Новости, анонсы, рекомендации. Бытовая техника. Идея одушевленности мира следует из принципов квантовой механики: фотон каким-то образом «сознательно» выбирает свой путь от лампы до страниц вашей книги. Новости компаний. 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. 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.
Нобелевскую премию по физике присудили за квантовую запутанность
Новый эксперимент подтверждает краеугольное предположение о квантовых вычислениях; удваивая жизнь кубита, исследователи доказали ключевую теорию квантовой физики. В 1990–2013 годах занимался экспериментальной физикой в университете Инсбрука и Венском университете. В 2004–2013 годах возглавлял Институт квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI) Австрийской академии наук. Что представляет собой физика полупроводников? Почему полупроводники всегда будут сохранять свою актуальность, несмотря на развитие квантовых технологий? Актуальные новости и авторские статьи от Rusbase. Независимое издание о технологиях и бизнесе.
Чем занимались физики в 2023 году
Ученые МФТИ совершили прорыв в области квантовой физики. Квантовая физика — раздел теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения. Новости. квантовая физика: Последние новости. Физики из Национальной лаборатории в Брукхейвене (Brookhaven National Laboratory, BNL) открыли совершенно новый тип квантовой запутанности, достаточно известного явления, связывающего квантовые частицы. новости России и мира сегодня. читайте, смотрите фотографии и видео о прошедших событиях в России и за рубежом!
Нобелевскую премию по физике присудили за квантовую запутанность
Вокруг этих задач объединилось огромное количество талантливых исследователей. Второе — это обеспечение безопасности, поскольку речь всё-таки идёт о стратегически значимых технологиях. И третье — возможность что стало актуальным в контексте последних событий достижения определённого технологического суверенитета нашей страны и паритета в развитии критически важных технологий. Ведь страны, которые обладают квантовыми компьютерами, точно будут иметь определённое технологическое преимущество. Нам нельзя остаться без него в современном мире. Насколько российские учёные в принципе продвинулись в вопросе квантовой механики, квантовых вычислений, квантовых коммуникаций, особенно в последние годы, когда в стране идет Десятилетие науки и технологий? Сейчас мы отстаём от зарубежных команд или опережаем? Вообще, если смотреть исторически, очень многое из того, что стало основой квантовой механики, сделано советскими и российскими учёными. Например, есть понятие «матрица плотности» — это то, как мы описываем состояние квантовой системы. Его ввели одновременно венгеро-американский математик Джон фон Нейман и советский учёный Лев Ландау в 1927 году.
Даже концепцию квантового компьютера в начале 1980-х тоже одновременно предложили Ричард Фейнман в Соединённых Штатах и Юрий Манин, советский математик. Несколько ключевых результатов в области квантовых технологий носят имена советских учёных. Например, теорема Холево , которая известна практически каждому специалисту в этой области. Вот эти основы — это уже достижение наших соотечественников. И это всего несколько примеров, российские учёные отметились по всей ветке развития квантовой механики. Сейчас отставание есть. Оно неоднородно по разным областям. Если в сфере квантовых компьютеров оно наблюдается из-за колоссальных инвестиций, направляемых на это направление, скажем, в США или Китае, то по квантовым коммуникациям российские решения вполне конкурентоспособны. Иногда мы даже демонстрируем более глубокое понимание в отдельных направлениях, скажем, в создании кудитных квантовых процессоров.
Это процессоры нового поколения, которые используют для обработки информации не кубиты двухуровневые квантовые системы , а кудиты многоуровневые квантовые системы с суперпозицией произвольного количества квантовых состояний. Сейчас в мире есть пять-шесть квантовых процессоров на кудитах, и один из них — заслуга российской команды в Российском квантовом центре и ФИАН им. В нашей работе нам очень помог проект Лидирующих исследовательских центров, Дорожная карта по квантовым вычислениям и Российский научный фонд. Да и по новым типам кубитов, базовых вычислительных элементов для квантовых компьютеров, в России проводятся пионерские исследования на мировом уровне. Например, недавно продемонстрированные кубиты-флюксониумы с рекордными характеристики, в разработке которых принимали участие мои коллеги из МИСИС. То есть мы стараемся не отставать и искать новые пути развития. Критическая масса людей, интеллектуальный потенциал для развития этого направления есть. Сейчас мы вступили в активную фазу реализации Дорожной карты по квантовым вычислениям координирует Росатом. Это очень важный проект, объединяющий в рамках страны различные научные группы, которые решают задачи квантовых технологий.
