Идея одушевленности мира следует из принципов квантовой механики: фотон каким-то образом «сознательно» выбирает свой путь от лампы до страниц вашей книги. 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.
Распутать квантовую запутанность: за что дали «Нобеля» по физике
Что представляет собой физика полупроводников? Почему полупроводники всегда будут сохранять свою актуальность, несмотря на развитие квантовых технологий? Миром станут править квантовые компьютеры", – заявил физик, популяризатор науки и футуролог Мичио Каку. В МФТИ назвали главный прорыв года в квантовой физике. Читайте последние новости высоких технологий, науки и техники. Лауреатами Нобелевской премии по физике 2022 года стали Ален Аспе, Джон Клаузер и Антон Цайлингер — за работы в области квантовой информации и квантовой запутанности. Ученые впервые обнаружили эффекты, предсказанные квантовой гравитацией — одной из физических теорий, призванной объединить квантовую механику с общей теорией относительности Эйнштейна.
Физики доказали необратимость квантовой запутанности
Физики впервые ввели в состояние запутанности макрообъекты. Результат будет иметь практическое применение в квантовых коммуникациях и поможет создать новые ультрачувствительные датчики. Научный руководитель Центра квантовых технологий МГУ Сергей Кулик представил современное состояние квантовых технологий в России и в мире на научном семинаре Национального центра физики и математики (НЦФМ) в рамках Десятилетия науки и технологий. Новости и мероприятия. Новости физики в Интернете — раздел журнала Успехи физических наук, ежемесячно публикующего обзоры современного состояния наиболее актуальных проблем физики и смежных с нею наук. В данном обзоре новостей представлены последние открытия в физике.
Физики доказали необратимость квантовой запутанности
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. 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.
Исследователи из Йельского университета США впервые с помощью процесса, известного как квантовая коррекция ошибок, существенно увеличили время жизни квантового бита. Это долгожданная цель и одна из самых сложных задач в квантовой физике. Теоретические основы квантовой коррекции ошибок были заложены почти 30 лет назад, однако только сейчас их удалось успешно применить на практике.
Результаты опубликованы в Nature. Квантовая коррекция ошибок — это процесс, предназначенный для сохранения квантовой информации. Информация в классических вычислениях поступает в виде битов, соответствующих единицам или нулям. В квантовых вычислениях информация существует в квантовых битах, или кубитах.
Путешествовать во времени. Телепатировать и телепортировать. Возможно вообще все.
Сотни опытов подтвердили, что все так и есть. Ни единого свидетельства против. Профессор Джонатан Оппенгейм выступил с революционной теорией, которая призвана спасти физику. Фото: Личная страница героя публикации в соцсети Если бы квантовые физики и сторонники Эйнштейна сели играть в фантастические шахматы, где каждая фигура — спор и противоречие между ними, стороны выставили бы по несколько сотен фигур. Но среди них была бы одна, Король, который есть суть непримиримого спора. Между нами все порвато и ногами растоптато. Имя Королю — гравитация.
Эйнштейн считает, что гравитация — это искривление пространства-времени, и вообще этой «силы» как таковой нет. Гравитация это скорее форма. Квантовая механика говорит, что гравитация - это поле, как электрическое, магнитное, и его переносит квант, единица гравитационного воздействия. Которого никто не видел. Взять ту же теорию струн. Но профессор Оппенгейм решил ударить в самое сердце. Имя этому сердцу неопределенность.
Гравитация Эйнштейна заранее задана и понятна. Она не меняется просто так. Гравитация квантовой теории непредсказуема и постоянно меняется. Оппенгейм говорит: а что, если пространство-время не есть кисель холодный, устоявшийся. А — кисель на конфорке, и его постоянно варят. Пространство-время слегка колеблется. Создается квантовая неопределенность там, где Эйнштейн видел статику.
Это в самом деле решило бы все. Уравнения квантовой механики, в которых — одни вероятности, теперь можно применять и в теории относительности.
Для ряда задач удалось доказать, что равенство энтропий запутанности — критерий обратимости операций, переводящих одно запутанное состояние в другое. До недавнего времени считалось, что это может быть указанием на фундаментальную аналогию между квантовой теорией и термодинамикой — теоретики пытались придумать или опровергнуть существование энтропии запутанности и закона ее неубывания в общем случае. Работа под авторством Людовико Лами Ludovico Lami из Ульмского института теоретической физики и Бартоша Регула Bartosz Regula из Токийского университета, кажется, ставит точку в этом вопросе и исключает фундаментальную аналогию между устройством квантовой запутанности и вторым законом термодинамики. Чтобы обосновать это, авторы теоретически рассмотрели задачу, в которой две стороны условно именуемые Алиса и Боб имеют доступ к двум подсистемам каждый — к своей подсистеме запутанного квантового состояния и обладают большим числом идентичных копий этого состояния. При этом Алиса и Боб стремятся преобразовать исходный набор состояний в набор из как можно большего числа копий заранее оговоренного конечного состояния вообще говоря, с погрешностью — отклонением реально получившихся конечных состояний от оговоренного образца, но с условием, чтобы в пределе бесконечного числа исходных состояний реально получившиеся конечные состояния не отличались от желаемых.
Кроме того, исследователи потребовали, чтобы при преобразованиях в системе не генерировалась новая запутанность вдобавок к уже имеющейся по аналогии с тем, как в адиабатических переходах в термодинамике в систему извне не поступает теплота — для этого они рассмотрели только такие операторы преобразований, которые копии исходных сепарабельных то есть не запутанных, состоящих из двух полностью независимых подсистем состояний превращают только в другие сепарабельные.
