Новости компаний. Еще одним фундаментальным принципом физики элементарных частиц является квантовая запутанность, согласно которой частицы остаются взаимосвязанными вне зависимости от расстояния между ними. Новости и события Физики предложили новый способ безыгольных инъекций Ученые Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ с коллегами представили инновационный способ безыгольных инъекций.
Содержание
- Популярное
- Квантовые технологии — Квантовые вычисления, алгоритмы и вот это всё / Хабр
- Квантовые технологии — последние и свежие новости сегодня и за 2024 год на | Известия
- Нобелевка по физике за изучение квантовой запутанности — что это значит
- Форма успешно отправлена!
- Квантач – Telegram
Квантовые технологии
Человек будет просто думать, а его мысли станут расходиться по всему миру. Би-би-си: В последнее время многие ученые говорят об опасностях, связанных с распространением искусственного интеллекта. Каким вам представляется будущее в этой области? На сегодняшний день человечеству угрожают три опасности: возможность ядерной войны, биологическое оружие и глобальное потепление. Однако к этому списку придется добавить и четвертую опасность: угроза существованию человечества, исходящая от искусственного интеллекта. Но его развитие чревато двумя потенциальными угрозами, и они совершенно разные.
Первая из них совершенно конкретна и непосредственно угрожает жизни отдельных людей: дроны, способные распознавать черты лица и намеренно или случайно убивать кого угодно и когда угодно. Таким образом, у нас появится автоматическая машина для убийства. Машина, которая сможет летать, которая сможет наблюдать за местностью, идентифицировать конкретного человека и убить его, например, устроив какую-нибудь аварию. Сюда же можно отнести и войны, то есть преднамеренную попытку одной страны убить солдат страны-противника. И это произойдет в течение нескольких ближайших лет.
Но вторая угроза более серьезна и носит более долгосрочный характер. Она наступит тогда, когда у нас появится искусственный интеллект, приближающийся к интеллекту человека. Правда, до этого еще далеко. Но рано или поздно наши роботы сравняются в интеллекте с мышами. Потом они станут такими же умными, как кролики.
Затем наступит очередь собак и кошек, а под конец их мыслительные способности сравняются со способностями обезьян. В этот момент они и станут потенциально опасными, потому что обезьяны понимают разницу между обезьяной и человеком. Вот я и думаю, что вполне возможно, что через 100 лет у нас появятся роботы, практически неотличимые от людей. К этому моменту мы должны сделать все возможное, чтобы у них не появилось собственное мнение и чтобы они ни в коем случае и помыслить не могли на нас напасть. Мы должны будем вставить в их мозг чип, который бы их отключал, если у них только возникнут мысли об убийстве.
Но я думаю, что до этого еще далеко и что в запасе у человечества еще масса времени, прежде чем искусственный интеллект достигнет подобного уровня. Непосредственную опасность представляют дроны, которые могут убивать без разбора кого угодно и где угодно. Джо Байдену показывают квантовый компьютер. Квантовые компьютеры действительно могут сделать довольно много. Я думаю, что в конечном итоге они смогут решить проблему старения, и люди перестанут умирать от старости.
Проблему старости мы теоретически можем решить, но я сомневаюсь, что квантовые компьютеры могут спасти человечество от межличностных проблем, которые возникают в процессе общения. Эти процессы очень сложны еще и потому, что идут на фоне социальных взаимодействий. В любом случае нам надо найти какой-то путь, чтобы объединить людей, побудить их жить в мире вместо того, чтобы постоянно вести войны. Би-би-си: Какие проблемы квантовая эра решить не сможет?
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.
Признанию эфира всегда сильно мешали причины субъективного характера. Извечный спор между материалистами и идеалистами пугал и тех и других кажущейся непостижимостью первичной мировой субстанции. Эфир не хотели замечать, потому что замечать боялись. Панический ужас внушала одна только мысль, что наличие тончайшей эфирной материи полностью перевернет мировоззрение всей человеческой цивилизации. Однако, благодаря высоким технологиям, изменение мировоззрения уже и так произошло. Человек покорил космос, освоил энергию атома, создал мощнейшие суперкомпьютеры, научился анализировать чудовищные объемы информации и даже прочитал свой собственный геном.