Мы уже видим первые результаты консолидации научного сообщества в этом направлении. Есть ли дефицит компонентов, есть ли утечка мозгов? Нынешнюю ситуацию вы рассматриваете как тёмный период или как время возможностей? Вы знаете, очень осторожное отношение к поставкам иностранного оборудования началось гораздо раньше. Эта сфера в последние пять лет постепенно становилась стратегической и всё более и более зарегулированной. И кардинального изменения в связи с санкциями не произошло. Это был логичный шаг, которому предшествовало всё возрастающее внимание к экспорту технологичных товаров со стороны стран Запада. Конечно, такие глобальные ситуации, как сейчас, осложняют работу и научное взаимодействие. Ведь наука, особенно в таких областях, носит международный характер.
Во многих научных публикациях принимают одновременное участие учёные из самых разных стран мира. Поэтому хотелось бы, чтобы текущая ситуация не касалась напрямую возможностей для научного сотрудничества. Страны между собой обмениваются учёными, и это в карьере учёного совершенно нормально: закончить первую ступень образования в одной стране, потом поступить в магистратуру в другой стране, в аспирантуру — в третьей, а работать — вообще в четвёртой, пятой. Потом вернуться к себе на родину или остаться. Это абсолютно нормальные этапы развития. Есть такой тренд во всех странах мира: после определённого цикла получения опыта учёным стараются создать условия для работы в родной стране. Здесь пример демонстрирует Китай со своей национальной программой «1000 талантов». Она позволила вернуть огромное количество учёных — и сделать значительный скачок в квантовых технологиях и не только.
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. Новые теоретические вычисления методом функционала плотности и эксперимент F.
Friedrich и др. Атомы Co были помещены на поверхность меди при температуре 1,4 К и магнитном поле до 12 Т, и измерялся текущий через них туннельный ток как со спиновым усреднением, так и с поляризацией.
Ученые не обнаружили отклонений в осцилляциях нейтрино от теоретических предсказаний. Проведенный эксперимент позволил ученым ужесточить ограничения на подобные взаимодействия в 30 раз, сузив область параметров для описания физических процессов.
Новый метод использует лазерное охлаждение атомов, но при этом не требует использования магнитного поля. Это делает сенсоры более портативными и надежными и позволяет снизить общую стоимость мониторинговой системы. В планах разработчиков — создание компактных квантовых сенсоров для использования при пограничном контроле, мониторинге инфраструктуры и окружающей среды 362 views Квантач 2-нм чипы появятся уже в следующем году На фоне бума ИИ-технологий особенно важным становится производство передовых полупроводников. Компании Samsung, TSMC и Intel планируют освоить 2-нм техпроцесс и начать массовое производство в 2025 году, а Rapidus — только открыть пробное производство.
Ожидается, что Intel первой добьется коммерциализации 2-нм чипов.
Getty Images Введение. Принципиальная сложность понимания квантовой теории Сложно представить, как выглядела бы наша цивилизация без классической физики и математики. Понятия об абсолютной «объективной реальности, существующей независимо от нашего сознания», о трехмерном евклидовом пространстве и равномерно текущем времени настолько глубоко укоренились в сознании, что мы не замечаем их. А главное, отказываемся замечать, что принципы квантовой физики применимы лишь в некоторых рутинных ситуациях и для объяснения устройства Вселенной оказываются попросту неверны.
Это была революция, которую наше сознание не приняло. Со снисходительностью мы повторяем: «все относительно», «время и пространство едины», — всегда держа в уме, что это допущение, научная абстракция, имеющая мало общего с нашей привычной устойчивой действительностью. На самом же деле как раз наши представления слабо соотносятся с действительностью — удивительной и невероятной. Она быстро развивалась и далеко продвинулась в объяснении Вселенной. Но объяснения эти настолько сложны для восприятия, что до сих пор мало кто может осознать их хотя бы в общих чертах.
Это является одной из проблем квантовой физики в целом. Математика, как и музыка, предмет крайне абстрактный, и над адекватным выражением смысла, к примеру, свертывания функций или многомерных рядов Фурье ученые бьются до сих пор. Язык математики строг, но мало соотносится с нашим непосредственным восприятием. В действительности пространство и время нераздельны и образуют единый четырехмерный континуум. Представить его вряд ли возможно, ведь мы привыкли иметь дело только с тремя измерениями.
