Новости физики в сети Internet: май 2023 (по материалам электронных препринтов). Последние новости на сегодня. Физик признал некорректным сравнение квантовой запутанности с парой носков. Армия России захватила опорный пункт ВСУ: новости СВО на вечер 16 декабря.
Физика: 10 научных прорывов 2023 года со всего мира
В этом видео представлена инновационная разработка в области эволюционной науки, которая предлагает новый взгляд на природу нашей Вселенной. Эта гипотеза нав. Новости. Фото дня. 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. Статья Квантовая физика, Квантовые точки принесли ученому из России Нобелевскую премию, Разработан первый в мире квантовый аналог механического двигателя. В частности, в квантовой физике постулируется, что квантовые законы реализуются на сверхмалых расстояниях и в мире сверхмалых частиц.
Квантовая физика о Боге, душе и Вселенной
свежие новости дня в Москве, России и мире. Новости квантовой физики. Атом водорода в квантовой физике. Физики считают, что бесконечный размер Мультивселенной может быть бесконечно больше. Мало того, что Бог играет в кости, в этом огромном казино квантовой физики.
Квантовая физика
Команда BNL изучала ионы золота, движущиеся почти со скоростью света. Их окружали облака фотонов, и когда они пролетали мимо рядом, фотоны взаимодействовали с глюонами, другим типом частиц, которые скрепляют атомные ядра. В результате такого взаимодействия образовались две новых частицы — пионы — с противоположными зарядами. Детектор RHIC смог измерить некоторые из их свойств: скорость и угол встречи, из которых позже ученые с беспрецедентной точностью вывели размер, форму и расположение глюонов в ядре атомов. В прошлом физики уже пытались рассмотреть ядра атомов во всех подробностях, но результаты всегда были туманные.
В этих экспериментах ядра выглядели больше, чем по расчетам, и это годами ставило ученых в тупик. Однако теперь загадка решена — команда BNL обнаружила эффект, который отвечает за странное поведение глюонов в ядрах.
Физики доказали необратимость квантовой запутанности Это исключает аналог термодинамической энтропии в теории запутанности Николай Мартыненко Физики показали, что операции над квантовыми системами, в которых не генерируется дополнительная квантовая запутанность вдобавок к уже имеющейся в системе, в общем случае являются необратимыми. Это означает, что, вопреки ранее имевшимся догадкам, для квантовой запутанности нельзя постулировать общий закон по аналогии со вторым законом термодинамики о существовании энтропии и ее неубывании в адиабатических процессах. Результаты опубликованы в Nature Physics. Термодинамика, как и всякая физическая теория, строится на основе нескольких эмпирических постулатов.
Одним из таких постулатов выступает закон неубывания энтропии он же второй закон термодинамики — утверждается, что всегда можно ввести такую универсальную функцию состояния физической системы — энтропию, что во всех реальных адиабатических процессах то есть без обмена энергией с окружающей средой эта функция будет либо возрастать, либо не изменяться. Это довольно сильное утверждение: для любых систем и процессов появляется направление эволюции во времени — от состояния с меньшей энтропией к состоянию с большей энтропией.
Самые интересные проекты, открытия и исследования, а также информация о конкурсах и мероприятиях в вузах и научных центрах России в одном удобном формате. Будьте в курсе событий Десятилетия науки и технологий! Десятилетие науки и технологий в России Российская наука стремительно развивается.
Поэтому наш фокус должен быть не на величине оттока и связанном с этим расстройстве, а на создании условий для притока. А что может и должно сделать государство, чтобы этот научный импульс не пропал? Мне кажется, очень важный аспект — это долгосрочные программы финансирования. Вот сейчас есть замечательная программа, которая работает в масштабе 3—5 лет, — гранты Российского научного фонда, которые позволяют молодым учёным создать собственную научную группу с очень большой степенью поддержки. Во многом благодаря поддержке РНФ была создана и моя собственная научная группа.
Для этой президентской программы горизонт — три года, после которых грант могут пролонгировать. Для людей, которых мы хотим привлечь, наверное, можно было бы создавать ещё более простые цепочки более долгосрочных программ финансирования с горизонтом в 10—20 лет. Ведь во многих научных областях для получения результатов необходимо не три года, а пять, десять, пятнадцать лет с изменением стратегии по ходу дела. Сейчас всё так бурно развивается, что спланировать что-либо на долгий срок невозможно. Так что нужны гибкость и готовность изменять планы, и одновременно долгосрочное планирование. Так мы создадим более привлекательные условия. Однако, повторюсь, уже достигнуты замечательные результаты в создании системы поддержки передовых исследований. Имеет ли смысл вкладываться в квантовые технологии сейчас? Как у нас вообще обстоят дела с частным финансированием в этом секторе? Моя точка зрения здесь довольно радикальна: нет вопроса, можно ли вкладываться, есть ответ, что не вкладываться нельзя.
