В 1973 году физик Филип Андерсон описал ее в своей теории, отметив, что она бы сыграла ключевую роль в создании квантовых компьютеров. квантовая физика. 24.10.2019. Что представляет собой физика полупроводников? Почему полупроводники всегда будут сохранять свою актуальность, несмотря на развитие квантовых технологий? Квантовая физика – это раздел физики, который изучает поведение элементарных частиц на микроуровне, используя квантовую механику. Одним из самых ярких открытий является новость о том, что команда National Institute of Standards and Technology (NIST) представила новое устройство, которое может стать переломным моментом в разработке квантовых компьютеров.
В Китае создан 504-кубитный чип для квантового суперкомпьютера. На подходе 1000-кубитный
Нобелевскую премию по физике в 2022 году получили исследователи Ален Аспе, Джон Клаузер и Антон Цайлингер за исследования в области квантовой механики, открывшие путь для новых технологий. Какие именно эксперименты проводили нобелевские лауреаты, в чем их роль для современной науки и для чего их идеи активно развиваются в России, разбирались с помощью ученых. Сломали систему Долгое время оставался открытым вопрос, не обусловлена ли квантовая запутанность тем, что частицы в паре содержат скрытые параметры, которые влияют на результаты экспериментов. А в 1970-1980-х годах сначала Клаузер, а затем и Аспе смогли экспериментально добиться нарушения неравенств, что подтвердило отсутствие скрытых параметров. Даже если вы думаете, что все знаете о системе, существуют ситуации, в которых вы предсказать результат не можете, есть только вероятности того или иного исхода. Однако в ХХ веке Джон Белл решил, что можно придумать эксперимент, результаты которого могли бы показать, необходима ли эта вероятность.
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. Изменяя длину рассеяния атомов в конденсате, ученые смогли заставить «вселенную» расширяться с разной скоростью и изучить, как фононы создают в ней флуктуации плотности. Согласно существующим космологическим теориям, схожие процессы происходили после возникновения Вселенной, так что подобное моделирование может пролить свет на многие загадки, занимающие умы ученых. Читайте также Существует ли край у Вселенной?
Тем самым Юнг доказал волновую природу света. Иллюстрация классического двухщелевого опыта. Свет, проходя через две прорези в ширме, формирует на непрозрачной поверхности экрана ряд чередующихся интерференционных полос Источник: Савенок Д. Для этого они использовали полупроводниковое зеркало с переменной отражаемостью излучения. Исследователи дважды быстро изменяли отражательную способность зеркала, создав две щели во временной области.
Камера с временной меткой отсняла с разрешением порядка наносекунды на каждом пикселе пару запутанных фотонов, визуализировав их «танец» в реальном времени. Картинка напоминает символ инь и ян. Такие голограммы позволят определять волновую функцию запутанных квантовых частиц, что необходимо для точного предсказания их поведения.
Основное преимущество модульных квантовых компьютеров заключается в том, что их можно постоянно модифицировать, добавляя процессоры, серверы и проч. Этот путь мы прошли за четыре года. Heron разработан модульным и масштабируемым».
Ведь когда только один из двух запутанных объектов будет подвергаться внешнему воздействию, запутанность позволит измерить нужные свойства второго объекта с невероятной по современным меркам чувствительностью, не ограниченной нулевыми колебаниями. Это как заглянуть в удивительный квантовый мир с помощью микроскопа. Если представить, сколько всего нового и важного учёные узнали с его помощью о мире бактерий и клеток, то голова просто взрывается от мыслей, как много нового мы узнаем при помощи квантового зондирования. Достижение открывает новые фантастические технические возможности. А ещё новое достижение потенциально позволяет увеличить и без того фантастическую чувствительность детекторов гравитационных волн. Эти волны можно наблюдать, потому что они сотрясают зеркала интерферометра. Но даже чувствительность LIGO ограничена квантовой механикой, потому что зеркала лазерного интерферометра также подвергаются нулевым колебаниям. Эти колебания приводят к шуму, мешающему наблюдать крошечное движение зеркал, вызванное гравитационными волнами. Теперь, думаю, понятно, почему такого рода достижения - это важный шаг к безграничной точности измерений.
