Квантовая запутанность

Время абстрактная величина или математическое понятие, существующее в нашем представлении реальности.

Мы воспринимаем время как стрелу, указывающую вперед. К тому же, пространство и время неразрывно связаны между с собой. Их дуэт проявляется в движении и развитии материи. Что же до главой силы во Вселенной, то гравитация искусно вплетает материальные объекты в ткань пространства-времени и дуэт превращается в трио. Общая теория относительности (ОТО) Эйнштейна удивительно точно описывает Вселенную. Но квантовая механика нарушает эту гармонию, ведь в мире субатомных частиц все устроено иначе. Две фундаментальные физические теории не согласуются друг с другом, что привело к кризису в современной физике. Но что, если взглянуть на ситуацию радикально по-другому? Существует ли вообще время? И если нет, то как тогда устроена Вселенная?

Что такое время?

Начнем с того, что структуру реальности абсурдно ставить под сомнение. Ведь мы только и делаем, что сверяемся со временем. Отмечаем дни рождения и другие ежегодные праздники, да уж там, вся наша жизнь это одно большое расписание, график, к которому мы привыкли. Более того, все тонкие фрагменты времени, назовем их так, создают нас и повседневную жизнь повсюду.

Но если предположить, что радикальный пересмотр физической теории это правильный путь, способный все расставить по своим местам, для начала нужно понять что такое время.

Физики определяют время как последовательность событий из прошлого в настоящее и в будущее. Время также можно рассматривать как четвертое измерение реальности, используемое для описания событий в трехмерном пространстве. Следовательно, для нас время движется вперед, как стрела.

Время во Вселенной может не существовать вовсе

И если Вселенную рассматривать как замкнутую систему, ее энтропия (степень беспорядка) не может уменьшиться. Это означает, что Вселенная не может вернуться в прежнее состояние, следовательно, время не может обернуться вспять. Вроде бы, все верно, но недавно физики нащупали кое-что интересное: на квантовом уровне время течет иначе, а частицы могут путешествовать в прошлое.

Можно ли отследить квантовые частицы без наблюдателя? Ответ ловите в этой статье и не забудьте подписаться на наш канал в Telegram, чтобы всегда оставаться курсе последних научных открытий!

Уравнения, на которых построена физическая наука, гласят, что квантовые системы могут одновременно развиваться по двум противоположным стрелам времени (вперед и назад во времени). А значит, квантовые системы могут двигаться как вперед, так и назад. Подробнее о том, как физики пришли к такому выводу, мы рассказывали ранее.

Движение вперед

Достижения в области физики предполагают, что времени действительно не существует, по крайне мере в нынешнем его понимании. Многие ученые всерьез рассматривают эту возможность. Как выяснили исследователи из Австралийского католического университета, новая физическая теория ставит под сомнение само существование времени в нашей реальности.

На квантовом уроне времени не существует.

Важно понимать, что данный подход обусловлен математическими уравнениями. Если взять трехмерный набор координат, например, (x, y, z) и убрать из него «z», предположив, что ее «больше не существует», решение уравнения покажет другой результат. Подобные решения привели физиков к теории квантовой гравитации.

Мы не так часто об этом задумываемся и все же, как считаете, было ли у Вселенной начало? Исследователи считают, что она существовала всегда, в бесконечном прошлом и лишь недавно превратилась в то, что мы называем Большим взрывом. Продолжение можно прочитать здесь.

Безусловно, пересмотр нашей реальности это немалый подвиг. Особенно, когда речь заходит о теории петлевой квантовой гравитации или теории струн. И несмотря на то, что обе теории в некотором смысле потерпели неудачу, мечта Альберта Эйнштейна о создании теории всего вдохновляет ученых. Но есть еще кое-что интересное: теория петлевой квантовой гравитации допускает отсутствие времени как фундаментального понятия реальности.

Теория квантовой гравитации

Знаменитый мысленный эксперимент Эдвина Шредингера с кошкой и коробкой, внутри которой находится радиоактивное вещество это парадокс. Если мы откроем коробку, то кошка умрет из-за распада вещества. Но пока коробка закрыта и мы не видим кошку, она находится в квантовой суперпозиции, а значит и жива и мертва одновременно.

Для нас время может быть всего лишь иллюзией

Квантовая механика это область исследований, которая рассматривает, как частицы взаимодействуют между собой, находясь в суперпозиции. Это также означает, что частица может находиться в двух или даже во «всех» возможных местах одновременно. Конечно, путь к прогрессу тернист, однако ученые не были готовы к тому, насколько странной становится квантовая механика.

Загвоздка в том, что квантовая суперпозиция противоречит ОТО, которая была интегрирована в стандартную модель физики элементарных частиц с тех самых пор, как Эйнштейн впервые сформулировал ее в начале 1900-х годов.

Согласно ОТО, существующие физические объекты ведут себя ответ на силу гравитации. Время течет поразному в зависимости от того, где и как вы путешествуете в пространстве и является одним из ключевых законов Вселенной в рамках стандартной модели.

Но несмотря на популярную тенденцию подвергать сомнению природу времени, его физическая «реальность» не вызывает сомнений. Время является неотъемлемой частью Вселенной, а граница между событиями, которые были измерены, не определяет их исход.

Мы воспринимаем время как социальный конструкт

Согласно копенгагенской интерпретации квантовой механики, квантовый мир существует так же как и реальный мир. Это разделение показывает нам что происходит в природе, когда ранее неопределенные вещи становятся определенными. Выходит, время может быть фундаментальным. Но может и нет. То же самое происходит с воспринимаемой нами стрелой времени.

Больше по теме: Что такое многомировая интерпретация квантовой механики?

Новая эра физики

Но если пойти еще дальше и предположить, что время единственное, что удерживало человечество с самого зарождения цивилизации, будет уничтожено, то что останется Согласно классической физике, на выходе мы получим «причинно-следственную связь», то есть идею, согласно которой одно событие влечет за собой другое.

Это понятие не поддается никаким абсолютным понятиям и существует абстрактно, полагают исследователи.

В попытках связать математические уравнения с реальностью, ученые предполагают, что если времени не существует, то оно не оказывает прямого влияния на нашу жизнь, даже если продвигает физику в новую эру. Дело в том, что мы воспринимаем время как социальный конструкт, который является для нас реальностью, а измеряем мы его просто посмотрев на часы.

И даже если время на самом деле не существует, наша жизнь будет идти своим чередом.

О том, как продвигаются исследования в этой области, можно узнать в одной из предыдущих статей, рекомендуем к прочтению.

В конечном итоге это довольно удобно, так как человеческий мозг с трудом справляется с такими понятиями, как бесконечность и ткань пространства-времени. Но так как взаимодействие элементарных частиц между собой вызывает массу вопросов, а ответы на них нам пока неизвестны, физики и математики над этим работают.

Нобелевскую премию по физике 2022 года вручили за изучение квантовой запутанности и технологий

«Квантовая физика настолько сложная, что ее никто не понимает», писал нобелевский лауреат Ричард Фейнман. И это не удивительно, так как даже Альберт Эйнштейн относился к ней настороженно, называя феномен квантовой запутанности «сверхъестественным» и «жутким». В вероятностной природе квантовой механики сомневался ирландский физик-теоретик Джон Белл и другие основоположники этой теории. Но несмотря на споры и разногласия, таинственный мир элементарных частиц стал драйвером современной цивилизации: интернет, компьютеры, смартфоны, лазеры, оптоволоконные сети и атомная энергетика существуют благодаря науке о квантах. Только представьте к чему могут привести дальнейшие открытия, которых с каждым годом становится все больше. Так, в 2022 году лауреатами Нобелевской премии по физике стали стразу трое ученых, которые независимо друг от друга проводили эксперименты с запутанными фотонами, сенсорными технологиями и безопасной передаче информации. К слову, не обошлось без квантовой телепортации, но обо всем по-порядку.

Нобелевская премия 2022

Каждый год Шведская королевская академия наук отмечает выдающиеся открытия в разных областях науки, способствуя ее развитию и популяризации в обществе. Всего за несколько лет научно-технический прогресс позволил физикам подтвердить существование черных дыр и гравитационных волн, разработать физические модели климата Земли и даже обнаружить далекие экзопланеты на орбите солнцеподобных звезд каждое из этих открытий удостоилось награды Нобелевского комитета.

Напомним, что Нобелевскую премию присуждают за открытия в области физиологии и медицины, физики, химии, экономических наук, литературы и миротворческой деятельности. Подробнее о премии и ее основателе мы рассказывали здесь, рекомендуем ознакомиться

Квантовая запутанность возникает в тот момент, когда две или более частицы становятся связанными между собой.

В 2022 году лауреатами Нобелевской премии по физике стали Ален Аспе, Джон Клаузер и Антон Цайлингер. Трое физиков удостоились награды за эксперименты по квантовой запутанности, в основе которых лежат труды таких выдающихся ученых как Нильс Бор, Альберт Эйнштейн и Джон Белл все они хотели понять природу странного поведения элементарных частиц, способных находиться далеко друг от друга сохраняя между собой связь.

Как отмечают представители Шведской королевской академии наук, в будущем работы Аспе, Клаузера и Цайлингера сыграют важную роль в области квантовых вычислений и безопасной передачи данных, открывая новую главу в истории квантовой механики. Интересно, что исследователи работали независимо друг от друга пытаясь объяснить «жуткий» феномен запутанных элементарных частиц.

Больше по теме: Тайны квантовой механики что такое квантовая запутанность?

Запутанность и неравенство

Итак, согласно принципам квантовой механики, частицы могут существовать одновременно в двух местах или более, а также не приобретают формальных свойств до тех пор, пока за ними не наблюдают. Но стоит кому-то проследить за положением или вращением одной элементарной частицы, как он становится наблюдателем за ее партнером (вне зависимости от расстояния между частицами). Именно это взаимодействие делает квантовую механику похожей на магию. Но как разобраться в причинах этого явления?