В своё время отсутствие должной степени внимания к некоторым областям, таким как микроэлектроника, сейчас привело к определённым сложным последствиям. И совершенно понятно, что все развитые страны много инвестируют в квантовые технологии не случайно, поскольку видят в них очень серьёзный потенциал. Здесь основное финансирование — и в России, и в мире — идёт от государства. Понятно почему: оно фундаментальное и достаточно наукоёмкое. С другой стороны, есть и подвижники, частные компании. Например, я могу сказать, что Газпромбанк сильно помогает Российскому квантовому центру, Росатом направляет свои частные средства на финансирование Дорожной карты квантовых вычислений. Важно увеличивать эту пропорцию частного финансирования — не в абсолютном значении денег, а скорее в росте возможности сфокусироваться на тех задачах, которые в будущем будут интересны индустриальному партнёру, инвестору. Не просто создать квантовый компьютер, а создать квантовый компьютер с алгоритмами и методами, делающими возможным следующий этап его применения. Я думаю, что без вовлечения частных инвесторов и их участия деньгами и экспертизой это так не заработает. Какие препятствия есть у квантовой науки, чтобы перейти из плоскости теории и чисто научных изысканий к созданию реального продукта, меняющего общество?
В общем и целом сейчас есть два основных препятствия. С одной стороны, квантовые технологии развивать сложно, здесь много есть сложных наукоёмких вопросов, на которые ещё предстоит найти ответы. Например, мы до сих пор ищем ту элементную базу, тот физический принцип, на котором квантовые компьютеры будут построены. Если в какой-то момент в микроэлектронике мы стали использовать кремниевые интегральные схемы и пошли по пути их совершенствования и масштабирования, здесь этот аналог ещё не найден. В данный момент мы идём по нескольким направлениям. В Дорожной карте выделены четыре основные направления: атомы, ионы, фотоны и сверхпроводники. Важно отметить, что до конца никто не знает, какое направление станет лидером. Может быть один победитель, а может быть и несколько: например, квантовые компьютеры на различных физических принципах будут решать разные задачи. При этом ожидания уже очень высоки. 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?
Квантовые технологии
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. На сайте собрана основная информация о главных новостях, инициативах, проектах и мероприятиях Десятилетия науки и технологий. Новый эксперимент подтверждает краеугольное предположение о квантовых вычислениях; удваивая жизнь кубита, исследователи доказали ключевую теорию квантовой физики.
Новости физики в Интернете
Он родился в Пасадене 1 декабря 1942 года. В 1964 году он окончил в своем родном городе Калифорнийский технологический институт, через 7 лет защитил докторскую диссертацию в Колумбийском университете, а затем работал в Калифорнийском университете в Беркли, Национальной лаборатории имени Лоуренса и Ливерморской национальной лаборатории. Почетный профессор физики Венского университета professor emeritus Антон Цайлингер родился 20 мая 1945 года в городе Рид-им-Иннкрайс на севере Австрии. Он 8 лет учился в Венском университете, где в 1971 году получил степень доктора философии. Он также занимал профессорскую кафедру в Инсбрукском университете, но завершил карьеру профессором своей alma mater.
В молодости Цайлингер занимался нейтронной интерферометрией, но потом прочно переключился на квантовую оптику и основания квантовой механики. За что и был награжден Нобелевской премией. Кое-что о квантовой спутанности Термин «квантовое спутывание» КС, quantum entanglement в постановлении Шведской академии не прочитывается. Однако работы новых лауреатов так или иначе связаны с теоретическим и экспериментальным освоением того свойства квантовых систем, которое он кодирует.
С английского его также переводят и как «квантовое запутывание» и «квантовая запутанность», но мне больше нравится первая версия. Так что начать нам придется с обсуждения тех физических сущностей, которые за этим эффектом кроются. Вообще-то представление о квантовой спутанности появилось без малого 90 лет назад, а в неявном виде оно возникло еще во второй половине 1920-х годов. Однако в рабочий инструмент теоретической физики КС стало превращаться значительно позже, где-то в середине седьмого десятилетия прошлого века.
И процесс этот поначалу был довольно медленным. Первые эксперименты, продемонстрировавшие реальность КС, были выполнены в 1970-е годы, а решающие — лишь в 80-е. Сначала этим эффектом занималась лишь горстка ученых, пытавшихся лучше понять, что нового внесла квантовая механика в наши представления о физической реальности. В последнее время интерес к КС сильно возрос, поскольку она является физической основой разработки квантовых компьютеров и сетей квантовых коммуникаций.