Мы видим, какие невероятно сложные задачи стоят перед современной биологией, шагнувшей далеко за пределы старого миропонимания. Вопрос о происхождении жизни давно перезрел и явно не может быть решен в рамках устаревшей научной парадигмы. Дальнейшее развитие научного познания немыслимо без качественного скачка во всем, что касается фундаментальной физики. Возрождение категории эфира и адекватное количественное описание его свойств произошли на редкость своевременно — только так можно кардинально разрешить массу накопившихся в науке противоречий, включая аспекты теории относительности и квантовой физики. Само научное достижение наверняка будет положено в основу новых технологий. Далеко ли от теории до практики? Если бы речь шла о начале прошлого века, на этот вопрос можно было бы ответить утвердительно — да, очень далеко. Но прошла уже почти четверть XXI века и хайтек сегодня развивается фактически в режиме реального времени.
От хорошей идеи до ее реализации в наше время один шаг. Учитывая родство новой теории эфира с законами аэрогидромеханики, вполне закономерно ожидать в близком будущем новых технологий движения в физическом вакууме и различных средах. Для меня, руководившего в 90-х годах двигательным подразделением ЦИАМ, высокая практическая значимость открытия россиян очевидна.
В качестве меры качества преобразования копий исходного состояния в копии желаемого ученые, следуя предыдущим работам, ввели коэффициент трансформации — отношение количества полученных асимптотически идеальных копий желаемого состояния к количеству исходных копий в пределе бесконечно большого числа исходных копий. Критерий обратимости преобразования начального состояния в конечное, таким образом, сводится к тому, что произведение коэффициентов трансформации прямого и обратного преобразования равно единице. Более того, оказалось, что для этой пары состояний обратимость нарушается, даже если рассматривать более широкий класс операций — разрешить операторам преобразовывать исходно не запутанные состояния в ограниченно запутанные так, чтобы с ростом числа копий исходных систем мера запутанности набора конечных состояний росла не быстрее, чем экспоненциально. Таким образом, на обнаруженном примере исследователи показали необратимость операций над запутанностью и тем самым исключили строгую фундаментальную аналогию со вторым законом термодинамики но, разумеется, не возможность пользоваться такой аналогией в ограниченном наборе задач, которая уже была обоснована ранее. Кроме того, результаты указывают на то, что для обратимости нужно генерировать макроскопические по меньшей мере экспоненциально растущие с ростом числа копий начальной системы количества запутанности в ходе преобразований, однако, как отмечают сами авторы, это может зависеть от выбора меры запутанности. Ранее мы писали о том, как физики нашли указания на генерацию квантовой запутанности искривлениями пространства-времени и разбирались в работах по квантовой запутанности, которые были удостоены Нобелевской премии по физике 2022 года.
Квантовые точки: что это такое и почему за них дали нобелевскую премию?
| Впервые обнаружен эффект квантовой гравитации: Наука: Наука и техника: | 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. |
| Любопытные новости квантовой физики - Эзопланета - Форум о магии | Еще одним фундаментальным принципом физики элементарных частиц является квантовая запутанность, согласно которой частицы остаются взаимосвязанными вне зависимости от расстояния между ними. |
| Распутать квантовую запутанность: за что дали «Нобеля» по физике | квантовая физика. воздух6 августа 2015. Как создаются щит и меч квантовой физики. |
| Чем занимались физики в 2023 году | Наука и жизнь | читайте, смотрите фотографии и видео о прошедших событиях в России и за рубежом! |
| 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? |
Квантовые технологии изменят мир. Новости квантовых компаний.
