуле красителя, встроенной в металлоорганический каркас. Хромофор окружает каркас из нанопористого кристаллического материала. Воздействуя на молекулу микроволновым излучением, ученые привели электроны в состояние квантовой когерентности и удерживали более 100 наносекунд. Фотонные инь и ян Команда ученых из Оттавского университета Канада и Римского университета Сапиенца визуализировала квантовую запутанность, использовав метод бифотонной голографии. Голография позволяет построить трехмерное изображение с двумерной поверхности на основе излучаемого предметами света. Камера с временной меткой отсняла с разрешением порядка наносекунды на каждом пикселе пару запутанных фотонов, визуализировав их «танец» в реальном времени.
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.
Чем занимались физики в 2023 году
Но современные квантовые технологии выводятся физикой на совершенно иной уровень. С одной стороны, это фундаментально ёмкая область, а с другой, учёным необходимо провести ещё много исследований, чтобы создать квантовые установки с теми параметрами, которые позволяют показать все преимущества квантовых технологий в сравнении с классическими и использовать их в прикладных разработках. В квантовых технологиях, вместо классических битов, используются квантовые биты — кубиты — как мера квантовой информации. Если вы понимаете, как работает классическая поляризационная оптика, то вы поймете, как работает двухуровневая система в физике, а значит, и как квантовый бит может быть реализован на разных физических двухуровневых системах. Специфика квантовых состояний в том, что состояние двухчастичной квантовой системы может быть полностью определено и при этом состояние составляющих его двух подсистем полностью не определено. В классическом мире вы не найдёте примеров таких состояний, когда вы знаете всё о составной системе и не знаете ничего о тех подсистемах, которые её образуют, - объяснил Сергей Кулик. Комбинаторная и глобальная оптимизация, машинное обучение, геологоразведка, молекулярная структура, странствующий коммивояжёр — примеры сложнейших задач, решить которые помогут квантовые вычислительные устройства. Сергей Кулик представил фазы зрелости квантовых вычислений, согласно которым примерно через 10 лет будет построен квантовый компьютер для специальных приложений и через 20 лет — полномасштабный помехоустойчивый квантовый компьютер для решения масштабных задач — так как это не сможет сделать самый мощный классический компьютер.
За 20 лет мы достигли следующего: 2002 год — 5 кубитов, 2015 год — 50 кубитов, 2023 год — 433 кубита. Маломощные квантовые компьютеры уже есть, но они не показывают все преимущества квантовых компьютеров в сравнении с обычными.
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. Ведь Луна существует не только потому, что вы на нее смотрите. Она будет существовать даже когда вас не станет, ведь на нее смотрит вся Вселенная. Единственный вопрос, кто должен быть окончательным наблюдателем — тем, кто непосредственно смотрит на объект?
Пока для ученых это загадка.
Исследователи из Йельского университета США впервые с помощью процесса, известного как квантовая коррекция ошибок, существенно увеличили время жизни квантового бита. Это долгожданная цель и одна из самых сложных задач в квантовой физике. Теоретические основы квантовой коррекции ошибок были заложены почти 30 лет назад, однако только сейчас их удалось успешно применить на практике. Результаты опубликованы в Nature. Квантовая коррекция ошибок — это процесс, предназначенный для сохранения квантовой информации.
Информация в классических вычислениях поступает в виде битов, соответствующих единицам или нулям. В квантовых вычислениях информация существует в квантовых битах, или кубитах.
В теории эта разница может достигать четырёхкратного превосходства квантовых радаров, но для эксперимента даже такого преимущества достаточно, чтобы дальше работать в этом направлении. Схема экспериментальной установки Следует сказать, что до этого никто не заявлял о создании схемы квантового радара для микроволнового диапазона. Предыдущие эксперименты были основаны на запутывании пар фотонов видимого или близкого к нему диапазонов, что наука освоила довольно хорошо. Но фотоны видимого или инфракрасного света, как нетрудно догадаться, будут бесполезны в дождь, снег и в густой облачности. Поэтому работающая схема квантового радара с фотонами микроволнового излучения в гигагерцовом диапазоне, где работают классические радары, это определённый прорыв, которым можно гордиться. Но также не следует забывать о разработках китайцев , которые тоже заняты серьёзными исследованиями в области квантовых радаров.