Квантовые точки: что это такое и почему за них дали нобелевскую премию?
Квантовая физика — раздел теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения. Новости. Квантовая физика (рассказывает физик Дмитрий Бочаров и др.) Новости дня от, интервью, репортажи, фото и видео, новости Москвы и регионов России, новости экономики, погода. Физики из МФТИ совместно с коллегами из Франции экспериментально показали, что атомы примесей в полупроводниках могут формировать долгоживущие устойчивые квантовые состояния.
Квантовая физика
В 1964 году физик Джон Белл придумал, как различить в эксперименте две версии квантовой механики — ортодоксальную и со скрытыми параметрами. 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. Новый эксперимент подтверждает краеугольное предположение о квантовых вычислениях; удваивая жизнь кубита, исследователи доказали ключевую теорию квантовой физики.
В Китае создан 504-кубитный чип для квантового суперкомпьютера. На подходе 1000-кубитный
Физики впервые ввели в состояние запутанности макрообъекты. Результат будет иметь практическое применение в квантовых коммуникациях и поможет создать новые ультрачувствительные датчики. Китайские физики объявили о доказательствах существования новой субатомной частицы, обнаруженной при распаде (J/psi)-мезона на пару положительных и отрицательных пионов. Миром станут править квантовые компьютеры", – заявил физик, популяризатор науки и футуролог Мичио Каку. Новости и мероприятия. Новости и мероприятия. 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.
Экспериментаторы надеются зафиксировать колебания массы атомов
Ученые впервые обнаружили эффекты, предсказанные квантовой гравитацией — одной из физических теорий, призванной объединить квантовую механику с общей теорией относительности Эйнштейна. Подборка свежих новостей по теме «квантовая физика». Статья Квантовая физика, Квантовые точки принесли ученому из России Нобелевскую премию, Разработан первый в мире квантовый аналог механического двигателя. Что представляет собой физика полупроводников? Почему полупроводники всегда будут сохранять свою актуальность, несмотря на развитие квантовых технологий?
Эфир существует! Российские ученые совершили прорыв в фундаментальной физике
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). Миром станут править квантовые компьютеры", – заявил физик, популяризатор науки и футуролог Мичио Каку. Новости физики в Интернете — раздел журнала Успехи физических наук, ежемесячно публикующего обзоры современного состояния наиболее актуальных проблем физики и смежных с нею наук. В данном обзоре новостей представлены последние открытия в физике.
Квантовые технологии изменят мир. Новости квантовых компаний.
И в этом нам должны помочь квантовые компьютеры. В каком-то смысле таким квантовым компьютером является сама мать-природа. Сейчас мы используем компьютеры, работающие на бинарном коде. Но природа работает иначе. Она, в отличие от цифрового разума, мыслит не нулями и не единицами.
У нее — квантовый разум. Этот разум понимает атомы, электроны и фотоны. Именно из них слагается язык вселенной. И именно это и будет следующим большим прорывом в науке.
Би-би-си: Следует ли ожидать этого большого скачка только в физике, или он распространится и на другие науки, например, на медицину? Давайте попробуем это лекарство. А оно сработает? Мы не знаем.
Ладно, давайте попробуем другое. А оно поможет? Мы опять не знаем. Хорошо, тогда давайте попробуем третье.
Многие чудодейственные лекарства были найдены случайно. Однако если применить к медицине квантовую теорию, то исследования будут вестись на молекулярном уровне. Вы сможете увидеть и понять, как работает каждая отдельная молекула. После этого вы начнете заполнять пробелы в имеющихся знаниях и создавать новые лекарства буквально с нуля.
Означает ли это, что химики просто останутся без работы, потому что они нам больше не будут нужны? Означает ли это, что всю работу будут выполнять квантовые компьютеры? Вовсе нет. Химики будущего будут применять квантовую теорию для понимания химических реакций.
Биологи будущего будут пользоваться квантовой теорией для более глубокого понимания ДНК. Но врачи и ученые, которые занимались только химией и только биологией, останутся без работы. Поскольку будущее будет квантово-механическим, и создавать лекарства мы будем именно на основе квантовой механики. Би-би-си: Означает ли это, что мы станем бессмертными?
