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. Нобелевскую премию по физике дали за новаторство в квантовой информатике Награды удостоились француз Ален Аспе, американец Джон Клаузер и австриец Антон Цайлингер.
Чем занимались физики в 2023 году
При каждом столкновении есть шанс, что атомы соединятся, образовав нужную ученому молекулу, но гарантий никаких. Теоретики давно предположили, что в квантовом состоянии атомы станут более предсказуемыми, а реакции между ними будут проходить быстрее. В Чикагском университете доказали это на практике. Химические реакции протекали намного быстрее, чем в обычных условиях. Также ученые заметили, что взаимодействие трех атомов происходит чаще, чем двух, и при столкновении трех атомов два соединяются, образуя молекулу, а третий каким-то образом помогает процессу. По словам авторов исследования, все молекулы, которые получаются в итоге, находятся в одном и том же состоянии, что полезно для создания больших партий идентичных молекул. Их предлагают, в частности, использовать в качестве кубитов в квантовых вычислительных устройствах.
В этих экспериментах ядра выглядели больше, чем по расчетам, и это годами ставило ученых в тупик. Однако теперь загадка решена — команда BNL обнаружила эффект, который отвечает за странное поведение глюонов в ядрах. Как оказалось, глюоны рассредоточены в большей степени, чем казалось прежде, и из-за этого выглядели больше. Открытие можно использовать для разработки новых технологий, например, для изучения ядер ионов золота.
И расширяет наше понимание квантовой физики и странных феноменов, которые возникают на атомном уровне. В прошлом году физики из Института Макса Планка сообщили о разработке эффективного метода создания квантовой запутанности между фотонами. Более того, они продемонстрировали его на рекордно большом количестве частиц света.
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. Простыми словами любое вмешательство внешней среды мешает работе таких систем, делая их невозможными. Это не дает реализовать квантовые компьютеры повсеместно.
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. Эффект туннелирования оказался одним из наиболее удобных кандидатов на постановку такого эксперимента, но на его организацию потребовались годы планирования. Опыт удался у команды исследователей из Университета Инсбрука, о чём они сообщили в свежем выпуске журнала Nature. Для опыта был выбран изотоп водорода дейтерий, который поместили в ионную ловушку и охладили, после чего заполнили ловушку газообразным водородом. За счёт сильного охлаждения отрицательно заряженным ионам дейтерия не хватало энергии для химической реакции с молекулами водорода. Тем не менее, отдельные ионы дейтерия вступали в реакцию с молекулами водорода, чего не могло быть с точки зрения классической физики.
По их количеству мы можем сделать вывод о том, как часто происходила реакция». Предложенный в 2018 году теоретический расчёт показал, что в условиях эксперимента одно квантовое туннелирование будет происходить в одном случае из каждых ста миллиардов столкновений, что учёные из Инсбрука смогли подтвердить на практике. Иными словами, для химической реакции с квантовыми явлениями эксперимент впервые подтвердил теорию. Одновременно это была самая медленная реакция с заряженными частицами из когда-либо наблюдавшихся. На основе проведённого исследования можно разработать более простые теоретические модели «квантовых» химических реакций и проверить их на реакции, которая уже успешно продемонстрирована. Туннельный эффект возникает во многих физических и химических процессах, а это путь к их лучшему пониманию и к открытию явлений, которые были либо плохо объяснимыми, либо вовсе непонятными для науки, например, такими, как астрохимический синтез молекул в межзвёздных облаках. Подтверждающий теорию эксперимент — это лучшее, что можно использовать для новых открытий. Квантовые состояния ядер могут сохраняться часами, но управлять ими напрямую фотонами было нельзя, а ведь оптика остаётся основой для организации квантовой связи и квантового интернета. Группа учёных из Массачусетского технологического института нашла решение проблемы и открыла новый способ управления атомными ядрами как кубитами с помощью фотонов.