Сообщения о том, что физики-экспериментаторы изготовили спутанные состояния новых и новых конфигураций частиц, нередко попадают не только в научные журналы, но и в СМИ. Как сказал бы полковник Скалозуб , чтобы понять КС, есть многие каналы. Можно дать формальное определение этого феномена оно не так уж и сложно и немедленно перейти к конкретным иллюстрациям. Однако такое изложение оставило бы за кадром поистине драматические события в истории физики, отмеченные именами ее величайших творцов.
Поэтому начнем действительно ab ovo, с середины тридцатых годов двадцатого столетия. ЭПР-парадокс Квантовая механика вошла в пору зрелости удивительно быстро. Ее возраст принято отсчитывать от публикаций основополагающих работ Вернера Гейзенберга и Эрвина Шрёдингера в 1925—26 годах. Всего через десять лет новая теория превратилась в общепризнанную основу понимания явлений микро- и макромира в очень широком спектре областей от ядерной физики до теории твердого тела.
К тому времени квантовая механика получила строгий математический формализм прежде всего благодаря гению Поля Дирака и была неоднократно подтверждена экспериментально. Теория столь уверенно двигалась от успеха к успеху, что практически все физики стали принимать ее как истину в последней инстанции. Казалось, что эту уверенность подтверждает и строгий математический анализ. В 1932 году великий математик Иоганн в американской эмиграции Джон фон Нейман опубликовал фундаментальную монографию «Математические основы квантовой механики».
В этой книге он сформулировал теорему, из которой, по его мнению, следовало, что любая адекватная теория элементарных процессов может давать только статистические предсказания. По его словам, если бы детерминистская теория этих процессов оказалась возможной, квантовая механика должна была быть «объективно ложной», а никакие экспериментальные данные не позволяли сделать такой вывод. Эту теорему часто интерпретировали как доказательство невозможности теорий микромира, основанных на предположении, что присущее квантовой механике вероятностное описание реальности можно превратить в детерминистское. Для этого предполагалось ввести в теоретический аппарат физики дополнительные величины, описывающие поведение микрообъектов на более глубоком уровне, нежели квантовый.
Эти гипотетические величины получили название скрытых переменных, или скрытых параметров. Однако через несколько лет после публикации книги фон Неймана в этой теореме обнаружили довольно элементарную ошибку. Фон Нейман предполагал как аксиому, что среднее значение суммы операторов квантовой механики, которые соотносятся с физически наблюдаемыми динамическими величинами на языке математики такие операторы называются самосопряженными, или эрмитовыми , должно равняться сумме их средних значений. Эта посылка оправдана в том случае, если эти наблюдаемые величины могут быть измерены в совместимых друг с другом экспериментах.
Однако она не работает в случае, если измерения каждой их двух наблюдаемых взаимно несовместимы, поскольку тогда определение их суммы теряет физический смысл. Эту проблему в принципе можно преодолеть с помощью дополнительных измерений на другой аппаратуре, которые могут определить новую наблюдаемую, соответствующую этой сумме. Но это потребует введения еще одного оператора, о котором в теореме фон Неймана ничего не говорится. В итоге доказательство фон Неймана теряет силу.
Интересно, что первой к такому выводу пришла в 1935 году ученица великого математика Эмми Нётер Грета Герман Grete Hermann , но ее работа была опубликована в малоизвестном философском журнале и потому физики ее просто не заметили. В профессиональном сообществе уязвимость теоремы фон Неймана была осознана только в 1950-е годы. Однако у квантовой механики и раньше имелись критики — и прежде всего Альберт Эйнштейн. Ему не нравилось в ней многое: принципиально вероятностный характер, гейзенберговское соотношение неопределенностей и вытекающая из него невозможность одновременного определения координат и скоростей частиц, отсутствие ясности в решении проблемы квантовомеханических измерений.
Но больше всего Эйнштейна раздражала несовместимость его собственных представлений о физической реальности с так называемой копенгагенской интерпретацией квантовой механики , предложенной Нильсом Бором и его единомышленниками. Согласно Бору, состояние любой квантовой системы нельзя рассматривать безотносительно к аппаратуре, с помощью которой получена информация о ее поведении. Теория в состоянии предсказать вероятности тех или иных исходов измерений квантовомеханических объектов, но ровно ничего не может сказать о том, каковы же значения измеряемых величин «на самом деле» — строго говоря, сам этот вопрос по сути беспредметен. Состояние «неизмеренной» системы не просто неизвестно — оно вообще не определено, а посему и рассуждать о нем не имеет смысла.
Эйнштейна не устраивала подобная логика, и он всячески пытался ее опровергнуть. Для этого он изобретал воображаемые опыты, которые Бор успешно интерпретировал в свою пользу. Однако Эйнштейн не отступал. В 1935 году, уже работая в США в принстонском Институте фундаментальных исследований, он опубликовал описание очередного мысленного эксперимента, который, по его расчетам, неопровержимо доказывал ущербность квантовой теории.
