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. В этой теме собраны новости о теоретических и практических достижениях квантовой физики.
#квантовая физика
Новости и мероприятия. Физики из МФТИ совместно с коллегами из Франции экспериментально показали, что атомы примесей в полупроводниках могут формировать долгоживущие устойчивые квантовые состояния. Знай наших квантовая физика. В НИТУ МИСиС создали алгоритм для моделирования работы полупроводниковых лазеров НОВОСТИ Знай наших.
«ФИЗИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВ БУДЕТ НУЖНА ВСЕГДА»
Новости квантовой физики. Атом водорода в квантовой физике. Что представляет собой физика полупроводников? Почему полупроводники всегда будут сохранять свою актуальность, несмотря на развитие квантовых технологий? Физики считают, что бесконечный размер Мультивселенной может быть бесконечно больше. Мало того, что Бог играет в кости, в этом огромном казино квантовой физики. В МФТИ назвали главный прорыв года в квантовой физике. Читайте последние новости высоких технологий, науки и техники.
Долгожданный прорыв: квантовые вычисления стали более надежными
Это была революция, которую наше сознание не приняло. Со снисходительностью мы повторяем: «все относительно», «время и пространство едины», — всегда держа в уме, что это допущение, научная абстракция, имеющая мало общего с нашей привычной устойчивой действительностью. На самом же деле как раз наши представления слабо соотносятся с действительностью — удивительной и невероятной. Она быстро развивалась и далеко продвинулась в объяснении Вселенной. Но объяснения эти настолько сложны для восприятия, что до сих пор мало кто может осознать их хотя бы в общих чертах. Это является одной из проблем квантовой физики в целом.
Математика, как и музыка, предмет крайне абстрактный, и над адекватным выражением смысла, к примеру, свертывания функций или многомерных рядов Фурье ученые бьются до сих пор. Язык математики строг, но мало соотносится с нашим непосредственным восприятием. В действительности пространство и время нераздельны и образуют единый четырехмерный континуум. Представить его вряд ли возможно, ведь мы привыкли иметь дело только с тремя измерениями. Волна или частица До конца XIX века атомы считались неделимыми «элементами».
Открытие радиации позволило Резерфорду проникнуть под «оболочку» атома и сформулировать планетарную теорию его строения: основная масса атома сосредоточена в ядре. Положительный заряд ядра компенсируется отрицательно заряженными электронами, размеры которых настолько малы, что их массой можно пренебречь. Электроны вращаются вокруг ядра по орбитам, подобно вращению планет вокруг Солнца. Эта теория квантовой физики весьма красивая, но она имеет ряд парадоксов. Во-вторых, в природе атомы сталкиваются миллионы раз в секунду, что ничуть не вредит им — чем объяснить удивительную прочность всей системы?
Говоря словами одного из «отцов» квантовой механики Гейзенберга, «никакая планетная система, которая подчиняется законам механики Ньютона, никогда после столкновения с другой подобной системой не возвратится в свое исходное состояние». Кроме того, размеры ядра, в котором собрана практически вся масса, в сравнении с целым атомом чрезвычайно малы. Можно сказать, что атом — пустота, в которой с бешеной скоростью вращаются электроны. При этом такой «пустой» атом предстает как весьма твердая частица. Объяснение этому явлению выходит за рамки классического понимания.
На самом деле на субатомном уровне скорость частицы возрастает тем больше, чем больше ограничивается пространство, в котором она движется. Так что чем ближе электрон притягивается к ядру, тем быстрее он движется и тем больше отталкивается от него. Скорость движения настолько велика, что «со стороны» атом «выглядит твердым», как выглядят диском лопасти вращающегося вентилятора. Впервые подобная «дуэль» состоялась между Ньютоном и Гюйгенсом, которые пытались объяснить свойства света. Ньютон утверждал, что это поток частиц, Гюйгенс считал свет волной.
В рамках классической физики примирить их позиции невозможно. Ведь для нее волна — это передающееся возбуждение частиц среды, понятие, применимое лишь для множества объектов. Ни одна из свободных частиц не может перемещаться по волнообразной траектории. Но вот в глубоком вакууме движется электрон, и его перемещения описываются законами движения волн. Что здесь возбуждается, если нет никакой среды?
