В журнале «The Journal of chemical physics» опубликована статья «Magnetic dipole and quadrupole transitions in the ν2 + ν3 vibrational band of carbon dioxide» резидента Института квантовой физики Чистикова Д.Н. Новости. Фото дня. В 1964 году физик Джон Белл придумал, как различить в эксперименте две версии квантовой механики — ортодоксальную и со скрытыми параметрами. Нобелевскую премию по физике дали за новаторство в квантовой информатике Награды удостоились француз Ален Аспе, американец Джон Клаузер и австриец Антон Цайлингер.
Ключевую теорию квантовой физики наконец-то доказали. Главное
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. Сейчас идет гонка за разработкой первых коммерческих квантовых компьютеров, на карту которых потенциально поставлены огромные богатства.
Пары-тройки Ученые Чикагского университета США под руководством профессора Чен Чина впервые наблюдали квантовую суперхимию в лабораторном эксперименте. Исследователи уверены: если мы хорошо изучим квантовую суперхимию, то сможем ускорять химические реакции и улучшить квантовые вычисления. В классической химии считается, что атомы в смеси движутся хаотично, могут столкнуться, а могут и не столкнуться. При каждом столкновении есть шанс, что атомы соединятся, образовав нужную ученому молекулу, но гарантий никаких. Теоретики давно предположили, что в квантовом состоянии атомы станут более предсказуемыми, а реакции между ними будут проходить быстрее. В Чикагском университете доказали это на практике. Химические реакции протекали намного быстрее, чем в обычных условиях.
Фото: Flickr Однако эта более крупная система делает влияние окружающей среды еще более агрессивным, а закодированный кубит — более хрупким. Из-за этого эффекта и осложнений, связанных с дополнительными компонентами для исправления ошибок, этот процесс не продливал срок службы квантового бита на практике. Исследователи говорят, что на самом деле безубыточность даже с неисправленным кубитом — редкое событие. Вопреки теоретическим обещаниям, в большинстве экспериментов исправление ошибок ускоряет декогерентность квантовой информации. Что сделали ученые? В ходе эксперимента ученые впервые показали, что увеличение избыточности системы, активное обнаружение и исправление квантовых ошибок обеспечило повышение устойчивости квантовой информации. Это больше, чем просто демонстрация принципа», — объясняет физик.
Группе ученых удалось более чем удвоить время жизни квантовой информации. Их кубит с исправлением ошибок жил 1,8 миллисекунды — в квантовых вычислениях все происходит быстро. Они достигли результатов, используя код исправления ошибок, который изобретен в 2001 году. Иллюстрация кубитов.
Это очень важная веха для нашей области, так как реализация универсальных квантовых компьютеров без системы исправления ошибок невозможна из-за чрезвычайно высокой чувствительности квантовых систем к шумам», — заявил старший научный сотрудник МФТИ Глеб Федоров. Он отметил, что особую ценность представляет то, что в 2023 году впервые сразу на нескольких платформах физикам удалось экспериментально продемонстрировать то, что увеличение числа физических кубитов, входящих в состав логических квантовых битов, действительно улучшает качество работы и стабильность этих ячеек памяти и элементарных вычислительных блоков квантового компьютера. Другим важным «квантовым» физическим прорывом года, как добавил директор Международного центра теоретической физики имени Абрикосова Москва Алексей Кавокин, было создание австрийскими физиками первого в мире квантового повторителя сигналов на базе ионов кальция. По его словам, эта разработка значительно приблизила мир к созданию всемирной сети квантовых коммуникаций и к разработке распределенных квантовых вычислительных систем, чьи компоненты удалены друг от друга на очень большие расстояния. Как полагают многие физики в мире, дальнейшее развитие квантовых компьютеров потребует создания систем, способных автоматически находить и корректировать случайные ошибки в их работе.
С приставкой «супер-»: обзор новостей квантовой физики
Принципы квантовой физики, ставящие в тупик ученых: парадоксальная физика и ее главные загадки. Физики из МФТИ совместно с коллегами из Франции экспериментально показали, что атомы примесей в полупроводниках могут формировать долгоживущие устойчивые квантовые состояния. Изобретен квантовый радар для работы в условиях плохой видимости НОВОСТИ Наука и Технологии. Квантовая физика (рассказывает физик Дмитрий Бочаров и др.) Новости дня от, интервью, репортажи, фото и видео, новости Москвы и регионов России, новости экономики, погода.