Они также преуспели в экспериментах с запутыванием фотонов в оптическом диапазоне и представили альтернативу микроволновым фотонам в виде излучения запутанных электронов, разогнанных до скорости, близкой к световой. Во всех случаях серьёзным недостатком таких решений было и остаётся необходимость сильнейшего охлаждения запутанных частиц, что было также в случае схемы французских учёных. Но на уровне квантовых явлений всё настолько необычно, что «ни в сказке сказать, ни пером описать». В квантовом мире скрыто так много всего непознанного, что каждое открытие предоставляет горизонты возможностей. Так, недавно обнаруженное новое квантовое состояние вещества обещает помочь в создании квантовой памяти и не только. Источник изображения: Pixabay Исследователи из Массачусетского университета в Амхерсте и их коллеги из Китая воспроизвели условия, при котором вещество приобрело хиральное бозе-жидкостное состояние. Хиральность указывает на отсутствие левой и правой симметрии в структуре вещества, а отношение к бозе-жидкости говорит о чрезвычайной текучести или сверхпроводимости при температурах, близких к абсолютному нулю. Новое состояние вещества было получено в образце из двух наложенных один на другой слоёв полупроводника.
В верхнем слое был избыток электронов, а в нижнем — определённый дефицит дырок. Тонкость эксперимента была в том, что на всех электронов дырок не хватало. Приложив к образцу сверхсильное магнитное поле, учёные начали следить за движением электронов. По мере увеличения силы поля образец переходил в состояние хиральной бозе-жидкости с демонстрацией ряда уникальных свойств. Например, при охлаждении до температуры близкой к абсолютному нулю электроны в веществе «зависали в предсказуемом порядке и с фиксированным направлением спина» и не реагировали на другие частицы или на магнитные поля. Подобная стабильность может найти применение в цифровых системах хранения данных на квантовом уровне. Другой интересный момент заключался в том, что воздействие внешней частицы на один из электронов в системе проявлялось реакцией на всех электронах в системе, что объяснили эффектом квантовой запутанности частиц в бозе-жидкости. Это открытие тоже обещает быть полезным в будущих квантовых системах.
Необходимо будет передавать квантовые состояния, в частности — запутывать кубиты одного компьютера с кубитами другого. На небольших расстояниях это ещё можно сделать, но обеспечить такую передачу на десятки, сотни и тысячи километров — это задача, требующая особых ретрансляторов. Работу такого показали в Австрии. Такая физика сильно затрудняет квантовое распределение ключей и квантовую криптографию на этой основе. Дополнительно проблему усугубляет тот факт, что передачу квантовых состояний необходимо втиснуть в существующую кабельно-волоконную инфраструктуру — обеспечить работу как на пассивном, так и на активном оборудовании. Если проще — переносящий квантовое состояние фотон требуется сначала перевести в фотон со стандартной для современной телекоммуникации частотой для его передачи по оптике, где свои требования к длинам волн, а затем сделать обратное преобразование. Осуществить подобный трюк удалось учёным из австрийского Университета Инсбрука. Исследователи собрали ретранслятор запутанности фотонов и показали её «телепортацию» на 50 км.