Запутанные частицы влияют на состояние друг друга, даже если между ними больше тысячи километров. В 2021 году Нобелевской премией по физике были награждены Джорджио Паризи за открытие взаимодействия между беспорядком и флуктуациями в физических системах, а также Клаус Хассельман и Сюкуро Манабе за физическое моделирование климата Земли. В 2019 и 2020 годах Нобелевскую премию присуждали за работы, так или иначе связанные с космосом. Накануне было объявлено имя лауреата Нобелевской премии по физиологии и медицине. В 2022 году победителем в этой номинации стал шведский биолог Сванте Паабо за исследование эволюции человека. В среду, 5 октября, объявят Нобелевского лауреата по химии.
Команда BNL изучала ионы золота, движущиеся почти со скоростью света. Их окружали облака фотонов, и когда они пролетали мимо рядом, фотоны взаимодействовали с глюонами, другим типом частиц, которые скрепляют атомные ядра. В результате такого взаимодействия образовались две новых частицы — пионы — с противоположными зарядами. Детектор RHIC смог измерить некоторые из их свойств: скорость и угол встречи, из которых позже ученые с беспрецедентной точностью вывели размер, форму и расположение глюонов в ядре атомов.
В прошлом физики уже пытались рассмотреть ядра атомов во всех подробностях, но результаты всегда были туманные. 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.
Открытие гравитационных волн в 2017 году и первый снимок черной дыры 2019 год ознаменовали собой новую эру космических исследований — в самом ближайшем будущем мы узнаем много нового о Вселенной и существующих на ее просторах объектах. 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.
«ФИЗИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВ БУДЕТ НУЖНА ВСЕГДА»
Опыт показал, что с учётом квантовых явлений обе зарядки могут работать одновременно. Более того, эксперимент подтвердил явную абсурдность процесса. Оказалось, что маломощное зарядное устройство быстрее и эффективнее заряжает аккумулятор, чем более мощное. Феномен неопределенного причинно-следственного порядка или ICO, который исследовала команда, может найти применение не только для зарядки нового поколения маломощных устройств. Лежащие в их основе принципы, включая раскрытый здесь эффект обратного взаимодействия, могут улучшить выполнение других задач, связанных с термодинамикой или процессами, которые включают передачу тепла. Одним из многообещающих примеров являются солнечные панели, где тепловые эффекты могут снизить их эффективность, но вместо этого можно использовать ICO, чтобы смягчить этот негативный эффект и привести к повышению эффективности. Это произошло в Лаборатории холодного атома NASA Cold Atom Lab на борту Международной космической станции и стало ещё одним шагом на пути внедрения в космосе квантовых технологий, доступных в настоящее время только на Земле.
Принцип охлаждения атомов с помощью лазеров. На МКС лаборатория попала в 2018 году и с тех пор учёные на Земле — прибор управляется дистанционно — провели с её помощью множество экспериментов. В частности, установка помогла создавать квантовый газ — конденсат Бозе-Эйнштейна, который в условиях микрогравитации вёл себя достаточно интересно. Но недавно учёные NASA заявили, что им удалось создать в камере лаборатории конденсат Бозе-Эйнштейна из смеси двух атомов: калия и рубидия. А где есть смесь различных химических веществ, там появляются реакции. Фактически учёные создали основу для проведения в космосе экспериментов по квантовой химии, что раньше было возможно только в земных условиях на очень сложных и громоздких установках.
Кроме того, перенос квантовой химии в космос — в условия микрогравитации — позволяют изучать квантовые явления с недоступной на Земле точностью для целого ряда экспериментов. Наконец, это путь к появлению в космосе приборов, опирающихся на квантовые явления. От этого выиграет связь, навигация и многое другое, что ещё предстоит открыть. Если в обычных металлах возникала сверхпроводимость и мгновенно исчезала на какой-то чёткой температурной отметке, то сопротивление странных металлов при изменении температуры менялось линейно. Этому не было внятного объяснения, пока это недавно не сделали физики из США. Как минимум, учёные обосновали ряд характерных свойств «странных металлов».
Стройная теория может помочь ответить на вопросы о достижении сверхпроводимости при высоких температурах и помочь в разработке квантовых компьютеров. Квантовая механика стала тем инструментом, который помог разобраться в вопросе. Новая теория опирается на два ключевых свойства странных металлов. Во-первых, электроны в таких металлах могут запутываться друг с другом — переходить в абсолютно идентичные квантовые состояния — и оставаться в таком состоянии даже при удалении на значительные расстояния друг от друга. Во-вторых, странные металлы имеют неоднородное, похожее на лоскутное, расположение атомов. Неравномерность атомной структуры странного металла означает, что запутанность электронов зависит от того, в каком месте материала она произошла.