Нобелевка по физике за изучение квантовой запутанности — что это значит
Квантовая коррекция ошибок — это процесс, предназначенный для сохранения квантовой информации в неизменном виде в течение более длительного периода времени, чем если бы та же информация хранилась в аппаратных компонентах без каких-либо исправлений. Что такое кубиты? Информация в классических вычислениях поступает в виде битов, соответствующих единицам или нулям. В квантовых вычислениях она хранится в специальных устройствах с квантовыми свойствами, которые известны как квантовые биты или «кубиты». IBM 7 Qubit Device. Фото: Flickr В лаборатории Йельского университета их создают из сверхпроводящих цепей, охлаждаемых до температур в 100 раз ниже, чем в открытом космосе.
Каждый кубит представляет единицу или ноль, или, как ни странно, и единицу, и ноль одновременно. Этот «квантовый параллелизм» — одно из свойств, которое позволяет квантовым компьютерам выполнять вычисления. Потенциально — на несколько порядков быстрее, чем это возможно на классических суперкомпьютерах. В чем проблема квантовых вычислений? Однако квантовые системы хрупки.
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.
Пора взрослеть. Стол, стул, руки, ноги — лишь визуальная интерпретация реального мира. Возьмите проблему измерений. Длина, ширина, высота. С трудом мы еще в состоянии понять, что есть еще четвертое измерение — время. А дальше — воображения не хватает. Трехмерный мир — это удобно. Мы так привыкли.
На самом деле в мире бесконечное число измерений. Давайте потренируем мозг, и вы увидите, как все логично и просто. Нарисуйте линию. Существа, живущие в ней, двумерны, у них нет ширины, и они могут двигаться только взад и вперед. Но вы можете двигать всю линию. Это — «время» для двумерных существ. Идем в наш мир, и «время» двумерных существ становится нашей шириной, третьим измерением, которого у обитателей двумерного мира нет. Но у нас самих есть время, которое мы интерпретируем как «прошлое, настоящее и будущее» и которое для обитателей других миров, с четырьмя измерениями, просто «еще одна ширина», а никакое не «прошлое». Но у них есть свое «время», и так далее.
В результате мы получаем матрешку иллюзий. Добавьте к этому парадокс наблюдателя, которого мы уже касались. Мир меняется, когда мы на него смотрим. Это — одна из основ квантовой механики, принцип неопределенности. Для физиков это не абстракция, а повседневная реальность: если ты наблюдаешь за объектом, «щупаешь» его фотонами, он уже не тот, который без тебя. Принцип неопределенности сформулировали в 1920-х, и он показался таким странным, что физики отказывались в него верить, даже когда он подтвердился тысячами опытов. Принцип говорит: природа существует, лишь пока мы на нее смотрим. Соратник Нильса Бора, физик Паскуаль Джордан, сказал так: «Мы не наблюдаем реальность, мы ее создаем». В 1970-х Джон Уилер провел эксперимент, который показал: природа не просто меняется от нашего взгляда, она заранее «знает», будем ли мы на нее смотреть.
Упомянутый выше квантовый компьютер как бы соединит исконное «знание» Вселенной с нашим сознанием. Представим заброшенную деревню где-нибудь в глухой тайге. Принцип неопределенности на полном серьезе говорит, что, пока туда не забрела группа туристов, деревни нет. А если на деревню смотрит лиса, муравей? Они — наблюдатели? Даже камень: он разогревается днем, и остывает ночью. В целом мир - система бесконечных взаимодействий. Муравей наблюдает камень, камень - Землю, та - Солнце. Это поразительно, но вашей деревни не было бы без туманности Андромеды.
Когда мы давим муравья, мы уничтожаем наблюдателя. Теоретически в этот момент где-то может погибнуть галактика. Честно, я об этом иногда думаю. Утешаю себя так: я не могу ходить, и не давить случайно муравьев, я так устроен. Значит, так надо. С квантовой точки зрения Бог — это закон, который соединяет бесконечное число взаимодействий, от муравья до планеты. Формула Бога, если она существует — это теория всего, которую безуспешно ищут физики, начиная с Альберта Эйнштейна. Знаете, на что это похоже? Вы сидите в комнате, в окна падает свет.
Комнату еще пронизывают радиоволны, но вы их не видите. Включите приемник — и вот они. Но это еще не все.
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.
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.