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. Новости, анонсы, рекомендации. Бытовая техника. Новости и события Физики предложили новый способ безыгольных инъекций Ученые Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ с коллегами представили инновационный способ безыгольных инъекций. Новый эксперимент подтверждает краеугольное предположение о квантовых вычислениях; удваивая жизнь кубита, исследователи доказали ключевую теорию квантовой физики. Знай наших квантовая физика. В НИТУ МИСиС создали алгоритм для моделирования работы полупроводниковых лазеров НОВОСТИ Знай наших.
2. «Выращивание» электродов в живых тканях
- ПРИЗРАЧНО ВСЕ
- Квантовая физика 2024 | ВКонтакте
- Популярное
- Кое-что о квантовой спутанности
В МФТИ назвали главный прорыв года в квантовой физике
Уже лет пять как в сети ходят новости о прорывах в квантовых вычислениях. 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. В МФТИ назвали главный прорыв года в квантовой физике. Читайте последние новости высоких технологий, науки и техники. 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). Новости квантовой физики. Атом водорода в квантовой физике. 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.
Ключевую теорию квантовой физики наконец-то доказали. Главное
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. Вместо того, чтобы выяснять координаты частицы B, мы можем измерить ее импульс, причем опять-таки идеально точно. Поскольку суммарный импульс пары равен нулю, мы автоматически узнаем и величину импульса частицы A, ни в коей мере ее не трогая. Следовательно, и эта величина — элемент физической реальности. 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.
Это значит, что он должен поглощать абсолютно всё падающее на него излучение. В холодном виде он, собственно, так и делает. Но стоит его раскалить, начинаются проблемы. Получается, что он не только весь свет поглощает, но и сам одновременно его излучает. Не отражает, а именно сам излучает. И это как-то связано с температурой. Учёные предлагали этому свои объяснения, но они работали лишь частично: одна формула подходит для излучения коротких волн, другая — для длинных. Но излучение-то идёт во всём диапазоне. И Макс Планк понял: вся загвоздка в том, что излучаемая энергия в предложенных формулах подаётся как некий непрерывный поток.
Как он потом вспоминал, ему просто очень хотелось создать идеально красивую формулу, в которой бы всё сошлось. И для этого достаточно было применить один небольшой трюк: допустить чисто теоретически , что энергия излучается не СПЛОШЬ, а некими порциями. Понемножку, по "сколько-то". А "сколько" по-латыни — quantum.
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. Запутанные частицы влияют на состояние друг друга, даже если между ними больше тысячи километров.
Квантовая память в виде ионов кальция в оптической ловушке в оптическом резонаторе играла роль запоминающего устройства на случай потери фотонов в процессе передачи, но главное — она была ключевым элементом в обмене запутанными состояниями между фотонами в одном и другом отрезке оптоволокна. Каждый из ионов кальция испускал по фотону. Эти фотоны разлетались по своим кабелям сегментам сети и при этом оставались спутанными каждый со своим ионом. Перед отправкой фотона в другой конец оптоволокна его преобразовывали в фотон с длиной волны 1550 нм, чтобы он соответствовал действующему стандарту в телекоммуникации. Затем ионы кальция запутывали между собой.
Эксперимент показал, что запутывание ионов в ретрансляторе вело к синхронному запутыванию фотонов или, проще говоря, к мгновенной передачи запутанности по оптическому кабелю длиной 50 км. Согласно проделанным экспериментам, учёные сделали вывод о необходимости ретрансляции квантовых состояний каждые 25 км. Это будет наилучшим образом соответствовать требованиям для сохранения высокой пропускной способности и наименьшей вероятности появления ошибок. Для её решения необходима сложнейшая математика и невообразимые эксперименты. И если на бумаге ничего невозможного нет, то с опытами всё плохо — либо кванты, либо классика.