Такое разнообразие вносит хаотичность в импульс электронов при их движении через материал и взаимодействии друг с другом. Вместо того чтобы течь вместе, электроны сталкиваются друг с другом во всех направлениях, что приводит к электрическому сопротивлению. Поскольку электроны сталкиваются тем чаще, чем горячее материал, электрическое сопротивление растёт вместе с температурой, что и наблюдается на практике. Там где у обычных металлов происходит скачок при переходе от сверхпроводимости к резкому увеличению сопротивления, странные металлы продолжают пропускать ток с плавным увеличением сопротивления току. Ключевым в новой теории стало то, что физики объединили два явления — запутанность и неоднородность, что раньше не рассматривалось для одного материала, а по отдельности это не приводит к странному поведению металлов. Тем самым учёные предлагают механизм по коррекции условий сверхпроводимости в странных металлах.
Искусственно созданные неоднородности могут воспроизвести сверхпроводимость в нужном месте с заданными целями, что может найти применение, например, в квантовых вычислителях. Когда вы можете на что-то влиять, это способно привести к желаемому результату. Радарные технологии тоже ждут квантового превосходства. Классические радары слепнут в условиях сильных помех, тогда как эффект квантовой запутанности способен прорвать эту пелену. Французские учёные заявили , что они добились успеха на новом направлении и показали 20-процентное превосходство квантовых радарных технологий над классическими. Учёные создали схему, в которой происходит запутывание двух микроволновых фотонов квантов энергии , один из которых летит к цели, отражается от неё и в окружении шумов возвращается к источнику, где сравнивается с «холостым» фотоном, с которым он находится в состоянии квантовой запутанности.
Эффект запутанности позволяет с большой точностью детектировать сигнал и выделяет его даже на фоне очень сильных помех. В теории эта разница может достигать четырёхкратного превосходства квантовых радаров, но для эксперимента даже такого преимущества достаточно, чтобы дальше работать в этом направлении. Схема экспериментальной установки Следует сказать, что до этого никто не заявлял о создании схемы квантового радара для микроволнового диапазона. Предыдущие эксперименты были основаны на запутывании пар фотонов видимого или близкого к нему диапазонов, что наука освоила довольно хорошо. Но фотоны видимого или инфракрасного света, как нетрудно догадаться, будут бесполезны в дождь, снег и в густой облачности. Поэтому работающая схема квантового радара с фотонами микроволнового излучения в гигагерцовом диапазоне, где работают классические радары, это определённый прорыв, которым можно гордиться.
Но также не следует забывать о разработках китайцев , которые тоже заняты серьёзными исследованиями в области квантовых радаров. Они также преуспели в экспериментах с запутыванием фотонов в оптическом диапазоне и представили альтернативу микроволновым фотонам в виде излучения запутанных электронов, разогнанных до скорости, близкой к световой. Во всех случаях серьёзным недостатком таких решений было и остаётся необходимость сильнейшего охлаждения запутанных частиц, что было также в случае схемы французских учёных. Но на уровне квантовых явлений всё настолько необычно, что «ни в сказке сказать, ни пером описать». В квантовом мире скрыто так много всего непознанного, что каждое открытие предоставляет горизонты возможностей. Так, недавно обнаруженное новое квантовое состояние вещества обещает помочь в создании квантовой памяти и не только.
Источник изображения: Pixabay Исследователи из Массачусетского университета в Амхерсте и их коллеги из Китая воспроизвели условия, при котором вещество приобрело хиральное бозе-жидкостное состояние. Хиральность указывает на отсутствие левой и правой симметрии в структуре вещества, а отношение к бозе-жидкости говорит о чрезвычайной текучести или сверхпроводимости при температурах, близких к абсолютному нулю. Новое состояние вещества было получено в образце из двух наложенных один на другой слоёв полупроводника. В верхнем слое был избыток электронов, а в нижнем — определённый дефицит дырок. Тонкость эксперимента была в том, что на всех электронов дырок не хватало. Приложив к образцу сверхсильное магнитное поле, учёные начали следить за движением электронов.