Источник изображения: MIT Фотоны как кванты порции энергии электромагнитного излучения почти не взаимодействуют с атомными ядрами, а их собственные частоты отличаются на шесть—девять порядков. В обычных условиях фотоны воздействуют на спины электронов вблизи атомных ядер, и это воздействие опосредованно передаётся на спины ядер. Было бы заманчиво напрямую воздействовать фотонами как переносчиками информации на вычислительные или запоминающие кубиты в виде ядерных спинов. Но как? Но пока только в теории, о чём надо помнить. Постановка эксперимента будет на следующем этапе исследования. Новый подход использует такие свойства некоторых ядер, как присущий им электрический квадруполь. Через него ядро взаимодействует с окружающей средой и на это взаимодействие можно оказывать влияние квантами света и, следовательно, тем самым оказывать влияние на само ядро — на его ядерный спин, записывая или считывая состояние кубита на этом ядре. Такое воздействие оказывается практически прямым: в зависимости от длины волны фотона спин поворачивается на тот или иной угол.
Выше на иллюстрации схематически показано, как два лазерных луча с разной длиной волны могут влиять на электрические поля изображены розовым на рисунке , окружающие атомное ядро овалы на рисунке , воздействуя на эти поля таким образом, что спин ядра отклоняется в определенном направлении, как показано стрелкой. И это отклонение строго связано с частотой входящего луча фотона. Это открытие имеет множество потенциальных применений от квантовой памяти, которую изменяют или считывают фотоны, и эта информация тут же передаётся в сеть, до системы вычислений, датчиков и спектроскопии. Ждём лабораторных подтверждений предложенной теории. Миру нужны квантовые компьютеры. Радар будет встроен в систему планетарной обороны для поиска опасных астероидов, хотя сможет также детектировать ракеты и спутники. Источник изображения: Pixabay Традиционно радар испускает радиоволновое излучение и улавливает отражение сигнала от изучаемого объекта. Это отлично работает на сравнительно коротких дистанциях, но по мере увеличения дальности и чувствительности требуются как гигантские по площади антенны, так и передатчики с запредельными мощностями. Законы квантовой физики, по словам исследователей, позволяют обойти эти ограничения и добиться сверхчувствительной работы космических радаров, обойдясь малыми энергиями и сравнительно небольшими антеннами.
Всё дело в том, что квантовый радар будет оперировать порциями энергии, то есть одиночными частицами, используя для детектирования квантовые свойства этих частиц. Например, если в сторону объекта отправить одну из двух связанных частиц, например, фотон света или квант энергии микроволнового диапазона, то отражённую от далёкого объекта частицу из связанной пары будет легко выделить на фоне даже сильнейших шумов. Мы просто будем знать, что искать. Также легко будет детектировать искусственно созданные кванты энергии, поскольку они будут отличаться от появившихся естественным путём. Отправка одного единственного кванта будет намного дешевле с позиции энергозатрат, чем работа мощного радиопередатчика. К тому же блок генерации связанных квантов можно встроить в обычную систему радиолокационного наблюдения. Правда, работа квантового блока будет нетривиальна сама по себе, ведь для этого необходимо охлаждение узлов до экстремально низких температур. Именно, этот аспект больше всего не нравится военным, которым придётся эксплуатировать криогенные системы в полевых условиях. Некоторое препятствие в развитии квантовых радарных технологий китайские учёные ощутили после введения ограничений со стороны США на продажу в Китай самых современных криогенных систем.
Теперь китайцам приходится самим создавать аналогичные установки. Это задерживает работы по созданию квантового радара, но обнадёживающие результаты уже получены. В США также работают над радаром на квантовом принципе. В частности, этим занята компания Raytheon Technologies. Raytheon разрабатывает радар с использованием эффекта квантовой запутанности для обнаружения на орбите наноспутников и других мелких объектов, которые невидимы для традиционных радарных систем. И Китай, и США, и другие страны в аналогичных работах преследуют сначала военные цели, но сбрасывать со счетов эти усилия для укрепления планетарной обороны тоже нельзя. Если на Землю будет лететь астероид «Судного дня», то наши земные дрязги станут ничем перед лицом потенциальной угрозы уничтожения из космоса. Разработка обещает сказать новое слово в создании нанороботов атомарного масштаба. Учёные пока не сошлись в едином мнении о сути процессов, однако публикация в журнале Nature Communications однозначно говорит о потенциале работы.