Уточним, речь идёт не о передаче информации, которую можно расшифровать тем или иным способом, а о передаче квантового состояния обычно речь идёт об измерении спина — ориентации магнитного вектора элементарной частицы. Один из фотонов мог быть 0, 1 или бесконечным множеством промежуточных значений, но при измерении характеристик одного из них, второй мгновенно показывал противоположное значение по измеряемому параметру. На самом деле, учёные не выносили оптоволокно из лаборатории и использовали бобины с двумя отдельными 25-км отрезками оптического кабеля. Ретранслятор с квантовой памятью соединял эти отрезки посредине. Квантовая память в виде ионов кальция в оптической ловушке в оптическом резонаторе играла роль запоминающего устройства на случай потери фотонов в процессе передачи, но главное — она была ключевым элементом в обмене запутанными состояниями между фотонами в одном и другом отрезке оптоволокна. Каждый из ионов кальция испускал по фотону. Эти фотоны разлетались по своим кабелям сегментам сети и при этом оставались спутанными каждый со своим ионом. Перед отправкой фотона в другой конец оптоволокна его преобразовывали в фотон с длиной волны 1550 нм, чтобы он соответствовал действующему стандарту в телекоммуникации.
Затем ионы кальция запутывали между собой. Эксперимент показал, что запутывание ионов в ретрансляторе вело к синхронному запутыванию фотонов или, проще говоря, к мгновенной передачи запутанности по оптическому кабелю длиной 50 км. Согласно проделанным экспериментам, учёные сделали вывод о необходимости ретрансляции квантовых состояний каждые 25 км. Это будет наилучшим образом соответствовать требованиям для сохранения высокой пропускной способности и наименьшей вероятности появления ошибок. Для её решения необходима сложнейшая математика и невообразимые эксперименты. И если на бумаге ничего невозможного нет, то с опытами всё плохо — либо кванты, либо классика. Но надежда есть. Группа европейских и сингапурских учёных предложила квантовый симулятор, который воспроизводит эффект квантовой гравитации и не только.
Учёные из Венского технологического университета, Университета Крита, Наньянского технологического университета Сингапур и Берлинского университета опубликовали в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA PNAS статью, в которой рассказали об успешной симуляции гравитационного линзирования на квантовом симуляторе. Фактически они утверждают о симуляции квантовой гравитации , обоснованием которой занимаются все физики-теоретики и никак не могут это сделать. В качестве основы для квантового симулятора исследователи взяли облака сверхохлаждённых атомов — это определённо квантовые структуры с соответствующим математическим аппаратом и массой решений по управлению ими вспомним многочисленные квантовые вычислители-симуляторы. Вместо света учёные взяли за основу звук и представили его как релятивистский объект из общей теории относительности. Получился квантовый симулятор распространения света в пространстве, который работал в точном соответствии как с ОТО, так и с квантовой теорией. В частности, эксперимент показал осуществимость эффекта гравитационного линзирования на симуляторе. Эксперименты показывают, что форма световых конусов , эффекты линзирования, отражения и другие явления могут быть продемонстрированы в атомных облаках именно так, как это ожидается в релятивистских космических системах. Постановка экспериментов и полученные результаты могут помочь открыть неизвестные доселе явления и эффекты и, в конечном итоге, могут привести к созданию общей теории функционирования нашей Вселенной.
Этот вопрос крайне смущал многих физиков прошлого века, включая Альберта Эйнштейна, и был предметом постоянных споров. Для нового эксперимента построили 30 метров вакуумной трубы с криогенным охлаждением, чтобы фотон как можно дольше летел от одной запутанной частицы к другой и не успел вмешаться в измерения. Устройство 30-м трубы из эксперимента с волноводом посередине. В таком случае они должны «передавать информацию» быстрее скорости света. По его мнению, мы просто не всё знаем о квантовой физике, и могут быть какие-то скрытые параметры, которые уже содержатся в характеристиках частицы и выдаются в ответ на измерение свойств одной из запутанных частиц. Например, если мы измерили направление спина одного из пары запутанных фотонов, то информация о спине второго оно будет противоположным по направлению становится известна мгновенно, где бы этот второй фотон из пары не находился. 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.