Но надежда есть. Группа европейских и сингапурских учёных предложила квантовый симулятор, который воспроизводит эффект квантовой гравитации и не только. Учёные из Венского технологического университета, Университета Крита, Наньянского технологического университета Сингапур и Берлинского университета опубликовали в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA PNAS статью, в которой рассказали об успешной симуляции гравитационного линзирования на квантовом симуляторе. Фактически они утверждают о симуляции квантовой гравитации , обоснованием которой занимаются все физики-теоретики и никак не могут это сделать. В качестве основы для квантового симулятора исследователи взяли облака сверхохлаждённых атомов — это определённо квантовые структуры с соответствующим математическим аппаратом и массой решений по управлению ими вспомним многочисленные квантовые вычислители-симуляторы.
Вместо света учёные взяли за основу звук и представили его как релятивистский объект из общей теории относительности. Получился квантовый симулятор распространения света в пространстве, который работал в точном соответствии как с ОТО, так и с квантовой теорией. В частности, эксперимент показал осуществимость эффекта гравитационного линзирования на симуляторе. Эксперименты показывают, что форма световых конусов , эффекты линзирования, отражения и другие явления могут быть продемонстрированы в атомных облаках именно так, как это ожидается в релятивистских космических системах. Постановка экспериментов и полученные результаты могут помочь открыть неизвестные доселе явления и эффекты и, в конечном итоге, могут привести к созданию общей теории функционирования нашей Вселенной.
Этот вопрос крайне смущал многих физиков прошлого века, включая Альберта Эйнштейна, и был предметом постоянных споров. Для нового эксперимента построили 30 метров вакуумной трубы с криогенным охлаждением, чтобы фотон как можно дольше летел от одной запутанной частицы к другой и не успел вмешаться в измерения. Устройство 30-м трубы из эксперимента с волноводом посередине. В таком случае они должны «передавать информацию» быстрее скорости света. По его мнению, мы просто не всё знаем о квантовой физике, и могут быть какие-то скрытые параметры, которые уже содержатся в характеристиках частицы и выдаются в ответ на измерение свойств одной из запутанных частиц.
Например, если мы измерили направление спина одного из пары запутанных фотонов, то информация о спине второго оно будет противоположным по направлению становится известна мгновенно, где бы этот второй фотон из пары не находился. Это также называют эффектом квантовой телепортации. Для определения системы на наличие скрытых параметров в 60-х годах прошлого века физик Джон Белл предложил мысленный эксперимент, который уже в семидесятые годы поставил Джон Клаузер за что ему, в частности, была присуждена Нобелевская премия по физике за 2022 год. В классической системе нашем с вами мире неравенства Белла соблюдаются всегда, тогда как в квантовом мире они нарушаются. Если применить неравенства Белла к запутанным частицам, то случайное измерение двух запутанных частиц одновременно должно либо удовлетворять неравенствам, либо нарушать их.
В последнем случае это будет доказательством, что никаких скрытых параметров нет и частицы «передают информацию» по законам квантовой физики — быстрее скорости света. Учёные из Швейцарской высшей технической школы Цюриха ETH Zurich создали криогенную установку, в которой фотон путешествует дольше, чем ведутся локальные измерения связанных частиц. Измерения длились на несколько наносекунд быстрее. Никакая информация по классическим законам не могла передаться за это время, тогда как эффект квантовой запутанности частиц себя полностью проявил. До этого применение неравенств Белла предполагало лазейки в постановке экспериментов.
Устранить все спорные места мог только эксперимент, в ходе которого измерения должны проводиться за меньшее время, чем требуется свету, чтобы пройти от одного конца к другому — это доказывает, что между ними не было обмена информацией. У поставленного эксперимента была и другая цель — убедиться, что сравнительно большие сверхпроводящие системы могут обладать квантовыми свойствами. В опыте участвовали две сверхпроводящие схемы, которые играли роль связанных частиц, тогда как обычно речь идёт о запутывании элементарных частиц типа электронов, фотонов или атомов. В эксперименте использовались объекты нашего большого мира, и они отыграли по законам квантовой физики. Это означает, что на основе сверхпроводящих макросистем можно строить квантовые компьютеры, осуществлять квантовую связь и делать много другого интересного не углубляясь до таких тонких и пугливых сверхчувствительных материй, как элементарные частицы.