Источник изображения: Pixabay Считалось, что чем сильнее проявляются квантовые свойства ионов, тем выше эффективность молекулярного теплового двигателя. Исследователи из Гуанчжоуского института промышленных технологий, Чжэнчжоуского университета и Мичиганского университета показали, что эффект зависит не только от «накачки» иона, но также от умелого подавления его квантовых характеристик. Точнее, для наиболее эффективной работы — выделения энергии ионом — требуется комбинировать как возбуждение, так и подавление ряда его квантовых характеристик. Исследователи воздействовали на ион кальция лазерным излучением разной интенсивности и разной частоты. При этом интенсивность выделения энергии ионом в виде потока фотонов менялась таким образом, что наибольший КПД был отмечен в режиме «четырёхтактного» двигателя, когда «нагрев» и «охлаждение» чередовались в определенном порядке. До этого о росте КПД с использованием подавления квантовых свойств ионов ничего не было известно. Для того чтобы действительно производить пригодные для использования молекулярные двигатели или обеспечивать энергией нанороботов, нам необходимо найти подходящую рабочую среду, подобно водяному пару в паровом двигателе», — говорится в заметке об изобретении в издании SCMP. Такая условная среда была обнаружена в процессе разностороннего воздействия на ион кальция с помощью лазера. Конечно же, это не пар.
Прорыв уровня Эйнштейна? Создана теория, которая может объяснить весь мир
Нобелевскую премию по физике дали за новаторство в квантовой информатике Награды удостоились француз Ален Аспе, американец Джон Клаузер и австриец Антон Цайлингер. квантовая физика. воздух6 августа 2015. Как создаются щит и меч квантовой физики. Нобелевскую премию по физике дали за новаторство в квантовой информатике Награды удостоились француз Ален Аспе, американец Джон Клаузер и австриец Антон Цайлингер. В данном разделе вы найдете много статей и новостей по теме «квантовая физика». Мировые новости экономики, финансов и инвестиций.
Ученые продолжили попытки понять квантовую запутанность: есть большой прогресс
В журнале «The Journal of chemical physics» опубликована статья «Magnetic dipole and quadrupole transitions in the ν2 + ν3 vibrational band of carbon dioxide» резидента Института квантовой физики Чистикова Д.Н. Новости квантовой физики. 14 августа 2023 года. Главные Заголовки. Массивы квантовых стержней могли бы улучшить телевизоры или устройства виртуальной реальности. квантовая физика. 24.10.2019. 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). Лауреатами Нобелевской премии по физике 2022 года стали Ален Аспе, Джон Клаузер и Антон Цайлингер — за работы в области квантовой информации и квантовой запутанности.
Физики обнаружили гигантский невзаимный перенос заряда в топологическом изоляторе
Тэги: физика , квантовая физика Интерференционная картина, вызванная взаимодействием тяжелых частиц показаны в виде лун в искривленном пространстве-времени. Иллюстрации Physorg Исаак Ньютон, автор «Математических начал натуральной философии», увидевших свет в 1687 году, и «Оптики» 1704 , твердо стоял на том, что свет есть поток частиц разного цвета, которые и разделяются с помощью призмы. В Лондоне, будучи во главе Королевского общества, он вел яростные споры с Робертом Гуком, который вместе с немцем Готфридом Лейбницем защищал волновую природу света. Одновременно и независимо друг от друга Лейбниц и Ньютон заложили основы математического анализа, дифференциального и интегрального исчислений. При этом Ньютон пытался понять время, определяя скорость течения его «флюэнтами», или флюксиями современное название — «бесконечно малые».
Автор закона всемирного тяготения представил миру свой «Метод флюксий» в 1670 году, когда ему было всего 27 лет… Гигантские силы тяготения присущи сверхмассивным черным дырам СМЧД , которые находятся в центрах галактик, в том числе и нашего Млечного Пути в «проекции» созвездия Стрельца Sagittarius A. Известно, что черные дыры «набирают» свою массу путем захвата соседних звезд, делая их компаньонками и источниками вещества. Нечто подобное делают и большие галактики, поглощающие более мелкие, примером чего может стать слияние туманности Андромеды с Млечным Путем. Внегалактическое происхождение звездного вещества можно определить по его химическому составу.
Среди многих звезд, попавших в поле зрения «ширина» этого поля всего 0,4 светового года , авторы обнаружили звезду SO-6 возрастом 10 млрд лет. Химический анализ звезды, находящейся всего в 0,04 светового года от созвездия Стрельца, показал, что она «пришла» либо из Малого Магелланова Облака, либо из карликовой галактики, ранее поглощенной Млечным Путем. Ее путь занял никак не меньше 50 тыс. Если все это верно, то открытая звездная система несколько противоречит закону всемирного тяготения, согласно которому массы в пространстве взаимодействуют друг с другом напрямую.