Квантовая механика на примере обыкновенных мячей

Представим машину, внутри которой находятся два запутанных мяча и мы их не видим. Единственное, что о них известно это серый цвет и две возможные характеристики мячи могут быть только белого и черного цвета. Но стоит машине одновременно выбросить их в противоположных направлениях, как наблюдатель ловит мяч и видит что он белый в эту же секунду второй мяч становится черным.

Вам будет интересно: Предполагает ли квантовая механика множественность миров или что такое интерпретация Эверетта?

Объяснить это странное явление удалось с помощью «неравенства Белла», согласно которому частицы могут содержать секретную информацию или скрытые переменные, определяющие их свойства. Если Белл прав, то в системе должны присутствовать скрытые параметры, подтверждая гипотезу локального реализма при которой физические объекты существуют и оказывают влияние на свое ближайшее окружение.

Безумные эксперименты

В 1972 году Джон Клаузер и его покойный коллега Стюарт Фридман решили проверить предположения Белла показав, что частицы, в данном случае фотоны, не содержат скрытой информации. Подход американских физиков заключался в передаче свойств одной частицы к другой, несмотря на большие расстояния между ними.

Если объяснять на мячах, то в приведенном выше сценарии скрытой информации об их свойствах не существует. При этом цвет мяча, попавшего в руки наблюдателя, будет определен случайно. Стоит ли говорить, что в 1970-е годы академическое сообщество не воспринимало всерьез подобные предположения.

Квантовая запутанность может объяснить как устроен мир на уровне атомов

Мой научный руководитель считал, что эксперименты с запутанностью ужасная трата времени и что я разрушаю свою карьеру, рассказал Клаузер в интервью The Washington Post.

К счастью, Клаузер не был единственным физиком, заигрывающим с запутанностью его французский коллега Ален Аспе из Университета Париж-Сакле проводил похожие эксперименты в 1980-х, а Антон Цайлингер из Венского университета в 1990-х изучал запутанные квантовые системы, включающие в себя больше двух частиц. Он предположил, что запутанные состояния являются ключом к созданию новых способов хранения, передачи и обработки информации.

Не пропустите: Что квантовая физика может рассказать о природе реальности?

Квантовая информация

Представители Нобелевского комитета уверены, что в будущем новаторские эксперименты могут привести к созданию квантовой телепортации. Звучит провокационно, так что поясним речь не идет о телепортации человека из одного места в другое, как, например, в сериале «Звездный Путь». Увы, но такая телепортация удел научной фантастики.

Как объясняют Аспе, Клаузер и Цайлингер, феномен запутанности квантовых частиц может переносить информацию об объекте из одного места в другое, однако с крупными объектами подобное невозможно на сегодняшний день ученые могут перемещать только частицы вне зависимости от их массы (из-за принципа организации атомов).

Лауреаты Нобелевской премии по физике 2022 года: французскийученыйАлен Аспе, физик из Австрии Антон Цайлингери американский исследователь Джону Клаузер

Проведенные эксперименты показали, что поведение запутанных квантовых частиц полностью противоречит нашим представлениям о том, как должны вести себя независимые отдельные объекты, указано в заявлении Нобелевского комитета.

Но что насчет квантовых технологий? В 2016 году бывший ученик Цайлингера Цзянь-Вей Пан возглавил китайскую группу исследователей, которая запустила на орбиту спутник Micius с парой фотонов, расстояние между которыми составило более 1000 километров и не изменило их запутанного состояния.

Квантовая телепортация позволяет перемещать квантовое состояние от одной частицы к другой, являясь единственным способом передачи квантовой информации без единой потери.

Квантовая телепортация позволяет перемещать квантовое состояние от одной частицы к другой на расстоянии.

В это трудно поверить, но подобная демонстрация квантовых свойств прокладывает путь к созданию новейших инструментов по передаче информации, тотально защищенной от «взлома». Исследователи надеются, что в будущем все больше устройств покинут лаборатории и покорят реальный мир. В конечном итоге потенциальное применение принципов квантовой механики кажется безграничным. А как вы думаете, какие открытия ожидают нас в будущем? Ответ, как и всегда, ждем здесь и в комментариях к этой статье!

Коллайдер тяжелых ионов (RHIC) позволяет отслеживать частицы, возникающию в результате столкновений в центре детектора.

Как устроена реальность? И не является ли она постоянной иллюзией? Физики десятилетиями пытаются ответить на эти вопросы, но чем больше они узнают о мире, тем более странным он становится. Мы знаем, что материя состоит из крошечных частиц, а их взаимодействие между собой едва ли можно представить. Взять, к примеру, квантовую суперпозицию согласно этому принципу частицы могут находиться в нескольких состояниях одновременно, однако определить результат их состояния до момента наблюдения невозможно. Еще одним фундаментальным принципом физики элементарных частиц является квантовая запутанность, согласно которой частицы остаются взаимосвязанными вне зависимости от расстояния между ними. И хотя «привычная» запутанность демонстрирует иллюзорность нашей реальности, в начале 2023 года физики из Брукхейвенской национальной лаборатории (США) сообщили о ее новом виде, обнаруженном впервые в истории.

Новая квантовая запутанность

Фундаментальные принципы квантовой механики раз за разом бросают вызов здравому смыслу, показывая что реальность в значительной степени иллюзорна. К счастью, современные научные инструменты позволяют детально изучать форму и детали внутри атомных ядер последнее удалось физикам из Брукхейвенской национальной лаборатории США с помощью релятивистского коллайдера тяжелых ионов (RHIC).

В ходе эксперимента исследователи наблюдали за фотонами и ионами золота в момент их ускорения вокруг коллайдера и обнаружили новый тип квантовой запутанности. Но вот что еще удивительнее ученые также наблюдали совершенно новый вид квантовой интерференции экзотического эффекта, согласно которому частица вроде фотона при движении может пересекать собственную траекторию. Исследование этого эффекта считается одним из самых перспективных в современной физике. Но обо всем по-порядку.

Законы, по которым работает Вселенная, весьма странные.

Интересный факт
Изучая одну запутанную частицу, ученые сразу же узнают о другой, даже если они находятся на расстоянии миллионов световых лет друг от друга. Эта странная связь между двумя (и более) частицами происходит мгновенно, по-видимому, нарушая фундаментальный закон Вселенной. По этой причине Альберт Эйнштейн называл запутанность "жуткой" и "сверхъестественной".

Коллайдер RHIC располагается в учреждении Министерства образования и науки США, где физики могут изучать строительные блоки ядерной материи т.е. кварки и глюоны, из которых состоят протоны и нейтроны. Сталкивая ядра тяжелых атомов, например золота, исследователи наблюдали их движение в противоположных направлениях вокруг коллайдера со скоростью, близкой к скорости света.

Это означает, что интенсивность столкновений между ядрами может «расплавить» границы между отдельными протонами и нейтронами, позволяя изучать кварки и глюоны такими, какими они существовали вскоре после Большого взрыва до образования протонов и нейтронов, говорится в работе.

На самом деле никто не знает, какие квантовые процессы в реальном мире отвечают за создание пространства-времени.

Как гласит принцип квантовой запутанности, аспекты одной частицы запутанной пары зависят от аспектов другой частицы, вне зависимости от того, насколько далеко друг от друга они находятся (и что лежит между ними). Этими частицами могут быть, например, электроны или фотоны, а аспектом может быть состояние, в котором они находятся, к примеру, «вращение» в том или ином направлении. Физики также хотят знать, как кварки и глюоны ведут себя внутри атомных ядер в их нынешнем состоянии чтобы лучше понять силу, которая удерживает эти строительные блоки материи вместе.

Больше по теме: Может ли квантовая механика объяснить существование пространства-времени?

Что происходит внутри атомных ядер

Чтобы узнать больше информации о частицах и их поведении, физики использовали «облака» фотонов (частиц света), которые окружали ускоряющиеся ионы вокруг коллайдера RHIC именно этот способ позволил ученым заглянуть внутрь ядер. Если два иона золота проходили мимо друг друга на близком расстоянии и не сталкивались, фотоны, окружающие один ион, позволяли изучить внутреннюю структуру другого.

Эта двумерная визуализация, как показали результаты эксперимента, оказалась революционной атомное ядро выглядит слишком большим по сравнению с тем, что предсказывали теоретические модели. Более того, поляризованный свет позволил получить подробные изображения атомных ядер с высокой энергией и рассмотреть распределение глюонов (вдоль направления движения фотона и перпендикулярно ему).

Полученные результаты также совпадают с теоретическими предсказаниями распределения глюонов и измерения распределения электрического заряда внутри ядер

Еще больше интересных статей о последних открытиях в области квантовой механики и высоких технологий читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте

Новые измерения также показали, что импульс и энергия самих фотонов запутываются с импульсом и энергией глюонов. Измерение только вдоль направления фотона (или его неизвестного направления) приводит к искажению изображения фотонными эффектами. Но измерение в поперечном направлении позволяет избежать «размытия» частиц света.

Теперь мы можем сделать снимок, на котором можно различить плотность глюонов под заданным углом и радиусом. Полученные изображения настолько точны, что мы начинаем видеть разницу между тем, где находятся протоны, и тем, где расположены нейтроны внутри этих больших ядер, пишут авторы исследования.

Коллайдер в Брукхейвенской национальной лаборатории США

Измеряя две частицы с различными зарядами физики наблюдали интерференционную картину, что указывает на запутанность или синхронизацию частиц друг с другом, даже если эти частицы разные (включая заряд).

Вам будет интересно: Предполагает ли квантовая механика множественность миров или что такое интерпретация Эверетта?