#квантовая физика
Сохраняет и развивает ведущие инженерные научные школы страны. И основание фонда «Вызов», поддержка этой замечательной национальной премии в области будущих технологий - это следующий этап нашей веры в то, что страна зависит от российской науки и людей, которые могут открывать новые горизонты», — сказал заместитель Председателя Правления Газпромбанка Дмитрий Зауэрс во время церемонии. Лауреатом в номинации «Перспектива» стал Илья Семериков, кандидат физико-математических наук, заместитель руководителя научной группы в Российском квантовом центре, научный сотрудник Физического института имени Лебедева ФИАН.
Конкретно, их протокол не гарантировал, что наблюдатели на обоих концах скамьи устанавливают поляризаторы полностью независимо друг от друга. Поскольку предположение о такой независимости было важной частью теоремы Белла, итоги эксперимента Клаузера и Фридмана нельзя было считать окончательными. В середине 1970-х годов Клаузер продолжил изучение квантовой нелокальности, включая поиск обобщений теоремы Белла. Следующий шаг в 1981—82 годах сделали 35-летний аспирант Парижского университета Ален Аспе и трое его партнеров. Их экспериментальная установка с лазерной оптикой генерировала спутанные фотоны куда эффективнее и намного быстрее, нежели аппаратура предшественников. Кроме того, она была снабжена высокочастотными оптико-акустическими переключателями, которые позволяли каждые 10 наносекунд перенаправлять фотоны в различные поляризаторы и детекторы. В итоге Аспе и его партнерам удалось доказать нарушение неравенства Белла куда надежней, чем предшественникам.
Конкретно, в их версии этого неравенства постулаты квантовой механики могли бы быть поставлены под сомнение, если бы значения функции S лежали в промежутке от нуля до минус единицы. Она не противоречила ожидаемому из квантовомеханических вычислений численному значению функции S, равному 0,112. Если бы их результат был выражен в терминах стандартной версии теоремы Белла, значение функции S составило бы приблизительно 2,7 — явное нарушение белловского неравенства. Результаты этого эксперимента были опубликованы 40 лет назад A. Aspect et al. Схема установки, предложенной Аспе и его коллегами. В 1982 году с ее помощью они показали нарушение неравенств Белла. Спутанные фотоны излучаются кальциевым источником L в противоположных направлениях. Расстояние между поляризаторами составляет примерно 12 м.
Рисунок из статьи A. Они показали, что спутанные частицы не просто реальны, но и ощущают присутствие друг друга на вполне приличных расстояниях в экспериментах парижских физиков дистанция между поляризаторами составляла 12 метров. Однако окончательно мощь неравенства Белла была продемонстрирована в самом конце прошлого столетия с участием еще одного нобелевского лауреата этого года Антона Цайлингера. Он и члены его группы продемонстрировали нарушение этого неравенства на дистанции 400 метров, причем для обеспечения полной стохастичности они применили квантовые генераторы случайных чисел G. Weihs et al. Правда, даже им всё же не удалось окончательно разделаться с подводными камнями, возникавшими при тестировании квантовой нелокальности. Контрольные эксперименты этого рода с другими протоколами еще не раз ставились и в нашем столетии, причем опять-таки не без участия Цайлингера. Работа Аспе сильно подхлестнула и теоретические, и экспериментальные исследования всё более сложных спутанных состояний. В конце 80-х годов американцы Дэниэл Гринбергер Daniel Greenberger и Майкл Хорн Michael Horne вместе c Антоном Цайлингером и при участии Абнера Шимони Abner Shimony теоретически показали, что опыты с тройками спутанных частиц демонстрируют особенности КС много лучше, чем «парные» эксперименты это так называемая квантовая нелокальность Гринбергера — Хорна — Цайлингера, см.