Эта модель послужила предметом долгих дискуссий Эйнштейна со своим ассистентом Натаном Розеном и коллегой по институту Борисом Подольским , уроженцем Таганрога и бывшим руководителем отдела теоретической физики харьковского Физико-технического института. Статья, фактически написанная Подольским, появилась за подписями всех троих ученых A. Einstein, B. Podolsky and N.
Rosen, 1935. Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete? Именно эта работа, которую цитируют под аббревиатурой ЭПР, проложила путь к концепции квантового спутывания. В свое время она не вызвала особого резонанса, однако сегодня ее относят к числу самых глубоких исследований теоретической физики двадцатого столетия.
Фото из статьи O. Rousselle, 2019. Foundations of quantum physics and wave mechanics Эйнштейн, Подольский и Розен исходили из двух предпосылок, которые они считали самоочевидными. Во-первых, любой атрибут физической системы, который можно предсказать со стопроцентной вероятностью, не возмущая эту систему в процессе измерений, является, по определению, элементом физической реальности.
Во-вторых, полное описание системы должно включать в себя сведения обо всех таких элементах естественно, ассоциированных именно с этой конкретной системой. Далее следует сам мысленный эксперимент. Предположим, что мы изготовили пару одинаковых частиц A и B, которые в начальный момент начинают движение в строго противоположных направлениях с равными импульсами и, следовательно, скоростями такая операция возможна и в сфере действия квантовой механики. Принцип неопределенности не позволяет одновременно точно измерить положение и импульс каждой частицы в любой из последующих моментов, но это и не требуется.
Позволим квантовым близняшкам удалиться друг от друга подальше, а затем, когда нам это заблагорассудится, определим координаты частицы A, что в идеале можно сделать с нулевой погрешностью. Тем самым мы немедленно получаем стопроцентно достоверную информацию о том, где находилась в тот же момент и частица B. Отметим, что наша аппаратура взаимодействовала исключительно с частицей A, а состояние второй частицы оставалось невозмущенным. Следовательно, положение частицы B следует счесть элементом физической реальности.
Подробнее здесь. 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.
Награда, а также 10 млн рублей были вручены российским учёным и разработчикам перспективных технологий в номинациях «Учёный года», «Инженерное решение», «Перспектива» и «Прорыв». Сохраняет и развивает ведущие инженерные научные школы страны. 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.
Каждый кубит может представлять единицу, ноль, или, как ни странно, и единицу, и ноль одновременно. Этот «квантовый параллелизм» позволяет квантовым компьютерам выполнять вычисления на несколько порядков быстрее, чем способны классические суперкомпьютеры. Однако квантовые системы хрупки. Эффективную работу квантовых компьютеров останавливает явление декогеренции — информация, хранящаяся в кубитах, быстро теряет свои свойства в результате взаимодействия с окружающей средой. Квантовые вычисления идут с помощью частиц. Однако из частиц состоят не только кубиты, но и все вокруг, включая материалы, из которых сделан компьютер, воздух и пр. Кубиты быстро начинают взаимодействовать не только друг с другом, но и со средой.
Ключевую теорию квантовой физики наконец-то доказали. Главное
Создание имплантов, поднявших на ноги парализованного пациента Победу в этом году редакторы Physics World присудили группе швейцарских нейробиологов, которым удалось создать «электронный мост» между головным и спинным мозгом пациента с параличом. Разработанные ими импланты были вживлены в позвоночник и мозг 38-летнего мужчины из Нидерландов, который был прикован к инвалидной коляске после аварии 2011 года. Нейроинтерфейс смог частично восстановить передачу сигналов от головного мозга к нижним конечностям, что позволило пациенту встать на ноги при помощи костылей или ходунков. Благодаря вживленным устройствам, он может не только ходить по ровной поверхности, но и преодолевать ступеньки. Создатели имплантов рассчитывают, что в скором будущем их изобретение найдет широкое применение. Ниже в хронологическом порядке приведены 9 других достижений, попавших в список лауреатов премии Physics World. Суть метода заключается в использовании специального геля, который впрыскивается в требуемое место, после чего содержащиеся в нем ферменты расщепляют метаболиты организма, запуская процесс полимеризации органических мономеров в геле. В результате в ткани формируются гибкие и долговечные электроды. Источник: Thor Balkhed Пока что успешные эксперименты были проведены на рыбах и пиявках, но в перспективе технология может найти применение в медицине для создания безопасных нейроинтерфейсов, позволяющих расширить возможности человеческого организма или лечить различные заболевания.
Изучение структуры протона при помощи нейтрино Теджин Кай из Рочестерского университета США совместно с коллегами из проекта MINERvA Main Injector Neutrino ExpeRiment to study v-A interactions удалось получить информацию о структуре протона путем «обстрела» пластиковых мишеней, содержащих углерод и водород, пучком нейтрино. 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.