Новый взгляд на запутанность и интерференцию

Авторы работы, опубликованной в начале 2023 года в журнале Science Advances, отмечают, что все частицы, о которых идет речь в работе,
существуют не только как физические объекты, но и как волны подобно ряби на поверхности пруда, они ударяются о камень (математические волновые функции) и могут интерферировать, усиливая или нейтрализуя друг друга.

Интерференция возникает между двумя волновыми функциями идентичных частиц, но без запутывания (между двумя разнородными частицами) эта интерференция была бы невозможна. Вот так квантовая механика становится все более и более странной новый эксперимент показал, что квантовая запутанность существует между разнородными частицами.

Читайте также: Могут ли фотоны двигаться вперед и назад во времени?

«Этот метод похож на позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ-сканирование), чтобы увидеть происходящие внутри мозга и других частей тела процессов», объясняет Джеймс Дэниел Бранденбург из Брукхейвенской лаборатории (США). В последние годы ученые уделяют все больше внимания квантовой механике. Одна из причин повышенного внимания заключается в создании новых мощных средств связи и компьютеров.

Запутанность квантовых состояний это реальность.

Исследователи также намерены проводить новые измерения в RHIC с более тяжелыми частицами (чтобы проверить другие возможные сценарии квантовой запутанности). Подробнее о том, какие открытия 2022 года оказали огромное влияние на наши знания об устройстве Вселенной мы рассказывали здесь, не пропустите!

.В январе 2023 года ученные составили детальную карту расположения элементарных частиц в ядре атомного ядра.

Больше ста лет назад британский физик Эрнест Резенфорд провел ряд экспериментов, которые легли в основу нашего понимания строения атомов и радиоактивности. Открытие им атомного ядра (и первое искусственное превращение атомных ядер) привело к созданию новой концепции материи, согласно которой электроны, подобно планетам, движутся по орбитам вокруг атомного ядра, расположенного в центре. В 1911 году Резерфорд предположил, что ядро атома имеет положительный заряд, определяющий суммарное число электронов в атомной оболочке. В конечном итоге открытия Резерфорда, Нильса Бора, Ханса Гейгера и Петра Капицы показали, что атомное ядро действительно имеет положительный заряд, а окружающие его электроны (точнее, электронные облака) отрицательный. Примечательно, что открытия выдающихся физиков были сделаны без непосредственного наблюдения атомов, но сегодня все изменилось недавно исследователи из Брукхейвенской национальной лаборатории сообщили, что им удалось получить изображение ядра атома в электрическом поле. Впервые в истории.

Первое изображение атома

Атомы настолько малы, что увидеть их невооруженным глазом, даже с помощью самого мощного микроскопа, невозможно. По крайней мере так было до 2009 года, пока физики не сфотографировали атом и окружающие его электроны. На снимках, опубликованных в журнале Physical Review B, показаны подробные изображения электронного облака одиночного атома углерода.

Отметим, что это первый случай, когда ученым удалось непосредственно наблюдать внутреннюю структуру атома. До этого, начиная с 1980-х годов, физики отображали атомную структуру материала с помощью математики и методов визуализации.

Первый снимок атома углерода сделан учеными из Харьковского физико-технического института в Харькове, Украина в 2009 году. Полученные ими изображения электронов одного атома подтверждают принципы квантовой механики. На изображениb можно увидеть углеродную цепочку атомов.

Часть проблемы заключалась в том, что согласно принципам квантовой механики электрон не существует как отдельная точка, которую можно увидеть он распространяется вокруг ядра в облаке под названием орбиталь. Нежно-голубые сферы и расщепленные облака на изображении показывают два расположения электронов на орбиталях в атоме углерода. Эти структуры подтверждают ранние выводы ученых, так как соответствуют установленным принципам квантовой механики.

Больше по теме: Ученые наблюдали новый вид квантовой запутанности внутри атомных ядер

Метод электронной птихографии

Следующим шагом на пути к наблюдению атомной структуры стало изобретение ученых из Корнельского университета, которым удалось построить мощный детектор и установить мировой рекорд, утроив разрешение современного электронного микроскопа. Работа опубликована в научном журнале Science.

Этот инструмент представляет собой детектор пиксельной матрицы электронного микроскопа (EMPAD) со встроенными алгоритмами 3D-реконструкции, который смог уловить тепловое колебание атомов и получить их новое изображение в трех измерениях. До 2021 года все прошлые попытки представить и изучить отдельные атомы сводились к размытым изображениям.

Перед вами электронная птихографическая реконструкция кристалла ортоскандата празеодима (PrScO3), увеличенная в 100 миллионов раз.

Полученное в результате работы изображение стало возможным благодаря методу под название электронная птихография (ptychography) сканирующая техника получения изображений объектов, крайне малых размеров, таких как электроны и рентгеновское излучение.

Подробнее о том, как птихография позволит ученым обнаруживать отдельные атомы в трех измерениях и в каких еще областях науки можно применить эту технологию можно прочитать здесь.

Изображение ядра внутри атома

Итак, вот мы и подобрались к последнему по-настоящему поразительному открытию. На этот раз инструментом физиков стал не электронный микроскоп а релятивистский коллайдер тяжелых ионов (RHIC), в основе работы которого лежит принцип квантовой запутанности.

Напомним, что квантовой запутанностью называется связь двух (и более) частиц, свойства которых остаются одинаковыми вне зависимости от того, как далеко эти частицы находятся друг от друга. Альберт Эйнштейн, кстати, называл запутанность «сверхъестественной».

RHIC (The Relativistic Heavy Ion Collider) релятивистский коллайдер тяжелых ионов, расположенный в Брукхейвенской национальной лаборатории США.

Релятивистский коллайдер тяжелых ионов (RHIC) ускоритель частиц, предназначенный для изучения столкновений между тяжелыми ионами (золота, медь, уран и др.) на релятивистских скоростях. Как объясняют авторы изображения, принцип работы коллайдера напоминает метод позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), которая позволяет увидеть что происходит внутри мозга и других органов.

Читайте также: Главные научные открытия 2022 года по версии Hi-News.ru

Благодаря новому методу, физики смогли получить представление о внутреннем строении атомов, а также стать свидетелями нового типа квантовой запутанности. Исследование этого эффекта считается одним из самых перспективных в современной физике в ходе эксперимента ученые наблюдали за фотонами и ионами золота в момент их ускорения вокруг коллайдера RHIC и в результате заглянули внутрь атомных ядер.

Как увидеть атом?

Атомное ядро состоит из нейтронов и протонов, в составе которых находятся кварки и связывающие их глюоны. Благодаря серии квантовых флуктуаций в ходе эксперимента, фотоны вступили в взаимодействие с глюонами, образовав промежуточную частицу («ро»), немедленный распад которой образовал два так называемых «пиона» + и -. Полученная информация позволяет с детальной точностью отобразить расположение глюонов в ядре атома.

Перед вами интригующее изображение атома, наиболее приближенное к тому, как они на самом деле выглядят.

Тем не менее увидеть атом и его ядро собственными глазами невозможно. Новое изображение, опубликованное в начале 2023 года, сделано с большой выдержкой, но даже мощнейшие научные инструменты с трудом способны уловить элементарные частицы, так как они невероятно малы.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram так вы точно не пропустите ничего интересного!

Но вот что особенно важно и новое изображение структуры атомных ядер и предыдущие изображения, полученные в 2009 и 2021 годах, соответствуют теоретическим предсказаниям и фундаментальным принципам квантовой механики. К тому же это первое в истории экспериментальное наблюдение квантовой запутанности (и ее новой формы) между разнородными частицами.

Тем не менее субатомный мир остается загадкой для ученых, которые пытаются выяснить как формируется наша реальность. Задача непростая, согласитесь.

Все вокруг, включая нас самих состоит из крошечных, невидимых частиц, постоянно взаимодействующих между собой

Не пропустите: Мир в суперпозиции: три теории параллельных вселенных

К счастью, будущие эксперименты на RHIC (а также других коллайдерах и еще более мощных инструментах), позволят физикам не только детально изучить распределение глюонов внутри атомных ядер, но лучше понять сложно и таинственное устройство Вселенной. Больше о том, могут ли частицы появляться из ничего мы рассказывали в этой статье, рекомендуем к прочтению.

Климатологи считают, что с каждым годом волны жары будут становится все интенсивнее. Так какое же лето нас ждет в 2023 году?

Любите ли вы жару? Или напротив, держитесь подальше от Солнца? Вне зависимости от ответа и личных предпочтений, ученые считают, что нас ожидает все больше и больше солнечных дней. Так, аномальная жара в северо-западной Европе будет становится все более интенсивной, а на северозападе Тихого океана температура во многих местах уже превышает сезонную норму на 6 градусов Цельсия. В то же самое время на другую сторону земного шара обрушилась целая серия тайфунов, а впереди лесные пожары, ураганы и наводнения. По прогнозам специалистов, экстремальные периоды жары, обрушившиеся на планету в последние годы, станут неотъемлемой частью грядущего лета по всему миру, включая Россию. Согласно последним сообщениям синоптиков, лето 2023 года в нашей стране может стать самым жарким за последние 150 лет.

Антропогенное изменение климата климатические изменения, связанные с деятельностью человека. В результате хозяйственной и промышленной деятельности в атмосферу попадает огромное количество углеводородов, диоксида серы, диоксида азота, метана и твердых веществ.

Аномальная жара

Всего пару десятилетий назад проблемы, вызванные изменением климата, были не так очевидны. Переломным, вероятно, стало лето 2010 года, когда аномальная жара обрушилась на Северное полушарие, включая Европу, Северную Америку и Азию. В России жара стала одной из причиной массовых пожаров, сопровождавшихся густым смогом в городах и регионах. Более того, ее продолжительность и интенсивность не имели аналогов за более чем вековую историю наблюдений.

Эта погодная аномалия, увы, была не единственной мы буквально живем от одного температурного рекорда до другого, а волны жары становятся все более распространенными и продолжительными. Исследователи объясняют происходящее выбросами в атмосферу огромного количества удерживающего тепло углекислого газа и метана, что приводит к росту средней глобальной температуры на Земле.