Волна или частица До конца XIX века атомы считались неделимыми «элементами». Открытие радиации позволило Резерфорду проникнуть под «оболочку» атома и сформулировать планетарную теорию его строения: основная масса атома сосредоточена в ядре. Положительный заряд ядра компенсируется отрицательно заряженными электронами, размеры которых настолько малы, что их массой можно пренебречь. Электроны вращаются вокруг ядра по орбитам, подобно вращению планет вокруг Солнца. Эта теория квантовой физики весьма красивая, но она имеет ряд парадоксов.
Во-вторых, в природе атомы сталкиваются миллионы раз в секунду, что ничуть не вредит им — чем объяснить удивительную прочность всей системы? Говоря словами одного из «отцов» квантовой механики Гейзенберга, «никакая планетная система, которая подчиняется законам механики Ньютона, никогда после столкновения с другой подобной системой не возвратится в свое исходное состояние». Кроме того, размеры ядра, в котором собрана практически вся масса, в сравнении с целым атомом чрезвычайно малы. Можно сказать, что атом — пустота, в которой с бешеной скоростью вращаются электроны. При этом такой «пустой» атом предстает как весьма твердая частица.
Объяснение этому явлению выходит за рамки классического понимания. На самом деле на субатомном уровне скорость частицы возрастает тем больше, чем больше ограничивается пространство, в котором она движется. Так что чем ближе электрон притягивается к ядру, тем быстрее он движется и тем больше отталкивается от него. Скорость движения настолько велика, что «со стороны» атом «выглядит твердым», как выглядят диском лопасти вращающегося вентилятора. Впервые подобная «дуэль» состоялась между Ньютоном и Гюйгенсом, которые пытались объяснить свойства света.
Ньютон утверждал, что это поток частиц, Гюйгенс считал свет волной. В рамках классической физики примирить их позиции невозможно.
Квантовая механика
Китайские физики объявили о доказательствах существования новой субатомной частицы, обнаруженной при распаде (J/psi)-мезона на пару положительных и отрицательных пионов. Новости дня от , интервью, репортажи, фото и видео, новости Москвы и регионов России, новости экономики, погода. новости России и мира сегодня. 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.
Первые в мире: ученые МФТИ добились прорыва в области квантовых компьютеров
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. Но гравитационные квантовые флуктуации не повлияли на атмосферные нейтрино. К такому выводу пришли физики из IceCube, которые уже не первый раз ищут подобные нарушения. Ученые не обнаружили отклонений в осцилляциях нейтрино от теоретических предсказаний.
При этом такой «пустой» атом предстает как весьма твердая частица.
Объяснение этому явлению выходит за рамки классического понимания. На самом деле на субатомном уровне скорость частицы возрастает тем больше, чем больше ограничивается пространство, в котором она движется. Так что чем ближе электрон притягивается к ядру, тем быстрее он движется и тем больше отталкивается от него. Скорость движения настолько велика, что «со стороны» атом «выглядит твердым», как выглядят диском лопасти вращающегося вентилятора. Впервые подобная «дуэль» состоялась между Ньютоном и Гюйгенсом, которые пытались объяснить свойства света. Ньютон утверждал, что это поток частиц, Гюйгенс считал свет волной. В рамках классической физики примирить их позиции невозможно.
Ведь для нее волна — это передающееся возбуждение частиц среды, понятие, применимое лишь для множества объектов. Ни одна из свободных частиц не может перемещаться по волнообразной траектории. Но вот в глубоком вакууме движется электрон, и его перемещения описываются законами движения волн. Что здесь возбуждается, если нет никакой среды? Квантовая физика предлагает соломоново решение: свет является одновременно и частицей, и волной. Строение ядра и ядерные частицы Постепенно становилось все более ясно: вращение электронов по орбитам вокруг ядра атома совершенно не похоже на вращение планет вокруг звезды. Обладая волновой природой, электроны описываются в терминах вероятности.
Мы не можем сказать об электроне, что он находится в такой-то точке пространства, мы можем только описать примерно, в каких областях он может находиться и с какой вероятностью. Вокруг ядра электроны формируют «облака» таких вероятностей от простейшей шарообразной до весьма причудливых форм, похожих на фотографии привидений. Составляющие его крупные элементарные частицы — положительно заряженные протоны и нейтральные нейтроны — также обладают квантовой природой, а значит, движутся тем быстрее, чем в меньший объем они заключены. 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.
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.
Их преследует фундаментальное явление декогеренции — процесс, при котором информация, хранящаяся в кубитах, быстро теряет свои квантовые свойства в результате их взаимодействия с окружающей средой.