Мировые новости экономики, финансов и инвестиций Квантовые технологии изменят мир. Новости квантовых компаний. Изображение предоставлено Microsoft Azure — облачной платформой компании Microsoft. До революции квантовых вычислений доживут не все квантовые стартапы, которым удалось выйти на публичный рынок. Природа квантовых технологий делает их полезными для решения трудоемких задач с огромным количеством переменных. Квантовые вычисления потенциально: улучшат финансовое моделирование и повысят эффективность электрических батарей.
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.
Sreekanth Институт материаловедения и инжиниринга IMRE , Сингапур и соавторы продемонстрировали в своём эксперименте новый спектрограф для резонансной рамановской спектроскопии с поверхностным усилением в участке ближнего ИК-спектра [4]. Это устройство может применяться для идентификации молекул по частотам их колебательных линий. Использовался перестраиваемый брэгговский отражатель из чередующихся слоёв стибнита Sb2S3, вносящего малые фазовые потери, и слоёв SiO2, а также тонкой металлической плёнки. На ней генерировались таммовские плазмоны с длинами волн 738-1504 нм.
Непрерывная перестройка по частоте осуществлялась путём изменения структуры слоёв Sb2S3 от аморфных до кристаллических при электрическом нагреве. Лазерное излучение фокусировалось на образец с помощью линзы, и через ту же линзу наблюдался отклик рамановского рассеяния. Эксперимент показал перспективность данного устройстава как масштабируемой биосенсорной платформы для различных применений в клинической диагностике. В частности, устройство может регистрировать молекулы хромофора на волне 385 нм, и его работа была продемонтрирована для регистрации одного из белков-биомаркеров, важных для кардиологии. Nature Communications 14 7085 2023 Сверхмассивные чёрные дыры в ранней Вселенной 1 декабря 2023 Гравитационное поле массивных объектов, находящихся на луче зрения, фокусирует свет подобно линзе, и данный эффект помогает наблюдать небольшие галактики на значительном расстоянии. ЧД звёздного происхождения не успели бы нарастить свою массу до указанной величины, а модели с прямым гравитационным коллапсом массивного газового облака пока не исключены, но также сталкиваются с проблемой нехватки динамического времени. Зельдовичем и И. Новиковым в 1966 г [6] и обсуждавшиеся позднее в работе С.
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.
По оценкам консалтинговой компании McKinsey: квантовые вычисления способны "революционизировать" исследования и разработку молекулярных структур в биофармацевтике, ускорив открытие и разработку лекарств; в химической промышленности квантовые вычисления должны ускорить разработку новых катализаторов для улавливания углерода и увеличения энергоэффективности ; использование квантовых вычислений в чат-ботах с искусственным интеллектом сделает информацию в Интернете более полезной и легкодоступной Автопроизводители BMW и Volkswagen начали исследования по применению квантовых технологий для: управления цепочками поставок,.
Ключевую теорию квантовой физики наконец-то доказали. Главное
Однако теперь загадка решена — команда BNL обнаружила эффект, который отвечает за странное поведение глюонов в ядрах. Как оказалось, глюоны рассредоточены в большей степени, чем казалось прежде, и из-за этого выглядели больше. Открытие можно использовать для разработки новых технологий, например, для изучения ядер ионов золота. И расширяет наше понимание квантовой физики и странных феноменов, которые возникают на атомном уровне. В прошлом году физики из Института Макса Планка сообщили о разработке эффективного метода создания квантовой запутанности между фотонами. Более того, они продемонстрировали его на рекордно большом количестве частиц света. Также по теме.
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.
Однако, повторюсь, уже достигнуты замечательные результаты в создании системы поддержки передовых исследований. Имеет ли смысл вкладываться в квантовые технологии сейчас? Как у нас вообще обстоят дела с частным финансированием в этом секторе? Моя точка зрения здесь довольно радикальна: нет вопроса, можно ли вкладываться, есть ответ, что не вкладываться нельзя. В своё время отсутствие должной степени внимания к некоторым областям, таким как микроэлектроника, сейчас привело к определённым сложным последствиям. И совершенно понятно, что все развитые страны много инвестируют в квантовые технологии не случайно, поскольку видят в них очень серьёзный потенциал. Здесь основное финансирование — и в России, и в мире — идёт от государства. Понятно почему: оно фундаментальное и достаточно наукоёмкое. С другой стороны, есть и подвижники, частные компании. Например, я могу сказать, что Газпромбанк сильно помогает Российскому квантовому центру, Росатом направляет свои частные средства на финансирование Дорожной карты квантовых вычислений. Важно увеличивать эту пропорцию частного финансирования — не в абсолютном значении денег, а скорее в росте возможности сфокусироваться на тех задачах, которые в будущем будут интересны индустриальному партнёру, инвестору. Не просто создать квантовый компьютер, а создать квантовый компьютер с алгоритмами и методами, делающими возможным следующий этап его применения. Я думаю, что без вовлечения частных инвесторов и их участия деньгами и экспертизой это так не заработает. Какие препятствия есть у квантовой науки, чтобы перейти из плоскости теории и чисто научных изысканий к созданию реального продукта, меняющего общество? В общем и целом сейчас есть два основных препятствия. С одной стороны, квантовые технологии развивать сложно, здесь много есть сложных наукоёмких вопросов, на которые ещё предстоит найти ответы. Например, мы до сих пор ищем ту элементную базу, тот физический принцип, на котором квантовые компьютеры будут построены. Если в какой-то момент в микроэлектронике мы стали использовать кремниевые интегральные схемы и пошли по пути их совершенствования и масштабирования, здесь этот аналог ещё не найден. В данный момент мы идём по нескольким направлениям. В Дорожной карте выделены четыре основные направления: атомы, ионы, фотоны и сверхпроводники. Важно отметить, что до конца никто не знает, какое направление станет лидером. Может быть один победитель, а может быть и несколько: например, квантовые компьютеры на различных физических принципах будут решать разные задачи. При этом ожидания уже очень высоки. 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.