С каждым годом планета становится все горячее так работает парниковый эффект

Вы наверняка заметили, что высокие температуры держатся даже в ночное время, а волны жары возникают в разных частях планеты одновременно. Экстремальная жара также приводят к засухам и масштабным лесным пожарам, которые охватили Канаду, Китай и Южную Азию, хотя лето еще не наступило.

Пожарные службы в Альберте борются с 92 лесными пожарами, почти треть из которых, по официальным данным, «вышли из-под контроля», а к 16 мая около 19 500 человек были вынуждены покинуть свои дома, сообщает CBC News.

Аномальная жара обрушилась на китайскую провинцию Юньнань (с умеренным климатом), температура в которой поднялась до 40 градусов по Цельсию. Эксперты отмечают, что жара пришла преждевременно и может нанести существенный ущерб посевам. Еще одним примером служит ситуация в испанской Кордове, где 29 апреля зафиксировали рекордно высокую температуру за всю историю наблюдений.

Больше по теме: Экстремальная жара может стать для Европы нормой в ближайшее время

Самый жаркий год в истории наблюдений

Согласно данным Всемирной метеорологической организации (ВМО), последние восемь лет стали самыми теплыми за всю историю наблюдений в мире. Так, в 2022 году средняя глобальная температура была примерно на 1,15C выше доиндустриальных уровней (1850-1900). Рост температур привел к масштабным засухам и разрушительным наводнениям, которые затронули миллионы человек и нанесли серьезный ущерб мировой экономике.

В 2022 году мы столкнулись с погодными катаклизмами, которые унесли слишком много жизней, подорвали продовольственную, энергетическую и водную безопасность. Обширные районы Пакистана были затоплены, а продолжительная засуха в Африке может привести к гуманитарной катастрофе, заявил генеральный секретарь ВМО профессор Петтери Таалас.

Всемирная метеорологическая организация при Организации Объединенных Наций занимается вопросами погоды, климата и водных ресурсов.

Эксперты ВМО используют шесть международных наборов данных для обеспечения достоверной оценки температуры, включая данные, основанные на климатологических данных с мест наблюдений, судов и буев в глобальных морских сетях. Эти же данные используются в ежегодных отчетах о состоянии климата, которые информируют международное сообщество о глобальных климатических показателях.

Каждое десятилетие, начиная с 1980-х годов, теплее предыдущего. Эта тенденция, по мнению исследователей, продолжится, а самыми жаркими за последние восемь лет стали 2016, 2019 и 2020 годы.

Отчет ВМО также включает наборы данных повторного анализа Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды и его Службы по изменению климата Copernicus, а также Японского метеорологического агентства (JMA). Масштабные объемы данных, а также сочетание наблюдений с смоделированными значениями позволяет оценивать температуру в любое время и в любом месте по всему земному шару, даже в районах с ограниченным объемом данных.

Экстремальная жара 2023

Изучив тенденции изменения температуры в самый жаркий летний день по всей северо-западной Европе и сравнив данные с тенденциями изменения средних летних температур, авторы работы, опубликованной в журнале Geophysical Research Letters, пришли к выводу, что в период с 1960 по 2021 год северо-западная Европа нагревалась вдвое быстрее (на 0,6C), чем в среднем по региону в летние дни. Это означает, что в будущем в регионе могут чаще наблюдаться чрезвычайно жаркие дни.

Выявленная нами тенденция не отражена в современных климатических моделях. Неспособность смоделировать рост экстремальных температур на северо-западе Европы означает, что связанные с жарой последствия изменения климата могут быть намного хуже, чем ожидалось, пишут авторы научной работы.

Самые жаркие летние дни на северо-западе Европы часто связаны с движением горячего воздуха над Испанией или Сахарой (снимок 2019 года)

Результаты работы также показали, что в период с 1960 по 2021 год температура в Великобритании повышалась примерно на 0,25C за десятилетие (по сравнению с более чем на 0,5C за десятилетие на большей части территории Испании). Следовательно, потоки все более горячего воздуха, которые переносятся на север из этих регионов, приведут к росту температур, часто превышающей порог, который можно классифицировать как экстремальный.

Изменение климата приводит к тому, что в Испании и Северной Африке становится теплее быстрее, чем в северо-западной Европе.

Авторы исследования отмечают, что экстремальная жара может усугубить респираторные и сердечно-сосудистые заболевания и увеличить риск теплового удара, что создает дополнительную нагрузку на службы здравоохранения и скорой помощи. Ранее мой коллега Рамис Ганиев рассказывал о проблемах со здоровьем, которые могут возникнуть из-за аномальной жары, не пропустите!

Мировой океан и эффект Эль-Ниньо

Еще одним фактором, способным усугубить жару этим летом является так называемый эффект Эль-Ниньо (ENSO) повторяющийся климатический цикл, который из года в год оказывает серьезное влияние на глобальные погодные условия. Он чередуется между прохладной фазой, называемой Ла-Нинья, и теплой фазой Эль-Ниньо. Согласно данным NOAA, опубликованным 11 мая, Эль-Ниньо, вероятно, проявится в ближайшие месяцы и продлится до зимы.

Эксперты отмечают, что Эль-Ниньо имеет тенденцию повышать глобальную температуру в среднем на 0,2 градуса Цельсия. Среди причин роста температур нельзя не отметить и состояние мирового океана. На приведенной ниже карте показано, как в апреле в океанах по всему миру наблюдались рекордно высокие температуры:

Карта показывает разницу температур в океанах в период с апреля 2023 года по апрель 2023 года, а также разницу температур поверхности моря по сравнению со средним показателем за 1985-1993 годы.

Подробнее: Ученые увидели из космоса признаки резкого повышения температуры на Земле в ближайшее время

Мировой океан является главным индикатором здоровья планеты но в результате климатических изменений меняет свою структуру, течение и даже цвет. Напомним, что глобальное повышение температур ограничивает смешивание слоев воды в океане, уменьшая количество кислорода и питательных веществ, от которых зависит жизнь обитателей океанских глубин.

Ухудшение состояние Мирового океана также затрудняет прогнозирование грядущих событий. При этом согласно данным 2019 года, океаны поглощали 90% тепла, однако к 2100 станут поглощать в 5-7 раз больше (если не сократить количество вредных выбросов в атмосферу).

Эль-Ниньо может обернуться настоящей катастрофой. Будем надеяться что этого не произойдет

Не пропустите: Что происходит с океанами Земли?

Лето 2023 в России

20 мая научный руководитель Гидрометцентра Роман Вильфанд сообщил, что к концу месяца в центральные регионы России с большой вероятностью придет июльская жара. «Предварительные расчеты показывают, что с вероятностью более 80 процентов, ночная температура в период с 25 по 28 мая составит 1015 градусов, а дневная 2328», сказал синоптик.

При этом температуры, характерные для климатической нормы июля в центральной России зафиксировали уже 18 мая. В Петербург, однако, аномальная жара пришла еще раньше 15 мая температура достигла максимума за 10-дневный период 23,9 градуса.

Точно предсказать погоду на длительный период времени невозможно.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram так вы точно не пропустите ничего интересного!

Некоторые эксперты ранее высказали предположение о том, что грядущее лето станет одним из самых теплых в истории наблюдений. Так, по словам эксперта в области изменения климата Михаила Юлкина, «все будет зависеть от того, дойдут ли до России волны жары из Атлантики».

Синоптики, тем не менее, не спешат соглашаться с климатологами. В конечном итоге метеорология наука не точная и составить долгосрочный прогноз на несколько месяцев вперед попросту невозможно. Так, специалист прогностического центра METEO Александр Шувалов считает, что высокие аномальные температуры летом 2023 года возможны только на юге Европейской России и на крайнем юге Сибири.

Пережить жаркое лето по-настоящему сложная задача.

Это интересно: Истинные масштабы изменения климата хуже чем считалось раньше


И все же, вне зависимости от того, кто прав, а кто нет, аномальная жара представляет собой серьезную угрозу для здоровья и особенно для жителей мегаполисов. Эксперты в области здравоохранения напоминают, что лучший способ пережить жару подготовиться к ней заранее. Подробнее о том, как сохранить здоровье себе и близким мы рассказывали здесь, не пропустите!

Китайские ученые создали квантовую линию связи. Ее длина превышает тысячу километров.

Международная команда ученых объявила о первой одновременной передаче зашифрованного квантового сообщения, которое было отправлено с космического спутника на два наземных телескопа, расположенных на расстоянии 1120 километров друг от друга. Таким безопасным каналом связи ученым удалось соединить города Наньшань и Дэлинха. Правда, пока данные передаются довольно медленно на отправку одного байта уходит около полутора минут. Как пишет испанская El Pais, несмотря на то, что квантовые явления происходят в микроскопических масштабах, они могут оказывать влияние на видимый мир.

Что такое квантовый канал связи?

Используя спутник «Мо-Цзы» физики из Китая, Великобритании и Сингапура создали квантовый канал связи между двумя китайскими городами. Необходимо отметить, что одна из главных проблем в работе современных систем квантовой связи заключается в том, что свет при движении через оптоволокно постепенно «угасает», поэтому для ретранслятора был использован спутник«Мо-Цзы» (Micius):

Используя спутник связи «Мо-Цзы» нам удалось произвести квантовый обмен ключами между двумя наземными станциями. Это стало возможным благодаря повышению эффективности передачи запутанных фотонов примерно в четыре раза и достижению скорости в 0,12 бит в секунду. А вот используя наземные системы передачи данных расстояние между узлами квантовых сетей составляет всего несколько сотен километров пишут авторы в новой работе.