Что тогда и рака не будет?
Если, например, мы хотим построить какое-то устройство, чтобы использовать различные качества, которыми все они обладают и в которых они выполняют разные функции, решают разные задачи, необходимо будет изобрести язык, на котором все они смогут разговаривать. Квантовые состояния должны иметь возможность общаться, чтобы мы могли использовать весь потенциал квантового устройства". Теперь у учёных фактически есть способ заставить двух зверей такого зоопарка рычать на одном языке. Ещё один конкретный, хотя, пожалуй, и сложный для понимания перспектив пример. Квантовое зондирование. Оно позволит у знать о микромире много нового и интересного. Ведь когда только один из двух запутанных объектов будет подвергаться внешнему воздействию, запутанность позволит измерить нужные свойства второго объекта с невероятной по современным меркам чувствительностью, не ограниченной нулевыми колебаниями.
Это как заглянуть в удивительный квантовый мир с помощью микроскопа. Если представить, сколько всего нового и важного учёные узнали с его помощью о мире бактерий и клеток, то голова просто взрывается от мыслей, как много нового мы узнаем при помощи квантового зондирования.
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. 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.
Перепечатка материалов без согласования допустима при наличии активной ссылки на страницу-источник. Направляя нам электронное письмо или заполняя любую регистрационную форму на сайте, Вы подтверждаете факт ознакомления и безоговорочного согласия с принятой у нас Политикой конфиденциальности.
Восторг и ужас Вселенной: Как квантовая физика перевернула мир и почему она наводит жуть
В итоге выводы двух наблюдателей окажутся несовместимыми друг с другом. Что же делать с физической реальностью? С точки зрения Бора, никакого парадокса тут нет. Если ориентация спина возникает лишь в ходе измерения, то не приходится говорить о ней вне экспериментального контекста. Однако вспомним, что мы вольны в выборе детекторов. Откуда спину заранее знать, в каком направлении его измерят? Похоже, что первый электрон мгновенно сообщает своему близнецу о том, что он проскочил через детектор. Но ведь никакого физического взаимодействия между ними нет, так как же они ухитряются общаться?
Так что, если задуматься, копенгагенская интерпретация тоже не беспроблемна. Из этого тупика можно выбраться с помощью догадки Шрёдингера: система из двух связанных общим процессом рождения электронов принципиально нелокальна, так уж устроен мир. Отсюда с необходимостью следует, что квантовые корреляции сильнее классических. Тогда всё встает на свои места. Мы изготовили пару электронов в спутанном состоянии, отсюда и вся необычность их поведения в ЭПР-эксперименте. Но Шрёдингер сформулировал свою гипотезу словесно, для физики этого маловато. Можно ли перевести ее на язык чисел, чтобы проверить с помощью измерений?
Белловский прорыв Эту задачу первым поставил и успешно разрешил чрезвычайно одаренный ирландский физик, имя которого, к сожалению, и сейчас не слишком известно широкой публике. Уроженец Белфаста Джон Стюарт Белл 1928—1990 прожил недолго, злая судьба послала ему раннюю смерть от кровоизлияния в мозг. Он долго работал в Европейском центре ядерных исследований, где много сделал в области теории элементарных частиц и конструирования ускорителей. В 1964 году Белл, который тогда получил отпуск в ЦЕРНе ради временного пребывания в Брандейском и Висконсинском университетах, заинтересовался основами квантовой механики, в частности ЭПР-парадоксом. Результатом этих раздумий стало строгое математической доказательство возможности надежной экспериментальной проверки гипотезы существования спутанных состояний J. Bell, 1964. On the Einstein Podolsky Rosen paradox.
Его иногда именуют теоремой Белла, хотя он сам в своей статье это название не использовал. Джон Белл 1979 год. Фото с сайта en. 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.
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. Сейчас мы вступили в активную фазу реализации Дорожной карты по квантовым вычислениям координирует Росатом. Это очень важный проект, объединяющий в рамках страны различные научные группы, которые решают задачи квантовых технологий. Мы уже видим первые результаты консолидации научного сообщества в этом направлении.