Ученые обнаружили, что эти случайные сбои в работе квантовых компьютеров можно подавить, если использовать для расчетов так называемые логические кубиты, виртуальные квантовые ячейки памяти, состоящие из нескольких соединенных друг с другом физических кубитов. Они устроены таким образом, что ошибки в их работе автоматически корректируются, что позволяет вести сложные и длительные вычисления при их помощи. В 2023 году сразу несколько научных коллективов разработали квантовые процессоры на базе большого числа логических кубитов. Опыты с этими вычислительными машинами впервые на практике продемонстрировали то, что использование логических кубитов действительно позволяет уменьшать частоту появления ошибок при длительной работе компьютера. Один из самых масштабных проектов такого рода, квантовый компьютер на базе 48 логических кубитов, был создан в США группой Михаила Лукина, профессора Гарвардского университета.
Что произошло
- Сообщить об ошибке
- Экспериментаторы надеются зафиксировать колебания массы атомов
- Поделиться
- Физика - Поиск - новости науки и техники
Российские учёные развивают технологии на основе квантовой физики вместо классической
В формулировке Нобелевского комитета указано, что эти ученые отмечены «за эксперименты со спутанными фотонами, которые продемонстрировали нарушение неравенств Белла и дали начало квантовой информатике». История этих исследований началась еще в середине 1930-х годов со статьи Эйнштейна, Подольского и Розена, в которой был сформулирован парадокс, которым авторы пытались показать противоречивость квантовой механики. Попытки осмысления этого парадокса, важный вклад в которые внесли лауреаты, позволили в конечном итоге лучше понять квантовую основу нашего мира. Не знаю почему, но еще пару недель назад у меня появилось четкое предчувствие, что в этом году Шведская королевская академия наук присудит Нобелевскую премию по физике за решение какой-то абсолютно фундаментальной задачи или комплекса задач , поставленной, скорее всего, еще в первой половине прошлого века. И вот — впервые! Новыми лауреатами стали трое ученых, внесшие огромный вклад в теоретическое и экспериментальное исследование концептуальной проблемы, которую в середине 1930-х годов впервые осознали и обсудили такие титаны физики двадцатого столетия, как Альберт Эйнштейн, Нильс Бор и Эрвин Шрёдингер. Начну, как и положено, с персоналий.
Clauser и австрийский ученый Антон Цайлингер Anton Zeilinger. Согласно постановлению Шведской королевской академии наук, члены этой интернациональной группы награждены «за эксперименты со спутанными фотонами, которые продемонстрировали нарушение неравенств Белла и дали начало квантовой информатике». Эта официальная формулировка при всей своей лапидарности весьма точно выражает суть достижений новых лауреатов. Прежде чем в них разбираться, отдадим должное биографиям лауреатов. Его научная карьера поначалу прогрессировала отнюдь не быстро, докторскую степень он получил только в 1983 году. Серию экспериментов по квантовой оптике, которые только что были удостоены Нобелевской премии, он выполнил вместе с коллегами, еще будучи аспирантом.
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. Он член Французской академии наук и Французской академии технологий, иностранный член Лондонского королевского общества и Национальной академии наук США. Аспе удостоен целого ряда очень престижных наград, включая премию Бальцана , медаль Альберта Эйнштейна , премию имени Макса Борна и премию Вольфа , которую он получил в 2010 году вместе с Клаузером и Цайлингером так что эту награду не случайно считают прелюдией к Нобелевской премии. Старейший из новых лауреатов Джон Клаузер скоро отпразднует 80-летие. Он родился в Пасадене 1 декабря 1942 года. В 1964 году он окончил в своем родном городе Калифорнийский технологический институт, через 7 лет защитил докторскую диссертацию в Колумбийском университете, а затем работал в Калифорнийском университете в Беркли, Национальной лаборатории имени Лоуренса и Ливерморской национальной лаборатории.