Теоретически, квантовое распределение является абсолютно безопасным способом обмена секретными ключами между удаленными пользователями. Метод основывается на фундаментальных законах квантовой физики: процесс измерения квантовой системы изменяет ее состояние. Как пишет The Conversation, две частицы могут быть переплетены таким образом, что то, что происходит с одной, мгновенно происходит с другой, даже если их разделяют миллиарды километров. Если кто-то пытается наблюдать эти частицы во время передачи, их состояние меняется, а запутанность нарушается. Это свойство позволяет создать систему связи, теоретически невозможную для взлома, поскольку сам факт наблюдения уничтожает сообщение.

Изображение предоставил Nature Juan Yin, / Nature, 2020

Если все происходящее кажется несколько удивительным, то вам будет интересно узнать, что в течение многих лет Китай, Европа и США работают над развитием квантовых коммуникационных сетей для отправки официальных сообщений или создания систем кибербезопасности на стратегических объектах. Ранее в лабораторных условиях исследователи продемонстрировали экспериментальное распределение ключа используя оптоволокна длиной 421 км.

Чтобы всегда быть в курсе последних научных открытий в области физики, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram!

В исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученые подробно описывают передачу секретного ключа, написанного парами запутанных фотонов частиц света с помощью спутника «Мо-Цзы», который вращается на расстоянии 500 километров от Земли. Использование спутника имеет решающее значение, поскольку передача этих сообщений с использованием оптического волокна теряет много фотонов, так что ретрансляторы требуются каждые 100 или 150 километров. Более того, ретранслятор со всеми его механическими компонентами может быть взломан.

Мир квантовой информации

Примечательно, что в опубликованном исследовании ученые наглядно демонстрируют защиту своей системы связи от различных типов атак и показывают, что она безопасна. Ее скорость и эффективность в 100 миллионов раз выше, чем у наземного оптического волокна. Работа закладывает основу глобальной квантовой коммуникационной сети, подчеркивают авторы исследования. И действительно, до сих пор никому не удавалось осуществить передачу квантового сообщения на таком большом расстоянии.

Власти Поднебесной много лет инвестируют крупные суммы денег в новые технологии квантовой связи как в космосе, так и на земле. В предыдущем эксперименте исследователям удалось подключить Пекин и Шанхай к волоконно-оптической сети для передачи квантовых ключей. Кроме того, страна поставила несколько рекордов в области связи из космоса, например, передача в 2017 году квантового ключа, который позволил поддерживать телеконференцию между Веной и Пекином на расстоянии более 7000 километров, кстати, также с помощью спутника спутника «Мо-Цзы».

Квантовая связь это совокупность методов для передачи закодированной информации в квантовых состояниях из одной точки в другую.

Разница заключается в том, что в прошлый раз спутник выступал в качестве сейфа для хранения ключа при перемещении из точки А в точку В. Именно во время передачи сигнал становится уязвим для шпионажа. Напомним, что концепция квантовой связи была придумана в Европе, и именно здесь были проведены первые фундаментальные эксперименты в этой области. Но так как Китай делает большую ставку на освоение этой технологии, эта область научных исследований щедро финансируется. Авторы исследования также полагают, что успех последнего эксперимента подтолкнет Европу к разработке собственной сети, правда, используя свои технологий. Что, не могу не отметить, несколько странно, так как у науки не существует границ.

Читайте также: Запущена первая в России многоузловая квантовая сеть

Так или иначе, следующей важной вехой будет использование геостационарных спутников, расположенных на расстоянии около 35 000 километров от Земли позволит увеличить расстояние, на которое могут передаваться зашифрованные сообщения с помощью квантовой технологии. А как вы думаете, к чему нас приведет создание квантовой системы связи? Ответ будем ждать здесь!

Ученые не оставляют попыток ответить на вопрос о том, что такое реальность.

Что такое реальность? И кто может дать ответ на этот вопрос? В прошлом году ученые из Университета Хериота-Уатта в Шотландии проверили интересный эксперимент, результаты которого предполагают, что объективной реальности может не существовать. Несмотря на то, что когда-то эта идея была просто теорией, теперь исследователи смогли перенести ее в стены университетской лаборатории, а значит проверить. Так как в квантовом мире измерения с разных позиций дают различные результаты, но при этом одинаково верны, проведенный эксперимент показал, что в мире квантовой физики два человека могут наблюдать одно и то же событие и разные результаты; при этом ни одно из этих двух событий не может быть воспринято как неправильное. Иными словами, если два человека видят две разные реальности, то договориться какая из них правильная они не смогут. Этот парадокс известен как «парадокс друга Вигнера» и теперь ученые экспериментально его доказали.

Квантовая механика это раздел теоретической физики, который описывает основные свойства и поведение атомов, ионов, молекул, электронов, фотонов, конденсированных сред, а также других элементарных частиц.

Парадокс друга Вигнера

В 1961 году лауреат Нобелевской премии по физике Юджин Вигнер всерьез задался вопросом о том, чем же является объективная реальность. Ученый предложил один из самых странных экспериментов в квантовой механике, который включал идею о том, что два человека могут наблюдать две разные реальности и ни один из них технически не будет ошибаться. Но как?

В ходе мысленного эксперимента, который и получил название «парадокс друга Вигнера», два ученых в лаборатории изучают фотон наименьшую количественную единицу света. Примечательно, что этот поляризованный фотон при измерении может иметь либо горизонтальную поляризацию, либо вертикальную. Но до измерения, согласно законам квантовой механики, фотон существует в обоих поляризационных состояниях одновременно в так называемой суперпозиции.

Итак, Вигнер представил себе, как его друг в другой лаборатории измеряет состояние этого фотона и запоминает результат, в то время как сам Вигнер наблюдает издалека. При этом у Вигнера нет никакой информации об измерении своего друга, а потому он вынужден предположить, что фотон и его измерение находятся в суперпозиции всех возможных результатов эксперимента.

Еще больше увлекательных статей о последних научных открытиях в области теоретической физики (и не только), читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.

До измерения фотон находится в суперпозиции, то есть в двух состояниях одновременно.

Но ведь это резко контрастирует с точкой зрения друга Вигнера, который действительно измерил поляризацию фотона и записал ее! Друг может даже позвонить Вигнеру и сказать, что измерение было сделано (при условии, что результат не будет раскрыт). Таким образом мы получаем две реальности, противоречащих друг другу, что ставит под сомнение объективный статус фактов, установленных двумя наблюдателями.

Примечательно, что до 2019 года пока шведские ученые не провели тот же эксперимент в лаборатории парадокс друга Вигнера являлся исключительно мысленным экспериментом. Точно так же, как и всемирно известный эксперимент, предложенный австрийским физиком-теоретиком Эдвином Шредингером.

Кот Шредингера мысленный эксперимент, описывающий абсурдность квантовой механики. Представьте, что у вас есть кот и коробка. В коробку вы помещаете кота, радиоактивное вещество и специальный механизм, открывающий колбу с ядом. В случае распада радиоактивного атома в закрытой коробке а это может произойти в любой момент механизм откроет емкость с ядом и кот погибнет. Вот только узнать, распался радиоактивный атом или нет, можно только заглянув в коробку. До этого момента, согласно принципам квантовой физики, кот одновременно и жив, и мертв, то есть находится в суперпозиции.

Кстати, недавно физики придумали как спасти кота Шредингера. Подробнее об этом увлекательном открытии читайте в нашем материале.

Объективной реальности не существует?

Для создания двух альтернативных реальностей в лаборатории исследователи использовали шесть запутанных фотонов. Одна реальность представляла реальность Вигнера, другая реальность его друга. Друг Вигнера измерил поляризацию фотона и сохранил результат, после чего уже сам Вигнер выполнил интерференционное измерение, чтобы определить, находятся ли измерение и фотон в суперпозиции.

Результаты, полученные командой ученых были неоднозначными. Оказалось, что обе реальности могут сосуществовать, даже если приводят к непримиримым результатам все как и предсказывал Юджин Вигнер. Но можно ли их согласовать?

Открытие шотландских ученых примечательно своей сложностью, так как впервые мысленный эксперимент такого рода удалось проверить в лабораторных условиях.

Идея о том, что наблюдатели могут в конечном итоге согласовать свои измерения некоторой фундаментальной реальности, основана на нескольких предположениях. Во-первых, универсальные факты действительно существуют и наблюдатели могут прийти к согласию относительно них. Вовторых, выбор, который делает один из наблюдателей, не влияет на выбор, который делают другие наблюдатели это предположение физики называют локальностью. Так что если существует объективная реальность, с которой все могут согласиться, то все эти предположения справедливы.

Читайте также: Тайны квантовой механики что такое квантовая запутанность?

Но результаты работы ученых из Университета Хериота-Уатта, опубликованной в журнале Science Advances, свидетельствуют о том, что объективной реальности не существует. Другими словами, эксперимент предполагает, что одно или несколько предположений идея о том, что существует реальность, с которой мы можем согласиться, идея о том, что у нас есть свобода выбора, или идея локальности должны быть ошибочны.

«Научный метод опирается на повсеместно согласованные факты, установленные путем многократных измерений, вне зависимости от того, кто проводил наблюдения», пишут исследователи в своей работе.

Не знаю как у вас, но у меня голова идет кругом, ведь полученные результаты предоставляют реальные доказательства того, что, когда дело доходит до области квантовой физики, такой вещи как объективная реальность не может существовать.

Что вы знаете о квантовой физике? Даже гуманитарию вроде меня понятно, что физика и квантовая физика изучают немного разные вещи. При этом физика в целом это наука о природе, которая изучает то, как устроен мир и как все объекты и тела взаимодействуют друг с другом. Будучи разделом физики, квантовая механика изучает наш мир на самом глубинном уровне. Дело в том, что все, что нас окружает состоит из атомов. Да что там, даже мы с вами это ни что иное как ансамбль из атомов, которые зародились в ядрах сверхновых звезд. Более того, эта область физики настолько сложная, что многие ученые признают, что плохо ее понимают. Учитывая растущее количество вопросов, на которых сегодня нет ответов и некую схожесть квантовой физики с магией, она невероятно привлекательна, но может ввести в заблуждение, как это успешно делают многие шарлатаны и лжеученые. В этой статье мы попытаемся понять почему квантовая физика так похожа на волшебство.