По мере увеличения силы поля образец переходил в состояние хиральной бозе-жидкости с демонстрацией ряда уникальных свойств. Например, при охлаждении до температуры близкой к абсолютному нулю электроны в веществе «зависали в предсказуемом порядке и с фиксированным направлением спина» и не реагировали на другие частицы или на магнитные поля. Подобная стабильность может найти применение в цифровых системах хранения данных на квантовом уровне. Другой интересный момент заключался в том, что воздействие внешней частицы на один из электронов в системе проявлялось реакцией на всех электронах в системе, что объяснили эффектом квантовой запутанности частиц в бозе-жидкости. Это открытие тоже обещает быть полезным в будущих квантовых системах. Необходимо будет передавать квантовые состояния, в частности — запутывать кубиты одного компьютера с кубитами другого.
На небольших расстояниях это ещё можно сделать, но обеспечить такую передачу на десятки, сотни и тысячи километров — это задача, требующая особых ретрансляторов. Работу такого показали в Австрии.
Подобные сбои неизбежно возникают в работе кубитов, квантовых ячеек памяти и примитивных вычислительных блоков, в результате их взаимодействия с объектами окружающего мира. Ученые обнаружили, что эти случайные сбои в работе квантовых компьютеров можно подавить, если использовать для расчетов так называемые логические кубиты, виртуальные квантовые ячейки памяти, состоящие из нескольких соединенных друг с другом физических кубитов. Они устроены таким образом, что ошибки в их работе автоматически корректируются, что позволяет вести сложные и длительные вычисления при их помощи.
В 2023 году сразу несколько научных коллективов разработали квантовые процессоры на базе большого числа логических кубитов.
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.
Он усовершенствовал установку Клаузера и смог добиться того, чтобы изначальные условия, при которых испускались фотоны, не влияли на результаты измерений. Эксперимент подтвердил вывод ученых: квантовая теория верна, и нет никаких скрытых переменных. Опираясь на исследования коллег, Антон Цайлингер и его исследовательская группа продемонстрировала «квантовую телепортацию» — передачу квантового состояния от одной частицы к другой на расстоянии. Что это значит Первая квантовая революция в XX веке подарила миру транзисторы, лазеры, солнечные панели, мобильную телефонную связь и интернет.
Несмотря на то что за почти 30 лет человечество нашло ответы на множество вопросов, связанных с созданием полноценного КК, до его практической реализации пока еще далеко: по самым скромным подсчетам — 5 лет. Мировые светила физики почти ежегодно получают Нобелевские премии за решение задач, приближающих квантовую эру вычислений. Пока эти наработки можно сравнить с первыми ламповыми компьютерами. В России отдельные разработки КК велись до 2020 г. Эксперты рассказали о том, как правильно сравнивать между собой КК, где они могут пригодиться и как Россия может обогнать нынешних лидеров в этой области. Пока наша страна в роли догоняющей, однако недавно президенту России Владимиру Путину был представлен 16-кубитный КК, что соответствует лучшим мировым достижениям в этой области 2019 г.
Зачем это нужно Сейчас Российский квантовый центр РКЦ работает над предоставлением облачного доступа к российским квантовым компьютерам. КК полезен в логистике и финансовой отрасли, задачах моделирования технологических процессов и анализа больших данных в нефтегазовом секторе, а также поможет разработкам в квантовой химии моделирование новых соединений, поиск лекарств , биоинформатике и криптоанализе. Квантовые вычисления являются принципиально вероятностными, а банки зарабатывают на расчете рисков, то есть возможности наступления негативных событий. Поэтому применение квантовых компьютеров позволит улучшить риск-модели и ускорить обработку больших данных, рассказал квантовый энтузиаст, директор по цифровому развитию Делобанка Антон Семенников. Когда же технология получит широкое распространение, можно ожидать снижения ставок в экономике за счет более качественного расчета рисков, добавил он. Требуется не только создать действующий квантовый компьютер, но и разработать соответствующие алгоритмы и программное обеспечение.
У России большой научный потенциал в области математики, программирования, физики и квантовой механики», — считает Семенников. На квантовый мир мы смотрим с позиции разработчика, рассказал заместитель генерального директора холдинга Т1 по технологическому развитию Антон Якимов. Квантовый объем 100-200 кубитов не кажется недостижимым для 2025 г. Однако, по его мнению, вопрос больше в практической плоскости: через какое время такие облачные вычислительные мощности станут доступны для рынка на понятных условиях по модели Quantum-Computing-as-a-Service. Имеется в виду то, над чем сейчас работает РКЦ. Как же это работает Какие же свойства так привлекают исследователей со всего света?