Чем занимались физики в 2023 году
Новости науки» Tag» Квантовая механика. Армия России захватила опорный пункт ВСУ: новости СВО на вечер 16 декабря. Армия России захватила опорный пункт ВСУ: новости СВО на вечер 16 декабря.
Будущее квантовых компьютеров: перспективы и риски
В частности, в квантовой физике постулируется, что квантовые законы реализуются на сверхмалых расстояниях и в мире сверхмалых частиц. Принципы квантовой физики, ставящие в тупик ученых: парадоксальная физика и ее главные загадки. Армия России захватила опорный пункт ВСУ: новости СВО на вечер 16 декабря. 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. Все новости с тегом. Квантовые технологии. На сайте собрана основная информация о главных новостях, инициативах, проектах и мероприятиях Десятилетия науки и технологий.
Новости квантовой физики
По мнению Эйнштейна, должны были существовать некие скрытые параметры, узнав которые, ученые смогли бы вернуть квантовую теорию в русло детерминизма, то есть классической модели. А чтобы найти такие параметры, нужно было бы найти другие составляющие двухчастной системы, которые бы не меняли свои свойства при измерении, в отличие от запутанных частиц. Джон Стюарт Белл, работавший над этой проблемой, в 1960-х годах века предложил проверить наличие скрытых параметров при помощи неравенства которое сейчас называется теоремой Белла. По замыслу ученого, если неравенство выполняется, значит, в системе есть скрытые параметры. Доказать это могли бы статистические эксперименты: в случае наличия или отсутствия скрытых параметров вероятность состояний будет отличаться. Недостаток теории заключался в том, что для ее доказательства необходимо было бы провести тысячи экспериментов, чтобы собрать достаточно статистических данных. Это стало возможно только сильно позже, когда появилось оборудование для фиксации состояния экспериментальных фотонов.
Если он был возбуждён или если он не был возбужден. И в зависимости от этого получаем ответ на поставленный вопрос». Процесс сложный, но ученые излучают уверенность и делают кубиты также на сверхпроводниках, которым нужны экстремально низкие температуры. Уже есть успехи — американская IT-компания , например, в конце 2022 года представила процессор, внутри которого 433 кубита.
Теоретически в нем может одновременно содержаться на много порядков больше бит информации, чем атомов в наблюдаемой Вселенной. Но решить какую-то задачу гораздо быстрее обычного компьютера, то есть «продемонстрировать квантовое превосходство», такой процессор пока не может — слишком нестабильны элементы. Подобные удачи, впрочем, уже случались. Физики из Китая, например, создали квантовый компьютер, работающий на фотонах, и за 200 секунд он провел бозонную выборку — это мегасложное вычисление, на которое могло уйти полмиллиарда лет работы самого быстрого суперкомпьютера.
В этом году квантовый вычислитель обещают уже использовать в медицинских целях. Его установят в клинике города Кливленд в США. Он поможет выявлять новые штаммы вирусов и займется поиском лекарств от болезни Альцгеймера.
Кроме того, исследователи потребовали, чтобы при преобразованиях в системе не генерировалась новая запутанность вдобавок к уже имеющейся по аналогии с тем, как в адиабатических переходах в термодинамике в систему извне не поступает теплота — для этого они рассмотрели только такие операторы преобразований, которые копии исходных сепарабельных то есть не запутанных, состоящих из двух полностью независимых подсистем состояний превращают только в другие сепарабельные.
В качестве меры качества преобразования копий исходного состояния в копии желаемого ученые, следуя предыдущим работам, ввели коэффициент трансформации — отношение количества полученных асимптотически идеальных копий желаемого состояния к количеству исходных копий в пределе бесконечно большого числа исходных копий. Критерий обратимости преобразования начального состояния в конечное, таким образом, сводится к тому, что произведение коэффициентов трансформации прямого и обратного преобразования равно единице. Более того, оказалось, что для этой пары состояний обратимость нарушается, даже если рассматривать более широкий класс операций — разрешить операторам преобразовывать исходно не запутанные состояния в ограниченно запутанные так, чтобы с ростом числа копий исходных систем мера запутанности набора конечных состояний росла не быстрее, чем экспоненциально. Таким образом, на обнаруженном примере исследователи показали необратимость операций над запутанностью и тем самым исключили строгую фундаментальную аналогию со вторым законом термодинамики но, разумеется, не возможность пользоваться такой аналогией в ограниченном наборе задач, которая уже была обоснована ранее.
Кроме того, результаты указывают на то, что для обратимости нужно генерировать макроскопические по меньшей мере экспоненциально растущие с ростом числа копий начальной системы количества запутанности в ходе преобразований, однако, как отмечают сами авторы, это может зависеть от выбора меры запутанности.
Доказать квантовую запутанность частиц с помощью эксперимента можно, проверив выполнение неравенств Белла по имении физика Джона Белла. Они позволяют узнать о наличии в квантово-механической системе скрытых параметров, определяющих состояние, которое примет одна из частиц. Если неравенства не выполняются, частицы можно считать запутанными. Эксперименты, которые доказали нарушение неравенств Белла, первым провел американец Клаузер. Заслуга француза Аспе состоит в том, что ему удалось доказать, что неравенства действительно не выполняются. Австриец Цайлингер смог экспериментально показать возможность квантовой телепортации, то есть изменение квантового состояния частицы из запутанной пары при изменении состояния другой, которая находится далеко от нее.