Фотон это элементарная частица, которая не имеет массы и может существовать в вакууме, передвигаясь со скоростью света. Электрический заряд фотона также равен нулю.

Никто в мире не понимает квантовую механику

Все мы любим фокусы. Особенно те, во время которых фокусник может заставить шары прыгать между перевернутыми чашками. В квантовых системах, где свойства объекта, включая его местоположение, могут варьироваться в зависимости от того, как вы за ним наблюдаете, такие подвиги должны быть возможны без ловкости рук. Дело в том, что согласно квантовой теории, элементарная частица обретает определенное состояние лишь в момент наблюдения. В это сложно поверить, но в итоге ученым удалось экспериментально доказать, используя один-единственный фотон, что он существует в трех местах одновременно. Но как такое возможно?

Один из самых знаменитых квантовых экспериментов это двухщелевой эксперимент, который показал, что свет и материя могут вести себя как частица и волна одновременно.

Необходимо отметить, что успехами квантовой механики с помощью которой можно точно описать поведение атомов и элементарных частиц интересовался Альберт Эйнштейн. Однако гениальный ученый выступал против этой теории и высмеивал понятие, которое лежит в ее основе запутанность. В квантовой механике запутанность означает, что свойства одной частицы могут немедленно влиять на свойства другой, независимо от расстояния между ними.

Квантовая запутанность это явление, при котором квантовые состояния двух или больше объектов оказываются взаимозависимыми

Впоследствии, серия тщательно разработанных экспериментов показала, что Эйнштейн ошибался: запутанность реальна и никакие другие теории не могут объяснить ее странные эффекты. И все же, несмотря на способность квантовой теории объяснять результаты экспериментальным путем, многие ученые признают, что квантовая физика настолько сложная, что познать ее едва ли удастся.

Однако запутанность не единственное явление, которое отделяет квантовую теорию от классической. По мнению некоторых физиков, есть еще один шокирующий факт о квантовой реальности, который часто упускают из виду и который добавляет волшебства этой области теоретической физики. Как пишет издание The New Scientist, В 1967 году Саймон Кочен и Эрнст Спекер математически доказали, что даже для одного квантового объекта, где запутанность невозможна, значения, которые вы получаете при измерении его свойств, зависят от ситуации, в которой этот объект находится. Таким образом, ценность свойства А зависит от того, решили ли вы измерить его с помощью свойства В или с помощью свойства С. Говоря простыми словами, не существует реальности, независимой от выбора измерения.

Как вы думаете, связаны ли квантовая механика и сознание? Поделитесь ответом в комментариях к этой статье, а также с участниками нашего Telegram чата

Магия реальности

Согласитесь, все это как минимум странно и заставляет мозг буквально трещать по швам. Ведь получается, что присутствие наблюдателя определяет судьбу системы и заставляет ее сделать выбор в пользу одного состояния. Но разве это не вмешательство сознания в материальную реальность? А если учесть, что фотон света может одновременно быть и частицей и волной и находиться сразу в трех местах, то в каком мире мы вообще живем? Является ли это доказательством существования параллельных реальностей с одинаковыми законами физики?

Квантовую физику, вероятно, можно вписать в практически любую выдуманную историю

И это лишь часть вопросов, на которые у современной физики нет ответов. Пока. Однако все неизвестное издревле пугало человека. Иногда люди готовы поверить во что угодно, лишь бы был хотя бы один и уже не важно какой ответ. По этой причине совершенно неудивительно, что всякого рода шарлатаны и лжеученые так любят квантовую физику. Если ради интереса включить РЕН ТВ, то можно наткнуться на одну из передач о потустороннем мире, в котором, в роли эксперта, выступает очередной лжеученый. В 99 случаях из 100, его ложное объяснение мироустройства будет включать в себя хотя бы одно упоминание квантовой физики. При этом любой лжеученый резво бравирует такими научными терминами как электрон, фотон и запутанность, чтобы в глазах неискушенного зрителя обрести более-менее достоверный вид.

Читайте также: Кота Шредингера можно спасти, даже не заглядывая в ящик

Иногда мне даже кажется, что любой уважающий себя шарлатан просто обязан иметь в своем репертуаре спич о тайнах квантовой физики. Ведь ученым практически нечего возразить их утверждениям о том, что квантовая механика загадка для ученых. Правда удобно? Результатом популяризации таких идей может стать ложное представление о мире для большого количества людей. Подобные идеи также способствуют склонности к альтернативной медицине и лечения опасных заболеваний наложением рук. Так, с экранов телевизоров эзотерики с пеной у рта доказывают, что мысль материальна потому что квантовая физика вот, а доморощенные биологи приплетают квантовую физику в свои необоснованные идеи о волновом геноме и.т.д. Все это способствует развитию магического мышления, подробнее о котором я писала ранее, и росту мифов и заблуждений о мире, в котором мы живем.

Недавно Hi-News.ru был включен в перечень социально значимых ресурсов по версии Минкомсвязи. Это означает, что пользователи МТС, Билайн и других сотовых операторов смогут читать наши статьи даже при отрицательном балансе. Подписавшись на наш канал в Google News, вы всегда будете в курсе последних новостей из мира популярной науки.

Согласно теории Эдвина Шредингера кот в коробке может быть и жив и мертв одновременно

Между тем, квантовая физика это самая настоящая магия. Магия реальности. Да, мы много не понимаем и не знаем ответов на вопросы, которые порождает квантовая запутанность и результаты многочисленных экспериментов, в том числе и кота Шредингера, о котором ранее писал мой коллега Николай Хижняк. При этом реальность намного интереснее вымысла, ведь мы столького о ней не знаем: наша Вселенная на 95% состоит из таинственной темной материи, а еще есть темная энергия, которая отвественна за ускорение расширения Вселенной. Более того, на самом глубинном уровне наш мир состоит из мельчайших частиц, которые могут находиться в нескольких местах одновременно и ведут себя по-разному в зависимости от того, наблюдаем мы за ними или нет. Если это не магия реальности, то что есть реальность?.

В то же самое время наука уже дала множество ответов на важнейшие вопросы о нашем мире. Так или иначе, я думаю что нет ничего плохого в том, чтобы не знать чего-то и не понимать квантовую физику. Главное это наша способность познавать как можно больше, познавать Вселенную. Которая, скорее всего, тоже познает себя через нас.

С точки зрения квантовой физики у существования нашей Вселенной может быть смысл

Физика стремительно развивается, особенно квантовая механика

Наш мир устроен невероятно сложно. Если посмотреть в телескоп, то перед нами откроется целая Вселенная, бесконечная и расширяющаяся все быстрее и быстрее. От одной мысли о том, что в одной лишь наблюдаемой Вселенной существует около 10 триллионов галактик, может закружиться голова. Но отложив в сторону телескоп, мы вскоре понимаем, что вокруг нас (и внутри) обитают триллионы крошечных бактерий, микроорганизмов и вирусов, таких, как COVID-19. И если с помощью специальных инструментов посмотреть на этот скрытый мир поближе, мы, в конечном итоге узрим микромир, наполненный не только бактериями, но и атомами, из которых они состоят. В результате, мы сталкиваемся со сложным макромиром с его планетами и галактиками, и микромиром, работающим по своим собственным законам. Как отмечают физики, квантовая механика позволяет описать движение электронов и протонов, а также изучить, какими законами управляется микромир. Интересно, что одним из нерешенных и наиболее острых вопросов современной физики является несогласованность квантовой механики и Общей теории относительности Эйнштейна (ОТО), которая описывает, как устроен и наш мир и мир за пределами Земли. А недавно ученые пошли еще дальше. Они не только связали два квантово-запутанных объекта, но и изобрели новый подход для квантовых вычислений.

Погружение в квантовый мир

Будучи наукой, описывающий устройство окружающего мира, квантовая механика позволила человечеству обзавестись цифровыми технологиями, интернетом, лекарствами и медициной и даже освоить космическое пространство. Об этом мало кто задумывается, но если бы не создание квантовой механики в самом начале XX века, ничего этого просто не было бы. Так что если существует предполагаемый некоторыми исследователями Мультиверс, возможно, где-то есть мир, который каким-то удивительным образом избежал этой физической теории.

Нам же с вами невероятно повезло, так как квантовые технологии окружают нас буквально повсюду. Экран смартфона или компьютера, с которого вы читаете эту статью, светодиодная лампочка в вашей спальне все эти девайсы, как и все их составляющее, основаны на транзисторах. Такие системы как GPS используют атомные часы, а в оптоволоконных линиях связи используется лазерное излучение. И это не говоря о ядерной энергетике и оружии.

Современные квантовые технологии поражают воображение

Интересно, что лазеры, GPS навигаторы, томографы и транзисторы невозможно изобрести случайно, без понимания законов квантового мира. И все же, как это нередко случается в мире научных открытий, квантовой механике уделяется невероятно мало внимания, хотя она оказала огромное влияние на нашей развитие цивилизации. Более того, ее очень любят приплетать разного рода шарлатаны и мракобесы, как бы говоря «а вот квантовую физику никто не понимает, как и вот эти наши поля/чакры/ауры» и далее по списку.

Безусловно, квантовая механика сложная наука. И создавалась настоящими гениями. Но в ней все-таки можно попробовать разобраться, приложив усилия, любознательность и хорошее воображение.