В классическом компьютере единицей хранения информации является бит, который в зависимости от наличия или отсутствия напряжения принимает значение 0 или 1. В КК роль основной единицы в квантовых вычислениях играют квантовые биты, или кубиты. Они отличаются от обычных битов тем, что могут равняться 0, 1 или находиться в суперпозиции.
Квантовая физика о Боге, душе и Вселенной
В 1990–2013 годах занимался экспериментальной физикой в университете Инсбрука и Венском университете. В 2004–2013 годах возглавлял Институт квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI) Австрийской академии наук. Миром станут править квантовые компьютеры", – заявил физик, популяризатор науки и футуролог Мичио Каку. Представьте, что отпраздновать Всемирный день квантовой науки собрались все великие ученые, которые приложили руку к созданию квантовой физики. Знай наших квантовая физика. В НИТУ МИСиС создали алгоритм для моделирования работы полупроводниковых лазеров НОВОСТИ Знай наших. В 1964 году физик Джон Белл придумал, как различить в эксперименте две версии квантовой механики — ортодоксальную и со скрытыми параметрами. Последние новости на сегодня. Физик признал некорректным сравнение квантовой запутанности с парой носков.
Просто о сложном: принцип неопределенности и другие парадоксы квантовой физики
Например, при охлаждении до температуры близкой к абсолютному нулю электроны в веществе «зависали в предсказуемом порядке и с фиксированным направлением спина» и не реагировали на другие частицы или на магнитные поля. Подобная стабильность может найти применение в цифровых системах хранения данных на квантовом уровне. Другой интересный момент заключался в том, что воздействие внешней частицы на один из электронов в системе проявлялось реакцией на всех электронах в системе, что объяснили эффектом квантовой запутанности частиц в бозе-жидкости. Это открытие тоже обещает быть полезным в будущих квантовых системах.
Необходимо будет передавать квантовые состояния, в частности — запутывать кубиты одного компьютера с кубитами другого. На небольших расстояниях это ещё можно сделать, но обеспечить такую передачу на десятки, сотни и тысячи километров — это задача, требующая особых ретрансляторов. Работу такого показали в Австрии.
Такая физика сильно затрудняет квантовое распределение ключей и квантовую криптографию на этой основе. Дополнительно проблему усугубляет тот факт, что передачу квантовых состояний необходимо втиснуть в существующую кабельно-волоконную инфраструктуру — обеспечить работу как на пассивном, так и на активном оборудовании. Если проще — переносящий квантовое состояние фотон требуется сначала перевести в фотон со стандартной для современной телекоммуникации частотой для его передачи по оптике, где свои требования к длинам волн, а затем сделать обратное преобразование.
Осуществить подобный трюк удалось учёным из австрийского Университета Инсбрука. Исследователи собрали ретранслятор запутанности фотонов и показали её «телепортацию» на 50 км. Уточним, речь идёт не о передаче информации, которую можно расшифровать тем или иным способом, а о передаче квантового состояния обычно речь идёт об измерении спина — ориентации магнитного вектора элементарной частицы.
Один из фотонов мог быть 0, 1 или бесконечным множеством промежуточных значений, но при измерении характеристик одного из них, второй мгновенно показывал противоположное значение по измеряемому параметру. На самом деле, учёные не выносили оптоволокно из лаборатории и использовали бобины с двумя отдельными 25-км отрезками оптического кабеля. Ретранслятор с квантовой памятью соединял эти отрезки посредине.
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.
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. Фото 1931 года. А вот стоит их потревожить и сместить с комфортной позиции, как они немедленно начинают что-то поглощать или излучать.
Это и есть очень вкратце суть теории атома Бора. А потом в 1924 году француз Луи де Бройль довёл науку до заключения, которое, честно говоря, до сих пор воспринимается как нечто либо волшебное, либо просто-напросто жуткое а может быть, и то и другое : что не только электрон или фотон, но и вообще ЛЮБАЯ ЧАСТИЦА одновременно является волной. То есть словосочетание "корпускулярно-волновой дуализм" само по себе несколько холодит душу, но, если попытаться вдуматься в его смысл, становится ещё хуже.
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.
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. Он усовершенствовал установку Клаузера и смог добиться того, чтобы изначальные условия, при которых испускались фотоны, не влияли на результаты измерений.