Почетный профессор физики Венского университета professor emeritus Антон Цайлингер родился 20 мая 1945 года в городе Рид-им-Иннкрайс на севере Австрии. Он 8 лет учился в Венском университете, где в 1971 году получил степень доктора философии. Он также занимал профессорскую кафедру в Инсбрукском университете, но завершил карьеру профессором своей alma mater. В молодости Цайлингер занимался нейтронной интерферометрией, но потом прочно переключился на квантовую оптику и основания квантовой механики. За что и был награжден Нобелевской премией. Кое-что о квантовой спутанности Термин «квантовое спутывание» КС, quantum entanglement в постановлении Шведской академии не прочитывается.
Однако работы новых лауреатов так или иначе связаны с теоретическим и экспериментальным освоением того свойства квантовых систем, которое он кодирует. С английского его также переводят и как «квантовое запутывание» и «квантовая запутанность», но мне больше нравится первая версия. Так что начать нам придется с обсуждения тех физических сущностей, которые за этим эффектом кроются. Вообще-то представление о квантовой спутанности появилось без малого 90 лет назад, а в неявном виде оно возникло еще во второй половине 1920-х годов. Однако в рабочий инструмент теоретической физики КС стало превращаться значительно позже, где-то в середине седьмого десятилетия прошлого века. И процесс этот поначалу был довольно медленным.
Первые эксперименты, продемонстрировавшие реальность КС, были выполнены в 1970-е годы, а решающие — лишь в 80-е. Сначала этим эффектом занималась лишь горстка ученых, пытавшихся лучше понять, что нового внесла квантовая механика в наши представления о физической реальности. В последнее время интерес к КС сильно возрос, поскольку она является физической основой разработки квантовых компьютеров и сетей квантовых коммуникаций. Сообщения о том, что физики-экспериментаторы изготовили спутанные состояния новых и новых конфигураций частиц, нередко попадают не только в научные журналы, но и в СМИ. Как сказал бы полковник Скалозуб , чтобы понять КС, есть многие каналы. Можно дать формальное определение этого феномена оно не так уж и сложно и немедленно перейти к конкретным иллюстрациям.
Однако такое изложение оставило бы за кадром поистине драматические события в истории физики, отмеченные именами ее величайших творцов. Поэтому начнем действительно ab ovo, с середины тридцатых годов двадцатого столетия. ЭПР-парадокс Квантовая механика вошла в пору зрелости удивительно быстро. Ее возраст принято отсчитывать от публикаций основополагающих работ Вернера Гейзенберга и Эрвина Шрёдингера в 1925—26 годах. Всего через десять лет новая теория превратилась в общепризнанную основу понимания явлений микро- и макромира в очень широком спектре областей от ядерной физики до теории твердого тела. К тому времени квантовая механика получила строгий математический формализм прежде всего благодаря гению Поля Дирака и была неоднократно подтверждена экспериментально.
Теория столь уверенно двигалась от успеха к успеху, что практически все физики стали принимать ее как истину в последней инстанции. Казалось, что эту уверенность подтверждает и строгий математический анализ. В 1932 году великий математик Иоганн в американской эмиграции Джон фон Нейман опубликовал фундаментальную монографию «Математические основы квантовой механики». В этой книге он сформулировал теорему, из которой, по его мнению, следовало, что любая адекватная теория элементарных процессов может давать только статистические предсказания. По его словам, если бы детерминистская теория этих процессов оказалась возможной, квантовая механика должна была быть «объективно ложной», а никакие экспериментальные данные не позволяли сделать такой вывод. Эту теорему часто интерпретировали как доказательство невозможности теорий микромира, основанных на предположении, что присущее квантовой механике вероятностное описание реальности можно превратить в детерминистское.
Для этого предполагалось ввести в теоретический аппарат физики дополнительные величины, описывающие поведение микрообъектов на более глубоком уровне, нежели квантовый. Эти гипотетические величины получили название скрытых переменных, или скрытых параметров. Однако через несколько лет после публикации книги фон Неймана в этой теореме обнаружили довольно элементарную ошибку. Фон Нейман предполагал как аксиому, что среднее значение суммы операторов квантовой механики, которые соотносятся с физически наблюдаемыми динамическими величинами на языке математики такие операторы называются самосопряженными, или эрмитовыми , должно равняться сумме их средних значений. Эта посылка оправдана в том случае, если эти наблюдаемые величины могут быть измерены в совместимых друг с другом экспериментах. Однако она не работает в случае, если измерения каждой их двух наблюдаемых взаимно несовместимы, поскольку тогда определение их суммы теряет физический смысл.