Просто о сложном: принцип неопределенности и другие парадоксы квантовой физики
Центр передового опыта в области квантовой информации и квантовой физики Китайской академии наук (CAS) поставил 504-кубитный сверхпроводящий квантовый вычислительный чип под названием Xiaohong компании QuantumCTek Co., Ltd., сообщило агентство Xinhua. Новости квантовой физики. Атом водорода в квантовой физике. Нобелевскую премию по физике в 2022 году за «эксперименты с запутанными фотонами, установление нарушения неравенства Белла и новаторскую квантовую информатику» получили Ален Аспект (Франция), Джон Клаузер (США) и Антон Цайлингер (Австрия).
С приставкой «супер-»: обзор новостей квантовой физики
Вероятно, в какой-то момент, когда критическая масса развитых квантовых технологий, нашего понимания физики и экспертизы перевалит некую черту, начнется эра полностью квантовых машин. Хроники жизни. Новости дня от, интервью, репортажи, фото и видео, новости Москвы и регионов России, новости экономики, погода. 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. Последние новости на сайте. Новости науки» Tag» Квантовая механика.
В МФТИ назвали главный прорыв года в квантовой физике
Квантовая физика – это раздел физики, который изучает поведение элементарных частиц на микроуровне, используя квантовую механику. В частности, в квантовой физике постулируется, что квантовые законы реализуются на сверхмалых расстояниях и в мире сверхмалых частиц. новости России и мира сегодня. Международная команда ученых-физиков из НИТУ «МИСиС», Российского квантового центра, Университета Карлсруэ и Университета Майнца из Германии научилась моделировать процессы, которые могут помочь в расшифровке механизмов фотосинтеза. Нобелевскую премию по физике в 2022 году за «эксперименты с запутанными фотонами, установление нарушения неравенства Белла и новаторскую квантовую информатику» получили Ален Аспект (Франция), Джон Клаузер (США) и Антон Цайлингер (Австрия). В частности, в квантовой физике постулируется, что квантовые законы реализуются на сверхмалых расстояниях и в мире сверхмалых частиц.
Ключевую теорию квантовой физики наконец-то доказали. Главное
Этот раздел физики изменил наше понимание о мире и привел к созданию множества технологий, которые сегодня широко используются в науке, медицине и технике. История квантовой физики началась в начале XX века, когда ученые столкнулись с проблемами, которые не могли объяснить классические физические модели. 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.
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.
Ведь когда только один из двух запутанных объектов будет подвергаться внешнему воздействию, запутанность позволит измерить нужные свойства второго объекта с невероятной по современным меркам чувствительностью, не ограниченной нулевыми колебаниями. Это как заглянуть в удивительный квантовый мир с помощью микроскопа. Если представить, сколько всего нового и важного учёные узнали с его помощью о мире бактерий и клеток, то голова просто взрывается от мыслей, как много нового мы узнаем при помощи квантового зондирования. Достижение открывает новые фантастические технические возможности. А ещё новое достижение потенциально позволяет увеличить и без того фантастическую чувствительность детекторов гравитационных волн. Эти волны можно наблюдать, потому что они сотрясают зеркала интерферометра. Но даже чувствительность LIGO ограничена квантовой механикой, потому что зеркала лазерного интерферометра также подвергаются нулевым колебаниям. Эти колебания приводят к шуму, мешающему наблюдать крошечное движение зеркал, вызванное гравитационными волнами. Теперь, думаю, понятно, почему такого рода достижения - это важный шаг к безграничной точности измерений.
Исследователи построили квантовый процессор с использованием сверхпроводящих цепей, по сути, искусственных атомов, которые выступают в роли кубитов. Применяя точный микроволновый контроль, они смогли сгенерировать два ключевых типа запутанности: закон объема и закон области. Объемная запутанность, которая, как считается, имеет решающее значение для достижения «квантового преимущества» превосходства над классическими компьютерами , особенно сложна для изучения традиционными методами. Однако данная методика позволяет ученым эффективно создавать и анализировать ее.
Квантовая механика
Теоретики давно предположили, что в квантовом состоянии атомы станут более предсказуемыми, а реакции между ними будут проходить быстрее. В Чикагском университете доказали это на практике. Химические реакции протекали намного быстрее, чем в обычных условиях. Также ученые заметили, что взаимодействие трех атомов происходит чаще, чем двух, и при столкновении трех атомов два соединяются, образуя молекулу, а третий каким-то образом помогает процессу. По словам авторов исследования, все молекулы, которые получаются в итоге, находятся в одном и том же состоянии, что полезно для создания больших партий идентичных молекул. Их предлагают, в частности, использовать в качестве кубитов в квантовых вычислительных устройствах. В Техасском университете в Эль-Пасо США заявили, что придумали магнитный материал, позволяющий манипулировать кубитами при комнатной температуре.