Мне ближе другая точка зрения. С утратой физического тела человек переходит в, скажем так, квантовое состояние. Как на самом деле, конечно, никто не знает. Нам предстоит отказаться от тела и стать чистой энергией. Может, он и в остальном прав? Она предполагает, что внутри нейронов мозга находятся белковые полимеры, которые живут по квантовым законам и порождают наше сознание. Согласно этой теории, сознание существует после физической гибели тела, а также может отделяться от него и путешествовать по Вселенной при жизни. Пенроуз еще в 1980-е годы показал, что квантовый компьютер будет по определению разумным.
Ждать осталось недолго: их запустят через пару лет. Мы создали материальную цивилизацию, веря, что занимаемся «серьезным делом»: сталь, бетон, мощные машины. Но теперь достижения нашей же цивилизации толкают нас к пониманию, как на самом деле обстоят дела. 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.
Российские учёные развивают технологии на основе квантовой физики вместо классической
Квантовая механика описывает поведение частиц на микроуровне с помощью волновой функции, которая предсказывает вероятность нахождения частицы в определенном состоянии. Основные постулаты квантовой механики включают принцип неопределенности Гейзенберга, что означает, что нельзя одновременно точно определить местоположение и импульс частицы, и принцип суперпозиции, согласно которому частица может находиться во всех возможных состояниях одновременно до момента измерения. Одним из ключевых достижений квантовой механики является объяснение свойств атомов и молекул. Благодаря квантовой механике стало возможным понять, почему атомы могут иметь только определенные энергетические уровни, что привело к созданию теории квантовых чисел и теории молекулярных орбиталей. Квантовая механика также оказала огромное влияние на развитие технологий.
Например, создание лазеров, технология квантовых точек для создания полупроводниковых приборов, разработка магнитно-резонансной томографии и квантовых компьютеров — все эти технологии основаны на принципах квантовой физики. Одной из самых сложных и волнующих областей квантовой физики является квантовая суперпозиция и явление квантового запутывания.
Однако уравнения квантовой механики позволяют вычислить положение и импульс частицы лишь приближенно, с той степенью точности, которую допускает соотношение неопределенностей.
А если это так, делают вывод ЭПР, то квантовомеханическое описание реальности не является полным. Что и требовалось доказать. Реакция столпов физического сообщества на эту работу была предсказуемо жесткой.
Вольфганг Паули без обиняков написал Гейзенбергу, что Эйнштейн поставил себя в дурацкое положение. Бор сначала сильно осерчал, а потом стал придумывать опровержение. После трехмесячных раздумий он провозгласил на страницах того же самого журнала, что мысленный эксперимент ЭПР отнюдь не отменяет соотношения неопределенностей и не создает препятствий для применения квантовой механики.
Бор подчеркнул, что Эйнштейн вправе полагать квантовую теорию неполной, но ее практическая эффективность от этого не уменьшается. Правда, аргументы Бора были довольно невнятными, а лет через десять он как-то признался, что уже сам не может в них разобраться. С «Папой» Бором согласились почти все теоретики, кроме Эрвина Шрёдингера.
Он тщательно продумал смысл ЭПР-парадокса и пришел к чрезвычайно глубокому выводу, который следует процитировать. Если две системы, состояния которых нам известны, временно вступают в физическое взаимодействие, а затем разделяются вновь, то их уже нельзя описывать прежним образом, то есть утверждать, что каждая система пребывает в своем собственном состоянии. Я считаю это обстоятельство самой характерной чертой квантовой механики, разделяющей ее и классическую науку.
Так без большого шума в восьмистраничной статье одного из великих отцов-основателей квантовой механики впервые появилось это самое квантовое «спутывание» E. Discussion of probability relations between separated systems. Шрёдингер первым осознал, что логический анализ ЭПР-парадокса ведет к важнейшему выводу: квантовая механика допускает такие состояния физических систем, при которых корреляции между их элементами оказываются сильнее любых корреляций, допускаемых классической физикой!
Эти состояния он и назвал спутанными, в немецком оригинале Verschrankung. Отсюда следует, что каждая такая система представляет собой единое целое, не допускающее разделения на независимые части. Это свойство квантовых систем принято называть нелокальностью.
Шрёдингер с самого начала вполне осознал глубину этой идеи — не случайно он как-то сказал Эйнштейну, что тот своим мысленным экспериментом схватил за горло догматическую квантовую механику. Однако важность КС была по-настоящему осознана большинством физиков значительно позже. Стоит отметить, что в другой работе того же 1935 года Шрёдингер описал и ставший знаменитым воображаемый эксперимент с запертым в ящике котом E.