В этом скрыт небывалый потенциал, который учёные намерены разрабатывать дальше. Однако приближаться к нему можно, бесконечно затрачивая на каждый шаг время и энергию. Благодаря новой работе международной группы физиков у нас появился ещё один параметр, усложняя который можно приближаться к абсолютному нулю, что обещает новые и неожиданные открытия. Источник изображения: Pixabay Для охлаждения элементарных частиц материи необходимо тем или иным способом отбирать у них энергию до тех пор, пока у нас будут на это ресурсы и время. В системе всё равно останутся нулевые колебания, что будет означать отличную от абсолютного нуля температуру.
Но теперь появляется теоретическая возможность использовать для охлаждения материи ещё один неиспользованный ранее ресурс — это сложность системы. Фактор сложности или комплексности системы проистекает из законов квантовой физики. Точнее, из квантовой неопределённости и невозможности одновременно знать две «враждующие» характеристики квантовой системы, например, одновременно координаты и импульс количество движения. Квантовое состояние системы описывается бесконечным набором волновых функций, и измерение одного из состояний заставляет мгновенно исчезать все остальные. Физики предположили, что если определить координаты частицы, то это будет означать, что она полностью остановилась все остальные состояния коллапсировали и достигала состояния, как в случае абсолютного нуля.
Все квантовые детали информация о них фактически стираются. Согласно принципу Ландауэра , потеря одного бита данных приводит к выделению энергии. Иначе говоря, система теряет энергию и охлаждается ещё сильнее. И чем сложнее квантовая система, тем больше она несёт информации и тем сильнее охлаждается при измерении квантовых свойств. Именно это новое открытие роли сложности квантовой системы открывает новый угол зрения на поиск пути к абсолютному нулю, даже если это такое же практически невозможное решение, как и те, с которыми учёные уже работали энергия и время.
Вполне возможно, что повышение сложности квантовых систем — это ещё один способ приблизиться к абсолютному нулю или, по крайней мере, ускорить процесс движения в эту сторону. В перспективе новый подход может привести к открытию новых явлений в квантовой физике и к созданию новых материалов и технологий. Между тем, как и любые процессы в этом мире, химические реакции подвержены законам квантового мира. Учёные впервые выяснили, до какой степени можно пренебрегать ими при изучении химических процессов и как квантовые явления в химических реакциях влияют на физический мир. Ионы пробивают энергетические барьеры для химической связи с молекулами.
Поэтому всё сводится к пренебрежению квантовыми эффектами и к решению задач только с позиции классической физики. Подобное приближение удобно для практического применения в повседневной жизни, но не позволяет разобраться в ряде фундаментальных процессов мироустройства. Очевидно, что для изучения квантовых явлений в химических реакциях необходимо придумать и поставить эксперимент, который был бы подтверждён теоретическими выкладками.
В Китае создан 504-кубитный чип для квантового суперкомпьютера. На подходе 1000-кубитный
Последние новости на сегодня. Физик признал некорректным сравнение квантовой запутанности с парой носков. 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. Главным научным прорывом 2023 года в области квантовой физики стала разработка и проверка работы сразу нескольких квантовых компьютеров, способных автоматически. События и новости 24 часа в сутки по тегу: ФИЗИКА.
Первые в мире: ученые МФТИ добились прорыва в области квантовых компьютеров
И Макс Планк понял: вся загвоздка в том, что излучаемая энергия в предложенных формулах подаётся как некий непрерывный поток. Как он потом вспоминал, ему просто очень хотелось создать идеально красивую формулу, в которой бы всё сошлось. И для этого достаточно было применить один небольшой трюк: допустить чисто теоретически , что энергия излучается не СПЛОШЬ, а некими порциями. Понемножку, по "сколько-то". А "сколько" по-латыни — quantum. Макс Планк в своём рабочем кабинете.