Greenberger—Horne—Zeilinger state. Подтверждение этому пришло лишь в 1999 году, когда в лаборатории Цайлингера в Венском университете впервые создали спутанные триады, опять-таки фотонные J. Pan et al. Experimental test of quantum nonlocality in three-photon GHZ entanglement. С тех пор число спутанных в лаборатории частиц стало быстро расти. Например, в конце 2005 года физики из американского Национального института стандартов и технологий изготовили шестерку спутанных ионов бериллия. А уже в январе 2006 года немецкие ученые сообщили, что им впервые удалось «спутать» атом с фотоном. Но это уже другая история. Исследования Цайлингера также стали важным этапом на пути разработки методов, позволяющих переносить состояние одной квантовой частицы на другую — так называемой квантовой телепортации.
Один из самых первых экспериментов этого рода он вместе с коллегами осуществил еще до своей новаторской проверки нарушения неравенства Белла D. Bouwmeester et al. Experimental Quantum Teleportation. Используя квантовую спутанность частиц, такие операции можно производить практически с нулевой вероятностью ошибок. Эти методы нашли применение в разработке протоколов квантовой криптографии. Цайлингер также приложил руку как к созданию теоретической концепции так называемого обмена спутанностью entanglement swapping , M. Zukowski et al. Event-ready detectors: Bell experiment via entanglement swapping , так и к ее первой экспериментальной реализации J. Experimental entanglement swapping: entangling photons that never interacted.
Схема эксперимента, реализующего обмен спутанностью. В начальном состоянии квантовая система состоит из четверки фотонов, которые приготовляются в виде двух спутанных пар. Оптическая система белловского типа включает четыре канала, в каждый из которых поступает один фотон. Фотоны первой пары идут в каналы 1 и 2, второй — в каналы 3 и 4. Одновременное измерение производится над фотонами, вошедшими в каналы 2 и 3, в результате чего фотон из второго канала телепортируется в четвертый. В результате эксперимента фотоны в каналах 1 и 4 образуют спутанную пару, хотя физически они друг с другом никак не взаимодействовали. Такой исход эксперимента полностью противоречит интуиции, основанной на нашем обитании в мире классической физики, однако он совершенно реален. Рисунок из пресс-релиза Нобелевского комитета, с сайта nobelprize. Кому это нужно?
Исследование феномена КС имеет множество практических выходов. Система спутанных частиц, как бы сильно она ни была размазана по пространству, — это всегда единое целое. Поэтому такие системы — буквально золотое дно для информатики. Правда, они не позволяют передавать сигналы со сверхсветовой скоростью, этот запрет специальной теории относительности остается нерушимым. Однако с их помощью можно, как я уже отмечал, копировать состояние квантовых объектов даже на километровых расстояниях и осуществлять передачу сообщений, полностью защищенных от перехвата это так называемая квантовая криптография. Феномен спутанности открывает путь и к созданию квантовых компьютеров. Квантовый компьютер может одновременно оперировать огромным количеством чисел, недоступным для любого классического вычислительного устройства. И это свойство связано как раз с тем, что он использует спутанные состояния. Каждая элементарная ячейка классического компьютера существует сама по себе, причем лишь в одном из двух логических состояний, которые кодируют нуль и единицу.
А в квантовом компьютере состояние ячейки является суперпозицией, смесью двух базисных состояний, нуля и единицы. Такой ячейкой, так называемым кубитом , может быть любая квантовая система с двумя возможными состояниями, скажем электрон с его двумя спиновыми ориентациями. Кубиты можно по-разному связать друг с другом, создав тем самым множество спутанных состояний. Для связанной системы из двух кубитов имеются уже четыре возможных состояния, из трех — восемь, из четырех — шестнадцать, и так далее. Так что с ростом числа кубитов число состояний компьютера увеличивается по экспоненте. Поэтому квантовый компьютер в принципе позволяет в реальном времени решать задачи, для которых самому мощному классическому компьютеру понадобились бы зиллионы лет. И дело здесь не в какой-то особой логике, а просто в скорости вычислений. Надо подчеркнуть, что спутанные состояния чрезвычайно деликатны, физики-экспериментаторы столкнулись с этим давно. Для работы квантового компьютера нужно сначала создать спутанное состояние многих кубитов и затем изменять его в ходе процесса вычисления.