Впрочем, подобное несоответствие с классическим законом, сформулированным в конце ХVII века, не потрясает основ физики и космологии.
Учёные создают устройства квантовой памяти и квантовых интерфейсов. Например, в МГУ работает «квантовый телефон» для связи между ректоратом и другими отделениями университета, сейчас специалисты внедряют видеоформат такой связи.
Другой пример: учёные МГУ и РФЯЦ-ВНИИЭФ запускают проект по созданию квантовой космической связи — платформы с небольшими низкоорбитальными спутниками, которые обмениваются с наземным терминалом квантовой информацией для обеспечения безопасной связи. Эта перспективная технология решает проблемы защищенной передачи информации на большой территории России; выведение первого пробного спутника на орбиту запланировано в 2024 году. Мы идёт по пути развития квантовой криптографии - квантового распределения ключе - вплоть до создания квантового интернета.
Система работает полностью в автоматическом режиме, когда нет системного администратора, через которого могла бы произойти утечка информации; скорость генерации ключей может быть очень высокой, мастер-ключ может меняться тысячу раз в секунду, хотя и раз в минуту — вполне достаточная скорость для большого числа приложений, — отметил научный руководитель Центра квантовых технологий МГУ Сергей Кулик. Физик кратко упомянул и развитие технологий квантовой сенсорики — измерительных приборов на основе квантовых эффектов. Научная программа НЦФМ включает три направления исследований, посвящённых развитию вычислительных и информационных технологий.
В рамках НЦФМ специалисты развивают одну из квантовых субтехнологий — квантовые коммуникации. Планируется создать квантовую сеть на основе сертифицированного оборудования, а также существенно продвинуться в области квантовой космической связи.
Первое рентгеновское изображение атома Источник: Saw-Wai Hla Коллектив ученых из Аргоннской национальной лаборатории США совместно с коллегами из Европы, Китая и ряда американских университетов впервые в истории смог при помощи синхротронной рентгеновской сканирующей туннельной микроскопии получить рентгеновский снимок одного-единственного атома, тогда как до сих пор этот метод позволял изучать структуры, насчитывающие около 10 тыс. Преодолеть это ограничение удалось за счет добавления к детектору острого металлического наконечника, который располагался всего в 1 нм над исследуемым образцом и двигался вдоль его поверхности. Такое усовершенствование позволило исследователям фиксировать уникальные «отпечатки» каждого из составлявших образец химических элементов.
В практическом плане эта работа может быть использована экологами для определения присутствия в той или иной среде мельчайших долей отравляющих веществ. Обнаружение доказательств того, что ранние галактики изменили Вселенную Список научных открытий был бы неполным без астрофизики, на благо которой уже второй год работает инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб». Ионизация нейтрального межгалактического водорода ультрафиолетовым излучением этих галактик сделала Вселенную прозрачной. Снимки, полученные инфракрасной камерой ближнего диапазона, установленной на «Джеймсе Уэббе», выявили корреляцию между расположением древних галактик и «пузырей», с которых началась реионизация Вселенной. Открытие распространения трещин в материалах со сверхзвуковой скоростью Упоминания в топ-10 также удостоились ученые из Еврейского университета в Иерусалиме, которые обнаружили, что трещины в некоторых материалах могут распространяться со скоростью, превышающей скорость звука.
Это открытие противоречит как результатам прежних экспериментов, так и теоретическим обоснованиям, согласно которым скорость звука в материале соответствует пределу скорости прохождения сквозь него механической энергии. Свежие наблюдения могут косвенно подтверждать сделанное около 20 лет назад предположение о существовании иных механизмов распространения трещин. Во время экспериментов на установке ALPHA-g впервые удалось зафиксировать свободное падение атомов антиматерии под воздействием гравитации Земли. Это наблюдение опровергло предположение, что гравитация может отталкивать антиматерию с той же силой, с какой притягивает обычное вещество.