И он получился. Гипотеза была изложена в докладе под названием "К теории распределения энергии излучения в нормальном спектре", который Макс Планк зачитал в Берлине на заседании Немецкого физического общества 14 декабря 1900 года. Он считал, что совершает "отчаянный шаг", потому что на тот момент подняться на подобную трибуну с выступлением о неких "шариках-квантах" было действительно, мягко говоря, смело. Среди слушателей в аудитории был человек, для которого этот доклад станет одним из важнейших событий в жизни. Альберт Эйнштейн.
Эйнштейну понадобилось пять лет, чтобы соотнести эти чисто теоретические кванты с тем фактом, что падающий на какую-то поверхность свет выбивает из неё электроны, и притом скорость их вылетания абсолютно не зависит от интенсивности света, а зависит только от частоты. Это называется фотоэффектом.
Цель эксперимента —обнаружение и изучение взаимодействий нейтрино высоких энергий внутри коллайдера. В магнитной ловушке накопили атомы антиводорода, а затем позволили им свободно падать. Перемещение атомов антивещества отслеживали по аннигиляционным вспышкам на стенках установки. Несмотря на кажущуюся простоту описания, эксперимент очень сложный, потребовавший в том числе учёта большого числа факторов, например, влияния магнитов в установке, чьё действие создаёт силу, сопоставимую с гравитационной. На пути к 120-му элементу В октябре 2023 года на Фабрике сверхтяжёлых элементов в Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ Дубна, Россия исследователи впервые успешно синтезировали сверхтяжёлый элемент с помощью снаряда-ядра тяжелее 48Ca. В результате бомбардировки ядрами хрома 54Cr мишени из урана 238U они получили ранее неизвестный изотоп ливермория 288Lv 116-го элемента Периодической таблицы Менделеева со временем жизни чуть менее одной миллисекунды. Уникальный атом не был непосредственной целью эксперимента и стал приятной неожиданностью.
Дело в том, что сверхтяжёлые элементы от 114-го — флеровия до 118-го — оганесона были синтезированы [1], [2], [3] в реакциях с пучком 48Ca, а самое тяжёлое вещество, которое можно наработать в количестве, достаточном, чтобы сделать мишень — калифорний. Слияние ядер кальция 20-й элемент и калифорния 98-й элемент как раз и образует 118-й элемент — последний из синтезированных на сегодняшний день. Чтобы получить сверхтяжёлые элементы с большим атомным номером надо использовать ядра не кальция, а элементов с большим количеством протонов. Так, для получения 120-го элемента предлагается реакция хрома 54Cr 24-й элемент с мишенью из кюрия 96-й элемент. Исследованием этого снаряда и занят ОИЯИ. Полученный результат позволяет надеяться на успешное использование ядра 54Cr для синтеза 120-го элемента, приступить к которому ОИЯИ планирует в 2025 году. После этого, видимо, будет сделана попытка синтезировать также ещё не открытый 119-й элемент, бомбардируя Америций 95-й элемент. Рентгеновская подпись атома Команда физиков из нескольких американских лабораторий под руководством профессора Со Вай Хла Saw Wai Hla, Университет Огайо разработала метод, использующий синхротронное рентгеновское излучение для исследования отдельного атома в веществе. В качестве объекта изучения были выбраны атомы железа и тербия.
Для решения этой задачи авторы работы сделали своеобразный гибрид рентгеновского спектроскопа и сканирующего туннельного микроскопа, назвав новый метод «синхротронной рентгеновской сканирующей туннельной микроскопией» SX-STM.
Фото с сайта en. Белл сформулировал первое из названных его именем неравенств, которые в принципе как раз и позволяют осуществить проверку гипотезы скрытых параметров. В содержательном плане суть его выводов состоит в утверждении, что никакое описание микропроцессов, основанное на этой гипотезе, не может объяснить все без исключения статистические результаты, получаемые в рамках стандартной квантовой механики. Со временем в теоретической физике возникло целое направление, посвященное поиску новых вариантов теоремы Белла.