Дэвид Бом и его схема В начале 50-х годов американский физик Дэвид Бом сформулировал новую версию ЭПР-эксперимента, которая резче демонстрировала его парадоксальность и упрощала его математический анализ. Он рассмотрел пару одинаковых квантовых частиц с половинным спином, изначально изготовленную так, чтобы их полный спин равнялся нулю. К примеру, такую пару можно получить при распаде бесспиновой частицы.
Для определенности назовем эти частицы электронами. После распада они станут удаляться от зоны рождения в различных направлениях. Поставим на их пути магнитные детекторы, измеряющие спин.
В идеальной модели такого прибора электроны движутся сквозь щель, пронизанную параллельными силовыми линиями постоянного, но неоднородного магнитного поля на деле, естественно, всё несколько сложнее. Из-за своей квантовой природы до измерения спин вообще не имеет определенной ориентации, а после него он ориентируется либо в направлении поля, либо против него скажем, вверх или вниз, если поле вертикально. Теперь проведем ЭПР-эксперимент «по Бому».
Пусть один детектор сообщил, что спин «его» электрона направлен вверх. Теперь можно утверждать, что спин второго электрона глядит вниз. И опыт это подтверждает.
Пусть второй электрон движется в сторону более удаленного детектора с такой же ориентацией поля. Этот прибор с некоторой задержкой отметит, что электронный спин направлен вниз, как и ожидалось. Таким образом, мы достоверно предсказали спин второй частицы, никак на нее не воздействуя.
Согласно логике ЭПР, направление ее спина считается элементом физической реальности. В чем же парадокс? Допустим, что детекторы ориентированы иначе, скажем слева направо.
Если спин одного электрона смотрит вправо, мы должны заключить, что спин второго направлен влево. Странный это элемент физической реальности, если его можно изменять по собственному усмотрению! Но это еще полбеды.
Установим теперь ближний детектор вертикально, а дальний — ортогонально ему, слева направо. Если наблюдатель у первого детектора увидит, что спин смотрит вверх, он посчитает, что спин электрона-партнера направлен вниз. Однако второй прибор регистрирует значения спина не по вертикали, а перпендикулярно ей.
Квантовомеханические расчеты показывают, что при повторении этого эксперимента спин второго электрона в половине случаев будет смотреть вправо, а в половине — влево. Тогда второй наблюдатель вроде бы сможет с полным основанием заключить, что спин первого электрона направлен, соответственно, влево или вправо. В итоге выводы двух наблюдателей окажутся несовместимыми друг с другом.
Что же делать с физической реальностью? С точки зрения Бора, никакого парадокса тут нет. Если ориентация спина возникает лишь в ходе измерения, то не приходится говорить о ней вне экспериментального контекста.
Однако вспомним, что мы вольны в выборе детекторов. Откуда спину заранее знать, в каком направлении его измерят? Похоже, что первый электрон мгновенно сообщает своему близнецу о том, что он проскочил через детектор.
Но ведь никакого физического взаимодействия между ними нет, так как же они ухитряются общаться? Так что, если задуматься, копенгагенская интерпретация тоже не беспроблемна. Из этого тупика можно выбраться с помощью догадки Шрёдингера: система из двух связанных общим процессом рождения электронов принципиально нелокальна, так уж устроен мир.
Отсюда с необходимостью следует, что квантовые корреляции сильнее классических. Тогда всё встает на свои места. Мы изготовили пару электронов в спутанном состоянии, отсюда и вся необычность их поведения в ЭПР-эксперименте.
Но Шрёдингер сформулировал свою гипотезу словесно, для физики этого маловато. Можно ли перевести ее на язык чисел, чтобы проверить с помощью измерений? Белловский прорыв Эту задачу первым поставил и успешно разрешил чрезвычайно одаренный ирландский физик, имя которого, к сожалению, и сейчас не слишком известно широкой публике.
Уроженец Белфаста Джон Стюарт Белл 1928—1990 прожил недолго, злая судьба послала ему раннюю смерть от кровоизлияния в мозг. Он долго работал в Европейском центре ядерных исследований, где много сделал в области теории элементарных частиц и конструирования ускорителей. В 1964 году Белл, который тогда получил отпуск в ЦЕРНе ради временного пребывания в Брандейском и Висконсинском университетах, заинтересовался основами квантовой механики, в частности ЭПР-парадоксом.