Есть ли дефицит компонентов, есть ли утечка мозгов? Нынешнюю ситуацию вы рассматриваете как тёмный период или как время возможностей? Вы знаете, очень осторожное отношение к поставкам иностранного оборудования началось гораздо раньше. Эта сфера в последние пять лет постепенно становилась стратегической и всё более и более зарегулированной. И кардинального изменения в связи с санкциями не произошло. Это был логичный шаг, которому предшествовало всё возрастающее внимание к экспорту технологичных товаров со стороны стран Запада. Конечно, такие глобальные ситуации, как сейчас, осложняют работу и научное взаимодействие.
Ведь наука, особенно в таких областях, носит международный характер. Во многих научных публикациях принимают одновременное участие учёные из самых разных стран мира. Поэтому хотелось бы, чтобы текущая ситуация не касалась напрямую возможностей для научного сотрудничества. Страны между собой обмениваются учёными, и это в карьере учёного совершенно нормально: закончить первую ступень образования в одной стране, потом поступить в магистратуру в другой стране, в аспирантуру — в третьей, а работать — вообще в четвёртой, пятой. Потом вернуться к себе на родину или остаться.
Это больше, чем просто демонстрация принципа», — объясняет физик. Группе ученых удалось более чем удвоить время жизни квантовой информации. Их кубит с исправлением ошибок жил 1,8 миллисекунды — в квантовых вычислениях все происходит быстро.
Они достигли результатов, используя код исправления ошибок, который изобретен в 2001 году. Иллюстрация кубитов. Предоставлено: Йельский университет Владимир Сивак, ведущий автор статьи, заявил, что производительность частично достигли за счет использования агента машинного обучения. Он настроил процесс исправления ошибок для улучшения результата. На самом деле, это комбинация различных технологий, разработанных за последние несколько лет. Мы объединили в этом эксперименте», — объяснил студент лаборатории Деворета, а сейчас научный сотрудник Google. Почему так важно? Практический успех квантовых вычислений будет зависеть от возможности создавать квантовые биты чрезвычайно высокого качества с использованием квантовой коррекции ошибок.
Солнце, Луна, мы с вами плаваем в этом киселе и создаем волны. Кисель искривляется, а мы и не замечаем, потому что погружены в него. Эта вязкая жижа — пространство-время. Ученые поставили тысячи экспериментов, и все они подтвердили правоту Эйнштейна. Другие ученые выдвинули тысячи гипотез, чтобы Эйнштейна опровергнуть, и пока ни у кого не получилось. Квантовая механика — это как будто вы идете сквозь песчаный ураган. В лицо вам бьют песчинки. Нет никакого киселя, вообще ничего вязкого и непрерывного. Есть сикстиллионы частиц, про которые мы ничего не знаем и принципиально а не потому, что у нас плохие приборы никогда не узнаем.
В этом мире все странно. Можно общаться быстрее скорости света. Путешествовать во времени. Телепатировать и телепортировать. Возможно вообще все. Сотни опытов подтвердили, что все так и есть. Ни единого свидетельства против. Профессор Джонатан Оппенгейм выступил с революционной теорией, которая призвана спасти физику. Фото: Личная страница героя публикации в соцсети Если бы квантовые физики и сторонники Эйнштейна сели играть в фантастические шахматы, где каждая фигура — спор и противоречие между ними, стороны выставили бы по несколько сотен фигур.
Но среди них была бы одна, Король, который есть суть непримиримого спора. Между нами все порвато и ногами растоптато. Имя Королю — гравитация. Эйнштейн считает, что гравитация — это искривление пространства-времени, и вообще этой «силы» как таковой нет. Гравитация это скорее форма. Квантовая механика говорит, что гравитация - это поле, как электрическое, магнитное, и его переносит квант, единица гравитационного воздействия. Которого никто не видел. Взять ту же теорию струн.
Квантовые технологии
Однако данная методика позволяет ученым эффективно создавать и анализировать ее. Помимо непосредственного применения, это исследование имеет и более широкое значение. Оно открывает путь к изучению сложных квантовых систем, которые в настоящее время недоступны даже для самых мощных суперкомпьютеров.