Математика первой статьи Белла в принципе не слишком сложна, но для воспроизведения в популярном тексте, конечно, не подходит. Однако суть его выводов можно передать и без технических деталей. Белл показал, как можно подтвердить или опровергнуть реальность спутанных состояний на основе бомовской версии мысленного эксперимента ЭПР. Во-первых, нужно использовать не два детектора спина, а не меньше трех, а еще лучше — четыре. Во-вторых, детекторы следует располагать не параллельно или ортогонально, а под произвольными углами.
Вот идеальная схема такого контрольного эксперимента. Пусть вновь имеется источник электронных пар с нулевым суммарным спином, посылающий частицы в противоположных направлениях, скажем влево и вправо. Поставим там по паре магнитных детекторов, повернув их по отношению друг к другу на произвольный угол. После каждого «включения» источника срабатывает один левый и один правый детектор, но какие именно — заранее не известно. А дальше — самое главное.
В итоге получим функцию назовем ее S , зависящую от угла, под которым установлены детекторы для интересующихся, речь идет о математическом ожидании. Из теоремы Белла следует, что для неспутанных частиц значения этой функции при любом расположении детекторов всегда лежат в промежутке от минус двух до плюс двух это и есть одна из версий неравенства Белла. Такой вывод следует лишь из предположения, что каждый член любой электронной пары, уйдя от источника, сохраняет свое собственное состояние, не подвергаясь воздействию далекого близнеца. Если же это не так, если электроны-партнеры даже вдали от источника не локализованы в полностью автономных состояниях, а связаны друг с другом квантовомеханической спутанностью, то выполнение неравенства Белла не гарантируется. Более того, из квантовомеханических вычислений следует, что при каких-то ориентациях детекторов численное значение функции S может быть как больше двух, так и меньше минус двух.
Следовательно, экспериментальная проверка неравенства Белла в принципе открывает путь к решению проблемы существования спутанных состояний. Однако это было только начало длинной цепочки исследований. Белл в своей статье описал мысленный эксперимент, в котором могли бы быть проверены сделанные им выводы, однако его схема не годилась для реализации «в железе». Holt опубликовали работу с новой версией белловского неравенства, которая уже допускала экспериментальную проверку J. Clauser et al.
Proposed experiment to test local hidden-variable theories. Эта статья, известная по ссылкам как CHSH, стала важным этапом в развитии белловского подхода к проверке основ квантовой механики. Клаузер, Аспе и другие Выполнить такую проверку удалось далеко не сразу. Изготовление и регистрация спутанных состояний — непростая задача. Первые опыты по верификации теоремы Белла проводились с поляризованными фотонами.
Вместо бомовских пар спутанных электронов с нулевым полным спином в них использовали пары световых квантов с альтернативными модами поляризации например, вертикальной и горизонтальной , а вместо магнитных детекторов — поляризационные фильтры. В 70-е годы подобные эксперименты ставились несколько раз. Самые интересные результаты в 1972 году получили Джон Клаузер и скончавшийся десять лет назад его аспирант Стюарт Фридман Stuart Freedman. Они в течение двух лет построили оптическую систему, которая на практике реализовала схему, описанную в статье CHSH, — правда, в модифицированной версии. В их эксперименте использовались световые кванты, испускавшиеся возбужденными атомами кальция.
Источник света был расположен в центре экспериментальной установки, смонтированной на оптической скамье. Фотоны направлялись в противоположные концы скамьи и там проходили через пары поляризаторов, ориентированных под разными углами по отношению друг к другу. Эксперимент Клаузера и Фридмана в общей сложности продолжался 200 часов и в целом подтвердил нарушение неравенства Белла, которое они переписали применительно к своему протоколу. Однако соавторы не смогли исключить все потенциальные источники «загрязнения» собранных данных паразитной информацией. Конкретно, их протокол не гарантировал, что наблюдатели на обоих концах скамьи устанавливают поляризаторы полностью независимо друг от друга.