Становление квантовой механики

Начиная с 1900 года ученые положили начало квантовой теории. Так как классическая механика была уже разработана и широко применялась, физики попытались совместить ее с некоторым набором «квантовых условий» тех, что противоречат классической физике, но при этом необходимы для объяснения полученных экспериментальных данных. На самом деле именно появление квантовой физики показало, что свет состоит из крошечных неделимых единиц, или квантов энергии, которую мы называем фотонами.

В 1925 году физик была опубликована революционная статья физика Вернера Гейзенберга (он предположил, что реальность не существует до тех пор, пока ее не наблюдают). И всего два года спустя, во время Сольвейской конференции в 1927 году, квантовая механика получила официальную формулировку. Подробнее о том, как развивалась эта удивительная область физики, я рассказывала в этой статье, рекомендую к прочтению.

Физики впервые связали два разных квантовых объекта

Начиная с этого времени, научный прогресс совершил самый настоящий рывок. Ученые нашли подход к исследованию конкретных и невероятно сложных задач, придумали удобные обозначения, которые лежат в основе Стандартной модели физики элементарных частиц. Интересно, что сейчас исследователи проводят серии экспериментов, результаты которых этой модели не соответствуют. Подробнее о том, почему некоторые ученые говорят о рождении «новой физики» можно прочитать здесь.

После 1927 года споры между учеными нарастали. Так, Альберт Эйнштейн не мог смириться с концепцией, предложенной физиком Нильсон Бором, согласно которой атомы напоминают крошечные модели Солнечной системы, так как электроны вращаются вокруг ядра, подобно планетам. Но проведенные последующие эксперименты показали, что электроны ведут себя по-другому, нежели планеты Солнечной системы.

Сегодня мы знаем, что электрон перемещается с одной орбиты сразу на другую, будто бы не пересекая пространство между ними. Этот процесс физики называют «квантовым скачком». Но есть еще одно, пожалуй, самое странное свойство квантовой механики. И это квантовая запутанность.

Вам будет интересно: Предполагает ли квантовая механика множественность миров или что такое интерпретация Эверетта?

Квантовая запутанность

Несмотря на критику квантовой теории, Альберт Эйнштейн полагал, что ей чего-то не хватает. Чего-то, что позволило бы описать свойство частиц, в том числе их местонахождение в тот момент, когда никто за ними не наблюдает (здесь речь идет об эксперименте Юнга, подробнее мы рассказывали вот тут). И в 1935 году гениальный ученый нашел ее слабое место невероятно странное явление, противоречащее все известным существующим законам квантовую запутанность.

Квантовая запутанность теоретическое предположение, которое вытекает из уравнений квантовой механики. Запутанность гласит, что две частицы могут запутаться, если находятся довольно близко друг к другу. Их свойства при этом становятся взаимосвязанными.

Но и это еще не все. Если разделить эти частицы и отправить их в разные стороны (как и предлагает квантовая механика), они все равно останутся запутанными и будут неразрывно связаны. Эту невозможную связь Эйнштейн предложил назвать «сверхъестественной связью на расстоянии».

Квантовая механика один из важнейших и наиболее сложных разделов физики

Допустим, кто-то взял пару перчаток, разделил их и положил каждую в отдельный чемодан. Затем один чемодан отправили вам, а второй в Антарктиду. До того момента, пока чемоданы закрыты, вы не знаете, какая из перчаток там лежит. Но открыв чемодан и обнаружив в нем левую перчатку, мы со 100% уверенностью узнаем, что в чемодане в Антарктиде лежит правая перчатка, даже если в него никто не заглядывал, физик Брайан Грин в передаче о квантовой запутанности для National Geographic.

Теперь же эта история получила невероятное продолжение. Команда ученых провела крупное международное исследование, которое раскрывает скрытые структуры квантовых запутанных состояний. Но обо всем по-порядку.

Как связать два квантовой-запутанных объекта?

В 2020 году исследователям из Института Нильса Бора Копенгагенского университета удалось связать два очень разных квантовых объекта. Результат имеет несколько потенциальных применений в сверхточном зондировании и квантовой связи. Полностью ознакомиться с текстом научной работы можно в журнале Nature Physics.

Запутанность является основой для квантовой связи и квантового зондирования. По сути, это квантовая связь между двумя объектами, которая заставляет их вести себя как единый квантовый объект.

Исследователям удалось создать запутанность между механическим генератором вибрирующей диэлектрической мембраной и облаком атомов, каждый из которых действует как крошечный магнит. Эти очень разные сущности удалось запутать, соединив их с фотонами квантами света. Атомы могут быть полезны при обработке квантовой информации, а мембраны или механические квантовые системы в целом могут пригодиться для хранения квантовой информации.

Солгасно принципу квантовой запутанности, две частиц могут быть связаны находясь друг от друга на огромных расстояниях

Профессор Юджин Ползик, возглавлявший эту работу, заявил: С помощью этой новой техники мы находимся на пути к расширению границ возможностей запутывания. Чем больше объекты, чем дальше они друг от друга, чем более они разрозненны, тем более интересной становится запутанность как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения. С новым результатом стало возможным переплетение между очень разными объектами.

Примечательно, что запутанные системы могут оставаться идеально коррелированными, даже если они находятся на расстоянии друг от друга именно эта особенность так тревожила ученых 100 лет назад.

Появление новых квантовых технологий

В 2021 году международная команда ученых, в которую вошли исследователи из Шотландии, Тайваня и Южной Африки, предложила новый и быстрый инструмент для квантовых вычислений и связи.

«Квантовые состояния, запутанные во многих измерениях, являются ключом к нашим новым квантовым технологиям, где большее количество измерений означает более высокую квантовую пропускную способность (быстрее) и лучшую устойчивость к шуму (безопасность), что имеет решающее значение как для быстрой и безопасной связи, так и для ускорения безошибочных квантовых вычислений, пишут авторы нового исследования.

Исследователям удалось добиться невероятных результатов.

Это интересно: Почему квантовая физика сродни магии?

В ходе работы им удалось изобрести новый подход к исследованию «многомерных» квантовых состояний, сократив время измерения с десятилетий до минут. Этот подход команда протестировала на 100-мерном квантовом запутанном состоянии. Им удалось показать, что основную информацию квантовой системы сколько измерений запутано и до какого уровня чистоты можно получить за считанные минуты.

Новый подход требует только простых «прогнозов», которые можно легко выполнить в большинстве лабораторий с помощью обычных инструментов. Используя свет в качестве примера, физики применили полностью цифровой подход для выполнения измерений. Проблема, как сообщают авторы, заключается в том, что, хотя состояния высокой размерности легко создаются, особенно с запутанными частицами света (фотонами), их нелегко измерить арсенал инструментов для их измерения и управления практически пуст.

Вы не сможете увидеть всю картинку целиком, поэтому получить точные данные очень сложно. Способ обойти эту проблему сделать томографию, как это делают врачи, создавая изображение из многих, многих срезов того или иного объекта, объясняют авторы научной работы.

Кто знает, к чему приведут новейшие открытия

Используя разработанный подход, исследователи предположили, что существует набор измерений, который содержит важную информацию о том и другом объекте. Говоря техническим языком, физики объединили эти два подхода к измерению, чтобы сделать несколько проекций (которые выглядят как томография) и измерить видимость результата. Их метод в результате позволил выявить скрытую информацию, которую можно было извлечь из силы квантовых корреляций во многих измерениях.

Не пропустите: Гайд по теории Мультивселенной: существуют ли другие миры?

Сочетание скорости и информации, получаемой с помощью нового, «томографического» подхода, означает, что ключевые квантовые параметры, такие как размерность и чистота квантового состояния, могут быть определены быстро и количественно. Работа опубликована в журнале Nature Communications, ознакомиться с текстом можно здесь.

Сейчас команда рассматривает свой подход как фактор, способный повлиять на исследования реальных квантовых каналов связи, где быстрое измерение имеет решающее значение.
Вот такой он, сложный, парадоксальный и удивительный мир научных открытий. Посмотрим, что будет дальше, но кажется, физики нащупали что-то по-настоящему интересное.

Квантовые компьютеры технологии будущего

Нам с вами довелось жить в удивительное время. Не самое спокойное, конечно, но посмотрите, чего добилась наука мы не просто дробим материю на атомы, мы создаем квантовые технологии и даже умеем ими пользоваться. Взять, к примеру, квантовые компьютеры. Эти машины выполняют вычисления на основе вероятности состояния объекта до его измерения — вместо 1 или 0 секунд. Это означает, что они могут обрабатывать экспоненциально больше данных по сравнению с классическими компьютерами, которые выполняют простые логические задачи и операции. Подобные технологии разрабатываются в течение десятилетий и по крайней мере две программы, написанные для квантового компьютера, датированы 90-ми гг.ХХ века. Одна из них раскладывает большие числа на простые множители и тем самым позволяет взломать нынешнее компьютерное шифрование. Вторая программа может осуществлять поиски, требующие квадратный корень от времени, которое затрачивается на них обычными компьютерами.

Квантовые технологии сложная область физики, которая исследует поведение субатомных частиц частиц, которые меньше атомов, основных строительных блоков всей материи во Вселенной.

Поговорим о кубитах

Одной из основных областей, представляющих интерес в рамках квантовой технологии, являются квантовые вычисления. В отличие от классического компьютера, который выполняет вычисления по одному за раз, квантовый компьютер может выполнять множество вычислений одновременно.

Основной единицей информации в квантовых вычислениях является «бит», который представляет одно из двух двоичных значений либо ноль, либо единицу.

По сути, кубит это гибрид слов «квантовый» и «бит». В современных компьютерах и смартфонах биты составляют наименьшую единицу хранения информации. Каждый из них при этом либо содержит значение 0, либо значение один. Но в кубите битом является квантовая частица. И это меняет все.

Квантовый компьютер работает на вероятностном принципе.

Кубит обладает гибкостью для представления либо нуля, либо одного, либо обоих одновременно. Эта способность объекта существовать более чем в одной форме одновременно называется суперпозицией. Однако когда несколько кубитов в компьютере взаимодействуют друг с другом, ситуация усложняется, так как возникает концепция запутанности: множество частиц в квантовой системе связаны и влияют друг на друга.