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. Кроме того, подобные эксперименты могут прояснить и то, как нейтрино взаимодействуют с веществом. Информацию о структуре протона исследователи получили, направив пучок нейтрино на пластиковые мишени, содержащие углерод и водород, ядра которого как раз одиночные протоны. Нейтрино слабо взаимодействует с веществом, поэтому пришлось решить множество проблем для высокоточных измерений их рассеяния. Например, было сложно наблюдать сигнал нейтрино, рассеянного одиночными протонами водорода на фоне нейтрино, рассеянных связанными протонами в ядрах углерода. Для решения этой проблемы исследователи смоделировали сигнал углеродного рассеяния и вычли его из экспериментального сигнала.
Физики впервые увидели коллайдерное нейтрино Реакции, которые происходят в протонных коллайдерах ускорителях частиц, в которых два пучка протонов сталкиваются друг с другом , порождают большое количество нейтрино. Однако до сих пор эти нейтрино никогда не наблюдались напрямую. Очень слабое взаимодействие нейтрино с другими частицами делает их обнаружение крайне сложным. И вот в августе 2023 года участники сразу двух экспериментов на Большом адронном коллайдере объявили о первой регистрации нейтрино. Известно, что нейтрино высоких энергий производятся преимущественно на этом участке, но другие детекторы на БАКе имеют здесь слепые зоны и потому не могли наблюдать.
О связи Канта с современной квантовой физикой рассказали в БФУ
17.05.2023 квантовые технологии Криптография Инновации Новости. Представьте, что отпраздновать Всемирный день квантовой науки собрались все великие ученые, которые приложили руку к созданию квантовой физики. Новости науки» Tag» Квантовая механика.
Квантовая физика о Боге, душе и Вселенной
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. Bouwmeester et al. Experimental Quantum Teleportation.
Используя квантовую спутанность частиц, такие операции можно производить практически с нулевой вероятностью ошибок. Эти методы нашли применение в разработке протоколов квантовой криптографии. Цайлингер также приложил руку как к созданию теоретической концепции так называемого обмена спутанностью entanglement swapping , M.
Zukowski et al. Event-ready detectors: Bell experiment via entanglement swapping , так и к ее первой экспериментальной реализации J. Experimental entanglement swapping: entangling photons that never interacted.
Схема эксперимента, реализующего обмен спутанностью. В начальном состоянии квантовая система состоит из четверки фотонов, которые приготовляются в виде двух спутанных пар. Оптическая система белловского типа включает четыре канала, в каждый из которых поступает один фотон.
Фотоны первой пары идут в каналы 1 и 2, второй — в каналы 3 и 4. Одновременное измерение производится над фотонами, вошедшими в каналы 2 и 3, в результате чего фотон из второго канала телепортируется в четвертый. В результате эксперимента фотоны в каналах 1 и 4 образуют спутанную пару, хотя физически они друг с другом никак не взаимодействовали.
Такой исход эксперимента полностью противоречит интуиции, основанной на нашем обитании в мире классической физики, однако он совершенно реален. Рисунок из пресс-релиза Нобелевского комитета, с сайта nobelprize. Кому это нужно?
Исследование феномена КС имеет множество практических выходов. Система спутанных частиц, как бы сильно она ни была размазана по пространству, — это всегда единое целое. Поэтому такие системы — буквально золотое дно для информатики.
Правда, они не позволяют передавать сигналы со сверхсветовой скоростью, этот запрет специальной теории относительности остается нерушимым. Однако с их помощью можно, как я уже отмечал, копировать состояние квантовых объектов даже на километровых расстояниях и осуществлять передачу сообщений, полностью защищенных от перехвата это так называемая квантовая криптография. Феномен спутанности открывает путь и к созданию квантовых компьютеров.
Квантовый компьютер может одновременно оперировать огромным количеством чисел, недоступным для любого классического вычислительного устройства. И это свойство связано как раз с тем, что он использует спутанные состояния. Каждая элементарная ячейка классического компьютера существует сама по себе, причем лишь в одном из двух логических состояний, которые кодируют нуль и единицу.
А в квантовом компьютере состояние ячейки является суперпозицией, смесью двух базисных состояний, нуля и единицы. Такой ячейкой, так называемым кубитом , может быть любая квантовая система с двумя возможными состояниями, скажем электрон с его двумя спиновыми ориентациями. Кубиты можно по-разному связать друг с другом, создав тем самым множество спутанных состояний.