Результатом этих раздумий стало строгое математической доказательство возможности надежной экспериментальной проверки гипотезы существования спутанных состояний J. Bell, 1964. On the Einstein Podolsky Rosen paradox.
Его иногда именуют теоремой Белла, хотя он сам в своей статье это название не использовал. Джон Белл 1979 год. Фото с сайта en.
Ученые отмечают, что полученные экспериментальные результаты хорошо согласуются с теоретическими расчетами. Эти расчеты показали, что при частичном заполнении асимметричное рассеяние между краевыми квантовыми состояниями Холла и орбитами Ландау как раз и приводит к подобному невзаимному переносу. Изучение топологических свойств квантовых материалов стало одним из основных направлений исследований в последнее время. Например, совсем недавно мы рассказывали, что физики обнаружили гибридное топологическое состояние в элементарном твердом теле.
Так, недавно в журнале Physical Review Letters вышла статья, авторы которой утверждают что эти космические монстры обладают уникальными и причудливыми квантовыми свойствами. Новое исследование имеет отношение к теории квантовой гравитации — одной из нерешенных загадок современной науки. В основе работы лежит компьютерное моделирование — с его помощью физики обнаружили что черные дыры обладают свойствами, характерными для квантовых частиц.
Восторг и ужас Вселенной: Как квантовая физика перевернула мир и почему она наводит жуть
Накануне было объявлено имя лауреата Нобелевской премии по физиологии и медицине. В 2022 году победителем в этой номинации стал шведский биолог Сванте Паабо за исследование эволюции человека. В среду, 5 октября, объявят Нобелевского лауреата по химии. Вручение премий состоится 10 декабря, в день смерти Альфреда Нобеля. Награждение пройдет на официальной церемонии в Стокгольме, в 2020 и 2021 гг.
В основе работы лежит компьютерное моделирование — с его помощью физики обнаружили что черные дыры обладают свойствами, характерными для квантовых частиц. Удивительно, но исследователи полагают, что эти космические монстры могут быть одновременно маленькими и большими, тяжелыми и легкими, мертвыми и живыми.
Сегодня физики активно пытаются создать такого кота Шредингера, которого можно было бы увидеть невооруженным глазом. Роберт Шоелкопф Robert Schoelkopf из Йельского университета США и его коллеги "вырастили" усовершенствованную модель такого квантового "животного", научившись разделять кота Шредингера на отдельные, но, тем не менее, зависящие друг от друга части. Эти резонаторы связаны между собой при помощи замкнутого сверхпроводника, играющего роль искусственного атома. Если в эти камеры запустить несколько фотонов, "запутанных" между собой на квантовом уровне, то вся конструкция превращается в единого кота Шредингера, разделенного на две части — то, что происходит с фотонами в одном из резонаторов, будет отражаться на судьбе частиц во второй камере. Что интересно, о существовании "кота" можно узнать только если открыть оба "ящика" — в противном случае наблюдатель увидит набор не связанных друг с другом фотонов.
Исследователи одновременно с туннельным сканированием облучали образец рентгеновским излучением, которое проникало на нижние электронные оболочки, возбуждало близкие к ядру электроны и приводило к их туннелированию. В зависимости от состояния атома его электроны находятся на разных орбиталях, имеют разную энергию и соответственно поглощают фотоны разной длины волны. Регистрируя зависимость туннельного тока от частоты излучения можно распознать не только сам атом, но и его химическое состояние — на каких орбиталях находились электроны 4. Стерильных нейтрино нет? Отрицательный результат — тоже важный для науки результат. В самом начале 2023 года в журнале Nature физики из коллаборации STEREO сообщили об отрицательном результате поиска стерильных нейтрино с массой порядка одного электронвольта в реакторном эксперименте, проходившем с октября 2017 по ноябрь 2020 года в Институте Лауэ — Ланжевена в Гренобле Франция. Особенность детектора STEREO — наличие шести секций, что позволяет надёжно проверять осцилляции нейтрино при их удалении от реактора, и высокая защита от шумов, которые способны испортить сигнал. Исследователи также объяснили причину реакторной антинейтринной аномалии недооценкой вклада низкоэнергетических бета-переходов в ядрах атомов. Практически одновременно в журнале Physical Review Letters об отсутствии таких стерильных нейтрино сообщили и физики из коллаборации MicroBooNE в Национальной исследовательской лаборатории имени Энрико Ферми Фермилабе, США , которые провели повторный анализ своих данных. Поскольку эти частицы могли играть важную роль в решении важных вопросов физики и космологии, в мире было запущено несколько программ по поиску стерильных нейтрино. Подождём, что скажут российские