Разработка квантовых компьютеров позволит добиться научного прорыва в области биологии, химии, медицины и транспорта.

Например, если один кубит представляет ноль, другой кубит, связанный с ним, примет значение единицы, и наоборот это делает измерение каждого кубита зависимым от другого. Поскольку базовые информационные блоки квантовых компьютеров могут представлять все возможности одновременно, теоретически они намного быстрее и мощнее обычных компьютеров, к которым мы привыкли.

Технологии будущего

Недавно физики из Китая запустили квантовый компьютер, которому, по их словам, потребовалась 1 миллисекунда для выполнения задачи, которая заняла бы у обычного компьютера 30 триллионов лет! Все потому, что в квантовых вычислениях операции используют квантовое состояние объекта для создания кубита.

Эти состояния представляют собой неопределенные свойства объекта до того, как они были обнаружены, такие как вращение электрона или поляризация фотона.

Вместо того, чтобы иметь четкое положение, неизмеренные квантовые состояния возникают в смешанной «суперпозиции». Эти суперпозиции могут быть связаны с суперпозициями других объектов, а значит их конечные результаты будут математически связаны, даже если мы еще не знаем, что это такое.

Квантовые компьютеры для вычислений используют такие свойства квантовых систем, как суперпозиция и запутанность.

Вам будет интересно: Может ли квантовая механика объяснить существование пространства-времени?

Как собрать квантовый компьютер?

Итак, для создания функционального квантового компьютера требуется удерживать объект в состоянии суперпозиции достаточно долго, чтобы выполнять на нем различные процессы. К сожалению, как только суперпозиция встречается с материалами, которые являются частью измеряемой системы, она теряет свое промежуточное состояние в так называемой декогеренции.

Выходит, эти устройства должны быть способны защищать квантовые состояния от декогеренции, в то же самое время делая их легко читаемыми.

Квантовые состояния суперпозиции и запутанности чрезвычайно хрупки, и без правильной температуры и условий окружающей среды они быстро теряют свои качества и ведут себя хаотично. На данный момент квантовые компьютеры очень чувствительны: тепло, электромагнитные поля и столкновения с молекулами воздуха могут привести к декогеренции и сбою системы.

Квантовые компьютеры сегодня очень чувствительны

В идеале, квантовые компьютеры должны защищать кубиты от внешних помех, либо физически изолируя их, сохраняя в прохладном состоянии, либо заряжая тщательно контролируемыми импульсами энергии. Дополнительные кубиты необходимы для исправления ошибок, которые проникают в систему.

Потребность в специализированном оборудовании является ключевой причиной того, что только страны, готовые инвестировать большие ресурсы, изучают квантовые вычисления. А так как наука стремительно развивается, рано или поздно физики своего добьются.

В работе 2020 года физики из Китая изложили три области применения квантовых технологий, которые пыталась разработать страна. Так, квантовые датчики могли бы обнаружить подводную лодку, скрывающуюся на глубине сотен метров под океаном, или направлять устройства, которые могли бы работать независимо в течение нескольких месяцев без сигнала GPS.

Технологии будущего уже здесь, осталось немного подождать

А еще квантовые вычисления могут помочь исследователям разрабатывать новые лекарства, моделируя более крупные и сложные молекулы намного быстрее. Нескольких сотен запутанных кубитов было бы достаточно, чтобы представить больше чисел, чем атомов во Вселенной!

Подробнее о новейших открытиях в области квантовой физики можно прочитать здесь.

А еще не забудьте подписаться на наш канал в Telegram, так вы точно не пропустите ничего интересного!

Квантовые технологии стремительно развиваются

Квантовая теория родилась в первой половине XX века. Среди ее создателей были Нильс Бор, Альберт Эйнштейн, Макс Планк, Вернер Гейзенберг, Эрвин Шредингер и другие, не менее выдающиеся ученые. Создание Стандартной модели элементарных частиц ознаменовало собой революцию в понимании Вселенной. Именно квантовая теория подарила миру лазеры, МРТ, ускорители частиц, компьютеры, интернет и ядерное оружие. Но что дальше? Некоторые физики полагают, что в ближайшие пять лет будут созданы устройства, которые до недавнего времени описывались лишь на страницах научно-фантастических романов. Дело в том, что любой скачок в области квантовых вычислений увеличивает потенциал технологии, способной выполнять вычисления и моделирование, выходящие за рамки современных суперкомпьютеров. Иными словами, мир готовится к квантовому будущему. И если квантовые технологии действительно изменят вычисления в том виде, в каком мы их знаем, то какое будущее нас ждет?

Основные принципы квантовой теории

Итак, в отличие от классической физики, которая опирается на гравитацию и законы движения Ньютона, квантовые частицы действуют по своим собственным правилам. Например, такое понятие как суперпозиция указывает на способность квантовой системы находиться в нескольких состояниях одновременно.

И хотя звучит немного безумно и напоминает мысленный эксперимент кота Шредингера, частица действительно может находиться в нескольких состояниях сразу, но лишь до того момента, пока ее не измерят.

Эйнштейн называл квантовую запутанность сверхъестественной связью

Следующий принцип называется квантовой запутанностью. Наблюдать ее можно когда два атома связаны между собой, несмотря на то, что их разделяет огромное расстояние. Если свойства одного из атомов изменяются, его запутанный аналог тоже меняется, причем мгновенно. Запутанность присутствует даже тогда, когда атомы расположены на противоположных концах Вселенной.

Больше по теме: Тайны квантовой механики что такое квантовая запутанность?

Суперпозиция и запутанность являются основополагающими принципами квантовой теории. Эти квантовые системы нашли свое повседневное применение, и ученые, наконец, учатся управлять ими и использовать в собственных интересах.

Квантовые вычисления и технологии

Квантовая теория необходима для понимания ядерной структуры, составляющей ядро частицы протона и нейтрона которые сильно притягиваются друг к другу ядерными силами, а их столкновение высвобождает ядерную энергию.

Квантовые эффекты также лежат в основе полупроводников и транзисторов, которые привели к настоящей электронной революции и массовому производству классических компьютеров. И если говорить о современных технологиях, основанных на квантовой теории, то они могут быть усовершенствованы.

Запутанность квантовых состояний это реальность.

Так, мы знаем, что информация в обычных компьютерах принимает форму двоичных цифр (битов), которые могут иметь только два состояния: 0 или 1. Суперпозиция квантовых битов (кубитов) позволяет компьютеру хранить и 0 и 1 по отдельности, а также комбинацию обоих значений одновременно используя суперпозиции этих двух состояний.

Вам будет интересно: Предполагает ли квантовая механика множественность миров или что такое интерпретация Эверетта?

На самом деле квантовые вычисления являются самой горячей темой среди физиков и инвесторов, так как обладают невероятным потенциалом с точки зрения скорости и эффективности по сравнению с классическими компьютерами. И все же впереди еще много работы, прежде чем квантовые компьютеры появятся на рынке.

Для создания функционального квантового компьютера требуется удерживать объект в состоянии суперпозиции достаточно долго, чтобы выполнять на нем различные процессы.

По мнению некоторых исследователей, квантовые компьютеры предоставят нам возможность изучать саму квантовую физику неизвестным до сих пор способом. Его можно будет использовать, например, для моделирования поведения молекул лекарств и разработке новых материалов для более эффективных батарей или источников энергии.

Квантовая телепортация, датчики и связь

Звучит как фантастика, но связь между запутанными парами частиц необходима для успешной квантовой телепортации. Исследователи провели множество экспериментов и к 2017 году им удалось телепортировать фотон с Земли на орбиту. Квантовая телепортация также лежит в основе планов по созданию квантового интернета.

Больше по теме: Возможна ли телепортация человека?

В свою очередь, квантовые датчики могут измерять стимулы, например, магнитные поля или высокочастотные сигналы. Их можно использовать в том числе для выявления рассеянного склероза на ранней стадии; мониторинга и заблаговременного предупреждения о вулканической активности; а также для помощи самоуправляемым транспортным средствам «видеть» что находится за поворотом.

Квантовые технологии сложная область физики, которая исследует поведение субатомных частиц

Что же до квантовой коммуникации, то защита данных с использованием законов квантовой физики может использоваться для обмена секретной информацией, используемой для шифрования и аутентификации. Кванты также могут быть использованы для вычислений и решения определенных задач, с решением которых обычные компьютеры не справятся.

Квантовое будущее

Страны по всему миру, включая Китай, Канаду и США, объявили о многомиллионных и миллиардных исследовательских программах по продвижению квантовых технологий и работы в области квантовой информатики. Очевидно, что квантовые информационные технологии окажут мощное влияние на весь мир, но мы только-только начинаем понимать, как будет выглядеть квантовое будущее.

Не пропустите: Может ли квантовая механика объяснить существование пространства-времени?

Если квантовые компьютеры станут достаточно большими и будут содержать тысячи или миллионы кубитов, они позволят понять сложные химические реакции и разработать новые лекарства. Это, в свою очередь, приведет к разработке новых материалов и вычислений.

Разработка квантовых компьютеров позволит добиться научного прорыва в области биологии, химии, медицины и транспорта.

В конечном итоге все эти данные позволят ученым оптимизировать алгоритмы искусственного интеллекта и машинного обучения, кибербезопасности и финансов, а также расшифровке кода, на котором основана безопасность современных систем связи.

Более того, некоторые исследователи полагают, что в течение ближайшего десятилетия мы наконец увидим появление искусственного интеллекта. Интересно и то, что появление квантовых технологий приблизит нас к новому пониманию природы, Вселенной и нас самих. А как вы думаете, куда в первую очередь приведут нас инновации в квантовой теории? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье.

Последние комментарии