Эту проблему в принципе можно преодолеть с помощью дополнительных измерений на другой аппаратуре, которые могут определить новую наблюдаемую, соответствующую этой сумме. Но это потребует введения еще одного оператора, о котором в теореме фон Неймана ничего не говорится. В итоге доказательство фон Неймана теряет силу. Интересно, что первой к такому выводу пришла в 1935 году ученица великого математика Эмми Нётер Грета Герман Grete Hermann , но ее работа была опубликована в малоизвестном философском журнале и потому физики ее просто не заметили. В профессиональном сообществе уязвимость теоремы фон Неймана была осознана только в 1950-е годы. Однако у квантовой механики и раньше имелись критики — и прежде всего Альберт Эйнштейн.
Ему не нравилось в ней многое: принципиально вероятностный характер, гейзенберговское соотношение неопределенностей и вытекающая из него невозможность одновременного определения координат и скоростей частиц, отсутствие ясности в решении проблемы квантовомеханических измерений. Но больше всего Эйнштейна раздражала несовместимость его собственных представлений о физической реальности с так называемой копенгагенской интерпретацией квантовой механики , предложенной Нильсом Бором и его единомышленниками. Согласно Бору, состояние любой квантовой системы нельзя рассматривать безотносительно к аппаратуре, с помощью которой получена информация о ее поведении. Теория в состоянии предсказать вероятности тех или иных исходов измерений квантовомеханических объектов, но ровно ничего не может сказать о том, каковы же значения измеряемых величин «на самом деле» — строго говоря, сам этот вопрос по сути беспредметен. Состояние «неизмеренной» системы не просто неизвестно — оно вообще не определено, а посему и рассуждать о нем не имеет смысла. Эйнштейна не устраивала подобная логика, и он всячески пытался ее опровергнуть.
Для этого он изобретал воображаемые опыты, которые Бор успешно интерпретировал в свою пользу. Однако Эйнштейн не отступал. В 1935 году, уже работая в США в принстонском Институте фундаментальных исследований, он опубликовал описание очередного мысленного эксперимента, который, по его расчетам, неопровержимо доказывал ущербность квантовой теории. Эта модель послужила предметом долгих дискуссий Эйнштейна со своим ассистентом Натаном Розеном и коллегой по институту Борисом Подольским , уроженцем Таганрога и бывшим руководителем отдела теоретической физики харьковского Физико-технического института. Статья, фактически написанная Подольским, появилась за подписями всех троих ученых A. Einstein, B.
Фото 1931 года. А вот стоит их потревожить и сместить с комфортной позиции, как они немедленно начинают что-то поглощать или излучать. Это и есть очень вкратце суть теории атома Бора. А потом в 1924 году француз Луи де Бройль довёл науку до заключения, которое, честно говоря, до сих пор воспринимается как нечто либо волшебное, либо просто-напросто жуткое а может быть, и то и другое : что не только электрон или фотон, но и вообще ЛЮБАЯ ЧАСТИЦА одновременно является волной. То есть словосочетание "корпускулярно-волновой дуализм" само по себе несколько холодит душу, но, если попытаться вдуматься в его смысл, становится ещё хуже. И ещё через три года этому последовало вящее доказательство. Вот пожалуйста. Пучок электронов пропущен через некое препятствие, в котором два просвета. И попал на этот экран. Но почему-то на экране в итоге получается вот такое нечто, которое рисуется только при распространении волн.
Дифракция электронов. 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.
Премия присуждена за создание ионного квантового процессора с использованием многоуровневых квантовых систем. Лауреатом в номинации «Инженерное решение» стал Гамлет Ходжибагиян, директор по научной работе Лаборатории физики высоких энергий Объединенного института ядерных исследований ОИЯИ , кандидат физико-математических наук.
Премия присуждена за разработку магнитов на основе высокотемпературного сверхпроводящего материала для сверхмощных хранилищ электроэнергии и исследований новой физики.
Подпишитесь , чтобы быть в курсе. Квантовая запутанность парадоксальный феномен, возникающий, когда пара частиц становится так тесно связана, что их более невозможно рассматривать как две отдельные частицы, вне зависимости от разделяющего их расстояния. Более того, при изменении одной мгновенно меняется и вторая. В теории, этот эффект мог бы лечь в основу технологии сверхсветовой связи, пишет ZME Science.
Цифровой прорыв: как искусственный интеллект меняет медийную рекламу Обычно наблюдения за квантовой запутанностью проводятся на примере пар фотонов либо электронов. Однако недавно физики из Брукхейвенской национальной лаборатории BNL совершили прорыв — они обнаружили, что квантовая запутанность действует и на разные частицы. Это открытие было сделано с помощью релятивистского коллайдера тяжелых ионов RHIC.