специалисты. Энергия из космоса 1 июня 2023 года Калифорнийский технологический институт Калтех, США сообщил о первой успешной передаче солнечной энергии из космоса в приёмник на земле с помощью прибора MAPLE, размещённого на космическом корабле SSPD-1, запущенном на орбиту в январе. MAPLE Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment — микроволновая решётка для низкоорбитального эксперимента по передаче энергии состоит из массива гибких лёгких передатчиков микроволновой энергии, управляемых специальными электронными чипами, созданными с использованием недорогих кремниевых технологий. Благодаря этому управлению с помощью когерентного сложения электромагнитных волн MAPLE способен смещать фокус и направление излучаемой энергии — без каких-либо движущихся частей, передавая большую часть энергии в нужное место на Земле. Нейтрино заглянуло внутрь протона Американские физики из Рочестерского университета и проекта MINERvA Main Injector Neutrino ExpeRiment to study v-A interactions — Главный эксперимент с инжектором нейтрино для исследований взаимодействия нейтрино с атомами в Фермилабе впервые смогли точно измерить размер и структуру протона с помощью нейтрино. Их результаты опубликованы в журнале Nature. Тем самым создан ещё один инструмент, способный заглянуть внутрь субатомных частиц, который, возможно, позволит уточнить наши представления о них.
Квантовая физика о Боге, душе и Вселенной
| Новости физики в Интернете за декабрь 2023. УФН | Запутанность, причудливое квантовое явление, связывает две частицы таким образом, что это не поддается классической физике. Изменения в одной из них мгновенно влияют на другую, независимо от расстояния. |
| Статьи по теме «квантовая физика» — Naked Science | Читайте последние новости на тему в ленте новостей на сайте РИА Новости. В стране полным ходом прокладывают сети квантовой связи. В данном обзоре новостей представлены последние открытия в физике и астрофизике. |
| Физики доказали необратимость квантовой запутанности | Ученые впервые обнаружили эффекты, предсказанные квантовой гравитацией — одной из физических теорий, призванной объединить квантовую механику с общей теорией относительности Эйнштейна. |
| В Китае создан 504-кубитный чип для квантового суперкомпьютера. На подходе 1000-кубитный | Квантовая физика — раздел теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения. Новости. |
Будущее квантовых компьютеров: перспективы и риски
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. Эйнштейн не мог смириться с мыслью, что квантово запутанные частицы мгновенно влияют друг на друга на условно бесконечных расстояниях. 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.
Даже концепцию квантового компьютера в начале 1980-х тоже одновременно предложили Ричард Фейнман в Соединённых Штатах и Юрий Манин, советский математик. Несколько ключевых результатов в области квантовых технологий носят имена советских учёных. Например, теорема Холево , которая известна практически каждому специалисту в этой области.
Вот эти основы — это уже достижение наших соотечественников. И это всего несколько примеров, российские учёные отметились по всей ветке развития квантовой механики. Сейчас отставание есть.
Оно неоднородно по разным областям. Если в сфере квантовых компьютеров оно наблюдается из-за колоссальных инвестиций, направляемых на это направление, скажем, в США или Китае, то по квантовым коммуникациям российские решения вполне конкурентоспособны. Иногда мы даже демонстрируем более глубокое понимание в отдельных направлениях, скажем, в создании кудитных квантовых процессоров.
Это процессоры нового поколения, которые используют для обработки информации не кубиты двухуровневые квантовые системы , а кудиты многоуровневые квантовые системы с суперпозицией произвольного количества квантовых состояний. Сейчас в мире есть пять-шесть квантовых процессоров на кудитах, и один из них — заслуга российской команды в Российском квантовом центре и ФИАН им. В нашей работе нам очень помог проект Лидирующих исследовательских центров, Дорожная карта по квантовым вычислениям и Российский научный фонд.
Да и по новым типам кубитов, базовых вычислительных элементов для квантовых компьютеров, в России проводятся пионерские исследования на мировом уровне. Например, недавно продемонстрированные кубиты-флюксониумы с рекордными характеристики, в разработке которых принимали участие мои коллеги из МИСИС. То есть мы стараемся не отставать и искать новые пути развития.
Критическая масса людей, интеллектуальный потенциал для развития этого направления есть. Сейчас мы вступили в активную фазу реализации Дорожной карты по квантовым вычислениям координирует Росатом. Это очень важный проект, объединяющий в рамках страны различные научные группы, которые решают задачи квантовых технологий.