Поэтому для практического изготовления квантового компьютера необходимо, чтобы спутанные, когерентные кубиты жили достаточно долго и чтобы их можно было надежно контролировать. В этом заключается одна из главных физических и технических проблем создания квантовых компьютеров. Это очень сложно и чрезвычайно интересно.
Подобное взаимодействие должно быть когерентным и иметь характерную зависимость от времени, связанную с движением Земли. Bloch Калифорнийский университет в Беркли и Берклиевская национальная лаборатория, США и соавторы выполнили новый эксперимент по поиску асионов на основе этих признаков [1]. В комагнитометре сравнивались частоты прецессии спинов атомов 3He и 39K. Эти ограничения являются более сильными, чем полученные раннее астрофизические ограничения по SNO-циклу в Солнце и по охлаждению нейтронных звёзд , и на два порядка улучшают прежние лабораторные ограничения. Изначально аксионы были предложены для объяснения сильного CP-нарушения в Стандартной модели. Хотя состав тёмной материи во Вселенной пока неизвестен, аксионы остаются одиним из вероятных кандидатов на роль частиц скрытой массы.
Friedrich Вюрцбургский университет, Германия и соавторов впервые идентифицированы квазичастицы спинароны, предсказанные S. Lounis и др. Они представляют собой магнитные поляроны, возникающие в результате взаимодействия спиновых возбуждений с электронами проводимости. Ранее для отдельных атомов Co и Ce на плоских металлических поверхностях наблюдались интересные спектроскопические аномалии туннельного тока при нулевом потенциале смещения. Хотя для атомов Ce было найдено объяснение таких аномалий как колебательных возбуждений атомов водорода, прикрепляющихся к атомам Ce, для Co это объяснение оказалось неприменимо. В случае атомов Co аномалии интерпретировались как эффект Кондо коллективное экранирование спинов примесей электронами проводимости и резонанс Фано.
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». Такие результаты соответствуют уровню лидеров квантовой гонки начала-середины 2020 г. Текущий рекорд по квантовому объему по состоянию на июль 2023 г. Он составляет 219, или 524 288. Это означает, что компьютер может выполнять сложные квантовые алгоритмы с высокой точностью.
РКЦ в конце 2021 г. К недостаткам модели относилось меньшее время когерентности, но на сегодня эта проблема решена, сказал Семериков. Текущая точность квантового компьютера РКЦ находится на уровне ведущих компаний 2018-2019 гг. По словам Семерикова, сейчас команда активно работает над ее повышением. МФТИ создал рабочий квантовый чип, выполненный на сверхпроводниках, на 8 кубитах. Сейчас тестируется на 12 кубитах. Оборудование для этого было закуплено еще в 2016 г.
Квантовая запутанность
- новости квантовой физики последние | Дзен
- Квантовые технологии — Квантовые вычисления, алгоритмы и вот это всё / Хабр
- Квантовые технологии — Квантовые вычисления, алгоритмы и вот это всё / Хабр
- 1. Создание имплантов, поднявших на ноги парализованного пациента
- С приставкой «супер-»: обзор новостей квантовой физики
Будущее квантовых компьютеров: перспективы и риски
| Квантовые технологии | Физики из МФТИ совместно с коллегами из Франции экспериментально показали, что атомы примесей в полупроводниках могут формировать долгоживущие устойчивые квантовые состояния. |
| Квантач – Telegram | Квантовая физика называется разделом теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-силовые системы, взаимодействия и законы их движения. |
| Экспериментаторы надеются зафиксировать колебания массы атомов | Что представляет собой физика полупроводников? Почему полупроводники всегда будут сохранять свою актуальность, несмотря на развитие квантовых технологий? |