Для связанной системы из двух кубитов имеются уже четыре возможных состояния, из трех — восемь, из четырех — шестнадцать, и так далее. Так что с ростом числа кубитов число состояний компьютера увеличивается по экспоненте. Поэтому квантовый компьютер в принципе позволяет в реальном времени решать задачи, для которых самому мощному классическому компьютеру понадобились бы зиллионы лет.
Потом я узнал, что можно эти принципы использовать для построения новых технологий, новых устройств. И уже на первых курсах университета я начал активно копать в этом направлении. Если бы у вас была задача за какое-то очень ограниченное время заинтересовать школьников, студентов темой квантовых технологий, что вы сказали бы?
Квантовые технологии интересны сами по себе, поскольку это работа с самыми мельчайшими компонентами нашей вселенной, возможностью их контролировать. Более того, использовать их необычные свойства, чтобы сделать то, что принципиально невозможно сделать без них. Какое направление вам кажется наиболее важным и перспективным?
Вся сфера квантовых технологий, с моей точки зрения, очень важна. Мне наиболее интересны квантовые компьютеры, поскольку они действительно нужны для решения сложнейших вычислительных задач, и запрос на это уже сформировался и у общества, и у экономики. Именно здесь я лично для себя вижу самое большое количество вызовов.
Однако квантовые коммуникации — для нашего общества не менее важное направление, которое обеспечит защиту информации в долгосрочной перспективе. Квантовая сенсорика , наверное, приковывает меньше внимания, но для биомедицинских целей это направление может активно применяться. Когда она войдёт в нашу жизнь, она поможет каждому из нас.
Поэтому мне трудно выделить наиболее важное. Но есть наиболее интересное именно для меня — это квантовые вычисления. Зачем вообще России квантовые технологии?
Тут есть несколько аспектов. Первое — это сохранение научного потенциала. Молодёжь объединяется, когда перед ней ставят очень амбициозные задачи.
История знает примеры таких задач: первый спутник, атомные технологии. 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.
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. Американский физик Джон Клаузер предложил эксперимент для проверки неравенства Белла, благодаря которому ему в 1972 году удалось доказать, что неравенства не выполняются, а значит, скрытых параметров нет. Однако работа на этом не завершилась. Клаузер и другие ученые продолжили искать ответы на некоторые спорные моменты. После эксперимента Джона Клаузера к процессу подключился Ален Аспект.
Но качество операций лучше на ионной платформе». До конца этого года должны успеть 50 сделать. Посмотрим, может быть, получится и больше», — добавил Юнусов. Квантовые компьютеры в будущем будут использоваться для решения задач, с которыми не могут справиться привычные нам электронные вычислительные машины. Это, например, моделирование природных процессов или очень сложные математические расчеты. Перспективным и активно развивающимся также является направление квантового машинного обучения.
Квантовая механика
Квантовая физика (рассказывает физик Дмитрий Бочаров и др.) Новости дня от, интервью, репортажи, фото и видео, новости Москвы и регионов России, новости экономики, погода. Миром станут править квантовые компьютеры", – заявил физик, популяризатор науки и футуролог Мичио Каку. Вероятно, в какой-то момент, когда критическая масса развитых квантовых технологий, нашего понимания физики и экспертизы перевалит некую черту, начнется эра полностью квантовых машин. Изучение суперхимии открывает дорогу к ускорению химических реакций, а суперпарамагнетизма — к созданию очень мощных и быстрых компьютеров, работающих при комнатной температуре. Подробности — в обзоре новостей квантовой физики. квантовая физика. 24.10.2019.
Первые в мире: ученые МФТИ добились прорыва в области квантовых компьютеров
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. Новости квантовой физики. Атом водорода в квантовой физике. В интервью РИА Новости он объяснил, какие перспективы открывает новый инструмент коммуникаций и что нужно для его квантовой революцией называют период взрывного технологического роста, последовавшего за созданием квантовой физики. Квантовая физика – это раздел физики, который изучает поведение элементарных частиц на микроуровне, используя квантовую механику. В частности, в квантовой физике постулируется, что квантовые законы реализуются на сверхмалых расстояниях и в мире сверхмалых частиц. Квантовая физика – это раздел физики, который изучает поведение элементарных частиц на микроуровне, используя квантовую механику.