Антон Цайлингер Anton Zeilinger из Венского университета также проводил множество экспериментов по проверке неравенства Белла, усовершенствовав методику обоих предшественников. Он создавал спутанные пары фотонов, направляя луч лазера на специальные кристаллы, а также пошёл дальше, чем Ален Аспе — он также переключал схемы экспериментов, чтобы они не могли повлиять на поведение уже вылетевших фотонов, и при этом использовал генератор случайных чисел для переключения между несколькими схемами. В одном из экспериментов для управления фильтрами были задействованы сигналы от удалённых галактик — в таком случае можно было наверняка сказать, что они не влияют друг на друга. Также Аспе сделал шаг к практическому использованию спутанных состояний. В частности, его группа первой продемонстрировала эффект, который сейчас у многих на слуху — «квантовую телепортацию». Схемы экспериментов Дж.
Клаузера, А. Аспе и А. Цайлингера по измерению поляризации двух спутанных фотонов в паре. В прошлом году Нобелевский комитет решил сделать акцент на исследованиях, так или иначе затрагивающих изменения климата и возможные глобальные угрозы — часть премии была вручена за междисциплинарные исследования хаотических систем основной математический объект этого поля науки — странный аттрактор, обозначающий крайне хаотичную систему с непредсказуемым поведением — таким, например, как система вихрей в атмосфере, непосредственно определяющая прогноз погоды на следующие несколько недель. Предыдущие два года подряд 2019 и 2020 годы внимание Комитета привлекли космические темы — премии были вручены соответственно за экзопланеты и чёрные дыры , то есть два класса модных сегодня астрономических объектов. Подробнее о проблематике, удостоившейся внимания Нобелевского комитета в предыдущие годы, можно прочитать в статьях по ссылкам выше.
Работа под авторством Людовико Лами Ludovico Lami из Ульмского института теоретической физики и Бартоша Регула Bartosz Regula из Токийского университета, кажется, ставит точку в этом вопросе и исключает фундаментальную аналогию между устройством квантовой запутанности и вторым законом термодинамики.
Чтобы обосновать это, авторы теоретически рассмотрели задачу, в которой две стороны условно именуемые Алиса и Боб имеют доступ к двум подсистемам каждый — к своей подсистеме запутанного квантового состояния и обладают большим числом идентичных копий этого состояния. При этом Алиса и Боб стремятся преобразовать исходный набор состояний в набор из как можно большего числа копий заранее оговоренного конечного состояния вообще говоря, с погрешностью — отклонением реально получившихся конечных состояний от оговоренного образца, но с условием, чтобы в пределе бесконечного числа исходных состояний реально получившиеся конечные состояния не отличались от желаемых. Кроме того, исследователи потребовали, чтобы при преобразованиях в системе не генерировалась новая запутанность вдобавок к уже имеющейся по аналогии с тем, как в адиабатических переходах в термодинамике в систему извне не поступает теплота — для этого они рассмотрели только такие операторы преобразований, которые копии исходных сепарабельных то есть не запутанных, состоящих из двух полностью независимых подсистем состояний превращают только в другие сепарабельные. 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.
До революции квантовых вычислений доживут не все квантовые стартапы, которым удалось выйти на публичный рынок. Природа квантовых технологий делает их полезными для решения трудоемких задач с огромным количеством переменных. Квантовые вычисления потенциально: улучшат финансовое моделирование и повысят эффективность электрических батарей.
Например, для обычных суперкомпьютеров существуют неразрешимая задача сортировки потенциальных кандидатов на получение лекарств - для решения потребуется время вычислений, превышающее текущую продолжительность жизни Вселенной". Новое исследование противоречит мнению Альберта Эйнштейна. Точный механизм пока не определен, но эксперименты новых нобелевских лауреатов доказывают, что квантовая теория действительно описывает естественный мир и что запутанность существует. Это открытие подготовило почву для совершенно новой отрасли вычислительной техники. Сейчас идет гонка за разработкой первых коммерческих квантовых компьютеров, на карту которых потенциально поставлены огромные богатства. Новые небольшие публичные компаний, занимающихся квантовыми технологиями, будут испытывать трудности с получением значительного дохода в течение многих лет. Однако в какой-то момент квантовые технологии изменят мир.