Поскольку предположение о такой независимости было важной частью теоремы Белла, итоги эксперимента Клаузера и Фридмана нельзя было считать окончательными. В середине 1970-х годов Клаузер продолжил изучение квантовой нелокальности, включая поиск обобщений теоремы Белла. Следующий шаг в 1981—82 годах сделали 35-летний аспирант Парижского университета Ален Аспе и трое его партнеров. Их экспериментальная установка с лазерной оптикой генерировала спутанные фотоны куда эффективнее и намного быстрее, нежели аппаратура предшественников. Кроме того, она была снабжена высокочастотными оптико-акустическими переключателями, которые позволяли каждые 10 наносекунд перенаправлять фотоны в различные поляризаторы и детекторы.
В итоге Аспе и его партнерам удалось доказать нарушение неравенства Белла куда надежней, чем предшественникам. Конкретно, в их версии этого неравенства постулаты квантовой механики могли бы быть поставлены под сомнение, если бы значения функции S лежали в промежутке от нуля до минус единицы. Она не противоречила ожидаемому из квантовомеханических вычислений численному значению функции S, равному 0,112. Если бы их результат был выражен в терминах стандартной версии теоремы Белла, значение функции S составило бы приблизительно 2,7 — явное нарушение белловского неравенства. Результаты этого эксперимента были опубликованы 40 лет назад A.
Aspect et al. Схема установки, предложенной Аспе и его коллегами. В 1982 году с ее помощью они показали нарушение неравенств Белла. Спутанные фотоны излучаются кальциевым источником L в противоположных направлениях. Расстояние между поляризаторами составляет примерно 12 м.
Рисунок из статьи A. Они показали, что спутанные частицы не просто реальны, но и ощущают присутствие друг друга на вполне приличных расстояниях в экспериментах парижских физиков дистанция между поляризаторами составляла 12 метров. Однако окончательно мощь неравенства Белла была продемонстрирована в самом конце прошлого столетия с участием еще одного нобелевского лауреата этого года Антона Цайлингера. Он и члены его группы продемонстрировали нарушение этого неравенства на дистанции 400 метров, причем для обеспечения полной стохастичности они применили квантовые генераторы случайных чисел G. Weihs et al.
Правда, даже им всё же не удалось окончательно разделаться с подводными камнями, возникавшими при тестировании квантовой нелокальности. Контрольные эксперименты этого рода с другими протоколами еще не раз ставились и в нашем столетии, причем опять-таки не без участия Цайлингера. Работа Аспе сильно подхлестнула и теоретические, и экспериментальные исследования всё более сложных спутанных состояний. В конце 80-х годов американцы Дэниэл Гринбергер Daniel Greenberger и Майкл Хорн Michael Horne вместе c Антоном Цайлингером и при участии Абнера Шимони Abner Shimony теоретически показали, что опыты с тройками спутанных частиц демонстрируют особенности КС много лучше, чем «парные» эксперименты это так называемая квантовая нелокальность Гринбергера — Хорна — Цайлингера, см. Greenberger—Horne—Zeilinger state.
Подтверждение этому пришло лишь в 1999 году, когда в лаборатории Цайлингера в Венском университете впервые создали спутанные триады, опять-таки фотонные J. Pan et al. Experimental test of quantum nonlocality in three-photon GHZ entanglement. С тех пор число спутанных в лаборатории частиц стало быстро расти. Например, в конце 2005 года физики из американского Национального института стандартов и технологий изготовили шестерку спутанных ионов бериллия.
А уже в январе 2006 года немецкие ученые сообщили, что им впервые удалось «спутать» атом с фотоном. Но это уже другая история. Исследования Цайлингера также стали важным этапом на пути разработки методов, позволяющих переносить состояние одной квантовой частицы на другую — так называемой квантовой телепортации. Один из самых первых экспериментов этого рода он вместе с коллегами осуществил еще до своей новаторской проверки нарушения неравенства Белла D.
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. 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.