Мы уже видим первые результаты консолидации научного сообщества в этом направлении. Есть ли дефицит компонентов, есть ли утечка мозгов? Нынешнюю ситуацию вы рассматриваете как тёмный период или как время возможностей?
Вы знаете, очень осторожное отношение к поставкам иностранного оборудования началось гораздо раньше. Эта сфера в последние пять лет постепенно становилась стратегической и всё более и более зарегулированной. И кардинального изменения в связи с санкциями не произошло.
Это был логичный шаг, которому предшествовало всё возрастающее внимание к экспорту технологичных товаров со стороны стран Запада. Конечно, такие глобальные ситуации, как сейчас, осложняют работу и научное взаимодействие. Ведь наука, особенно в таких областях, носит международный характер.
Во многих научных публикациях принимают одновременное участие учёные из самых разных стран мира. Поэтому хотелось бы, чтобы текущая ситуация не касалась напрямую возможностей для научного сотрудничества. Страны между собой обмениваются учёными, и это в карьере учёного совершенно нормально: закончить первую ступень образования в одной стране, потом поступить в магистратуру в другой стране, в аспирантуру — в третьей, а работать — вообще в четвёртой, пятой.
Потом вернуться к себе на родину или остаться. Это абсолютно нормальные этапы развития. Есть такой тренд во всех странах мира: после определённого цикла получения опыта учёным стараются создать условия для работы в родной стране.
Здесь пример демонстрирует Китай со своей национальной программой «1000 талантов». Она позволила вернуть огромное количество учёных — и сделать значительный скачок в квантовых технологиях и не только. Именно это становится основным трендом.
Успешно у нас возвращают мозги? Есть примеры успешных возвратов. Вот я учился во Франции, а когда передо мной стоял выбор, куда поехать, я поехал работать в лабораторию в России.
Есть примеры моих коллег, которые либо полностью вернулись, либо проводят здесь существенную часть своего времени. Но мы привыкли к термину «утечка мозгов», боимся его. Приведу пример: в Германии очень существенный процент людей уезжают после аспирантуры работать в Америку.
Но там никто не говорит о какой-то утечке мозгов. Люди за океаном набираются опыта, потом возвращаются и создают в Германии передовые лаборатории. В одном из ведущих немецких научных центров очень много людей именно с опытом работы в Северной Америке.
И один раз почувствовав магию живого огня - хочется возвращаться к нему снова и снова. Основные законы квантовой физики изучаются в рамках квантовой механики и квантовой теории поля и применяются в других разделах физики. Все современные космологические теории также опираются на квантовую механику, которая описывает поведение атомных и субатомных частиц. Квантовая физика сосредоточена только на математическом описании процессов наблюдения и измерения точнее формулы. Знаете, в жизни многих из нас было одно впечатление, которое с детства и надолго определяло способ мышления. Это впечатление можно назвать так: «космос — обалденный».
Но время идет, буйный восторг сменяется разумным интересом, эрудиция — научным методом, а звезды больше не падают ведь это болиды. Поэтому вы читаете эту статью, а я с удовольствием ее пишу.
И попал на этот экран. Но почему-то на экране в итоге получается вот такое нечто, которое рисуется только при распространении волн. Дифракция электронов. Вот в этом научно-популярном фильме физик Джим Аль-Халили объясняет, что будет, если из особой пушки через такое же препятствие с двумя просветами стрельнуть всего лишь ОДНИМ-единственным электроном. Но как только сие непонятно что сталкивается с беспросветным препятствием — превращается в добропорядочную частичку. А дальше — со всеми остановками. За эти сотню с лишним лет после "отчаянного" выступления Планка человечество погрузилось в бездну неизвестности уже довольно глубоко.
Выяснилось, что кванты могут состоять в непостижимых отношениях, как некоторые люди: у одного в далёкой дали что-то меняется, другой немедленно это ощущает и тоже начинает вести себя по-другому. Так называемая квантовая запутанность. Выяснилось, что эти частицы одновременно могут находиться в разных состояниях, отсюда — кот Шрёдингера: суть мысленного эксперимента в том, что кот сидит в коробке, и механизм его убийства сработает в случае распада одного атома, а поскольку квантовые частицы в этом атоме одновременно находятся в разных состояниях, выходит, что кот одновременно и жив, и мёртв. Выяснилось, что кванты проходят через препятствия. Что они самопроизвольно появляются и исчезают. Что ими кишит даже то, что принято считать абсолютным вакуумом.