Поскольку размеры ядра чрезвычайно малы даже в сравнении с атомом, эти элементарные частицы носятся со вполне приличными скоростями, близкими к скорости света. Для окончательного объяснения их строения и поведения нам понадобится «скрестить» квантовую теорию с теорией относительности. К сожалению, есть одна проблема - такая теория до сих пор не создана и нам придется ограничиться несколькими общепринятыми моделями. Энергия — величина динамическая, связанная с процессами или работой.
Поэтому элементарную частицу следует воспринимать как вероятностную динамическую функцию, как взаимодействия, связанные с непрерывным превращением энергии. Это дает неожиданный ответ на вопрос, насколько элементарны элементарные частицы, можно ли разделить их на «еще более простые» блоки. Если разогнать две частицы в ускорителе, и затем столкнуть, мы получим не две, а три частицы, причем совершенно одинаковые. Третья просто возникнет из энергии их столкновения — таким образом, они и разделятся, и не разделятся одновременно! Для того чтобы сказать что-то о ней, нам придется «вырвать» ее из первоначальных взаимодействий и, подготовив, подвергнуть другому взаимодействию — измерению. Так что мы меряем в итоге? И насколько правомерны наши измерения вообще, если наше вмешательство меняет взаимодействия, в которых участвует частица, — а значит, меняет и ее саму? Правомернее было бы называть его «участником» или «наблюдателем». Отсюда и название явления, о котором мы будем говорить дальше — «Эффект наблюдателя» или «Парадокс наблюдателя» в квантовой физике. Стоит ему выбрать способ, каким он будет проводить измерения, и в зависимости от этого реализуются возможные свойства частицы.
Стоит сменить наблюдающую систему, и свойства наблюдаемого объекта также изменятся — парадокс квантовой физики. Этот важный момент раскрывает глубинное единство всех вещей и явлений. Сами частицы, непрерывно переходя одна в другую и в иные формы энергии, не имеют постоянных или точных характеристик — эти характеристики зависят от способа, каким мы решили их видеть. Если понадобится измерить одно свойство частицы, другое непременно изменится. Такое ограничение не связано с несовершенством приборов или другими вполне исправимыми вещами. Это характеристика действительности. Попробуйте точно измерить положение частицы, и вы ничего не сможете сказать о направлении и скорости ее движения — просто потому, что у нее их не будет. Опишите точно движение частицы — вы не найдете ее в пространстве. Так современная физика ставит перед нами проблемы уже совершенно метафизического свойства. Место или импульс, энергия или время Мы уже говорили, что разговор о субатомных частицах нельзя вести в привычных нам точных терминах, в квантовом мире нам остается лишь вероятность — это, можно сказать, один из принципов квантовой физики.
Это, конечно, не та вероятность, о которой говорят, делая ставки на скачках, а фундаментальное свойство элементарных частиц. Они не то чтобы существуют, но скорее — могут существовать. Они не то чтобы обладают характеристиками, а скорее — могут ими обладать. Научно выражаясь, частица является динамической вероятностной схемой, и все ее свойства находятся в постоянном подвижном равновесии, балансируют, как Инь и Ян на древнем китайском символе тайцзи. Недаром нобелевский лауреат Нильс Бор, возведенный в дворянское звание, для своего герба выбрал именно этот знак и девиз: «Противоположности дополняют друг друга». Математически распределение вероятности представляет собой неравномерные волновые колебания. Чем больше амплитуда волны в определенном месте, тем выше вероятность существования частицы в нем.
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. Более важно, что он нашёл способ переключения схемы измерения после того, как спутанная пара вылетает за пределы источника. В этом случае исключается влияние на корреляцию фотонов со стороны самой установки, которая существовала в момент запуска пары. Антон Цайлингер Anton Zeilinger из Венского университета также проводил множество экспериментов по проверке неравенства Белла, усовершенствовав методику обоих предшественников. Он создавал спутанные пары фотонов, направляя луч лазера на специальные кристаллы, а также пошёл дальше, чем Ален Аспе — он также переключал схемы экспериментов, чтобы они не могли повлиять на поведение уже вылетевших фотонов, и при этом использовал генератор случайных чисел для переключения между несколькими схемами. В одном из экспериментов для управления фильтрами были задействованы сигналы от удалённых галактик — в таком случае можно было наверняка сказать, что они не влияют друг на друга. Также Аспе сделал шаг к практическому использованию спутанных состояний.
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.