Квантовая механика

14 декабря 1900 года в мире физики родилась принципиально новая теория, впоследствии выросшая
в невероятную для простого обывателя и не менее странную для физиков квантовую механику.
Уравнения фон Неймана, Гейзенберга и Шредингера известны даже школьникам, а сам Эйнштейн
называл некоторые проявления квантмеха «ужасным действием на расстоянии». Туннельный эффект,
квантовая телепортация, параллельные вселенные и принцип неопределенности — все это следствия
странной и ускальзывающей теории квантовой механики. Странной, но работающей.

Квантовые вычисления обеспечат прорывы в химии. Каким образом?

17 Ноября 2018, Илья Хель 2

Ожидается, что квантовые вычисления позволят нам решать вычислительные задачи, которые не могут быть решены существующими классическими методами вычислений. В настоящее время принято считать, что самая первая дисциплина, которая получит мощнейший толчок от квантовых достижений, это квантовая химия. В 1982 году физик-лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман заметил, что симуляция, а затем и анализ молекул — настолько сложное дело для цифрового компьютера, что он становится практически бесполезен для этих дел.

Читать далее

«Квантовая атмосфера» может раскрыть секреты вещества

6 Октября 2018, Илья Хель 10

За последние несколько лет некоторые материалы стали полигонами для физиков. Эти материалы не то чтобы сделаны из чего-то особенного — обычные частицы, протоны, нейтроны и электроны. Но они больше, чем просто сумма их частей. Эти материалы имеют целый набор любопытных свойств и явлений, а иногда даже приводили физиков к новым состояниям материи — помимо твердого, газообразного и жидкого, которые мы знаем с детства.

Читать далее

Что квантовая теория на самом деле говорит о реальности?

19 Сентября 2018, Илья Хель 64

Демонстрация, которая перевернула идеи великого Исаака Ньютона о природе света, была невероятно простой. Ее «можно повторить с большой легкостью, где бы ни сияло солнце», говорил английский физик Томас Янг в ноябре 1803 года членам Королевского общества в Лондоне, описывая эксперимент, который сейчас называется экспериментом с двойной щелью. И Янг не был восторженным юнцом. Он придумал элегантный и тщательно продуманный эксперимент, демонстрирующий волновую природу света, и тем самым опроверг теорию Ньютона о том, что свет состоит из корпускул, то есть частиц.

Читать далее

Ученые создали конденсатор потока. Но для путешествий во времени его использовать не получится

Одна из самых знаменитых кинокартин о путешествиях во времени «Назад в будущее» не в последнюю очередь запомнилась благодаря чертовски стильному автомобилю марки DeLorean. Основной деталью, благодаря которой было возможно совершать временные скачки, был конденсатор потока (Flux Capacitor). И он так и оставался бы лишь фантазией сценаристов Боба Гейла и Роберта Земекиса, если бы группа ученых из Австрии и Швейцарии не создала самый настоящий конденсатор потока, применение которого для перемещений во времени пока под вопросом, но зато он полезен для кое-чего другого.

Читать далее

Сверхпроводники, работающие при комнатной температуре, приведут нас к удивительным технологиям

19 Мая 2018, Илья Хель 37

Сверхпроводники можно назвать одними из самых интересных и удивительных материалов в природе. Не поддающиеся логическому обсуждению квантово-механические эффекты приводят к тому, что у сверхпроводников ниже критической температуры совершенно исчезает электрическое сопротивление. Одного этого свойства достаточно, чтобы зажечь воображение. Ток, который может течь постоянно, не теряя никакой энергии, означает передачу энергии практически без потери в кабелях. Когда возобновляемые источники энергии начнут доминировать в сети и высоковольтные передачи через континенты станут непрерывными, кабели без потерь приведут к значительной экономии.

Читать далее

Toshiba выводит квантовое шифрование на рекордные дистанции

Исследователи из компании Toshiba придумали новый способ использования законов квантовой механики для отправки защищенных сообщений с использованием современных технологий. С использованием их идеи возможна отправка защищенных данных на расстояние до 550 километров. Ключ шифрования в этом случае не может быть получен ни одним из известных способов.

Читать далее

Ученые хотят выяснить, являемся ли мы квантовыми компьютерами

31 Марта 2018, Николай Хижняк 144

Есть гипотеза, точнее множество гипотез, согласно которым наш мозг представляет собой не что иное, как биохимический квантовый компьютер. В основе этих идей лежит предположение о том, что сознание необъяснимо на уровне классической механики и может быть объяснено только с привлечением постулатов квантовой механики, явлений суперпозиции, квантовой запутанности и других. Ученые из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре через серию экспериментов решили выяснить — действительно ли наш мозг является квантовым компьютером.

Читать далее

Физики нашли способ увидеть «улыбку» квантовой гравитации

9 Марта 2018, Илья Хель 52

В 1935 году, когда квантовая механика и общая теория относительности Эйнштейна были очень молоды, не шибко известный советский физик Матвей Бронштейн, будучи в возрасте 28 лет, сделал первое подробное исследование на тему согласования этих двух теорий в квантовой теории гравитации. Эта, «возможно, теория всего мира в целом», как писал Бронштейн, могла бы вытеснить классическое эйнштейново описание гравитации, в котором она видится кривыми в пространственно-временном континууме, и переписать его квантовым языком, как и всю остальную физику.

Читать далее

Серьезные квантовые компьютеры готовы к работе. На что они способны?

1 Марта 2018, Илья Хель 18

В небольшой лаборатории в пышной сельской местности в сотне километров к северу от Нью-Йорка с потолка свисает сложная путаница трубок и электроники. Это компьютер, пусть и беспорядочный на вид. И это не самый обычный компьютер. Возможно, на его роду написано стать одним из важнейших в истории. Квантовые компьютеры обещают производить вычисления далеко за пределами досягаемости любого обычного суперкомпьютера. Они могут произвести революции в сфере создания новых материалов, позволив имитировать поведение материи вплоть до атомного уровня. Они могут вывести криптографию и компьютерную безопасность на новый уровень, взламывая доныне неприступные коды. Есть даже надежда, что они выведут искусственный интеллект на новый уровень, помогут ему более эффективно просеивать и перерабатывать данные.

Читать далее

Эксперименты физиков доказали существование четвертого пространственного измерения

9 Января 2018, Николай Хижняк 62

Мы живем в трехмерной Вселенной с тремя пространственными измерениями и одним дополнительным в виде времени. Однако эксперименты двух групп ученых показали, что наличие четвертого пространственного измерения действительно возможно и оно не ограничивается простыми направлениями вверх и вниз, влево и вправо, а также вперед и назад.

Читать далее

10 загадок пространства-времени, которые сможет решить квантовая гравитация

13 Ноября 2017, Илья Хель 137

Общая теория относительности Эйнштейна, в которой гравитация рождается вследствие искривления пространства-времени, замечательна. Она была подтверждена с невероятным уровнем точности, в некоторых случаях до пятнадцати знаков после запятой. Одним из самых интересных ее предсказаний было существование гравитационных волн: ряби в пространстве-времени, которая свободно распространяется. Не так давно эти волны были пойманы детекторами LIGO и VIRGO.

Читать далее

Можно ли отправить послание, ничего не отправляя?

9 Июля 2017, Илья Хель 18

Мы связываемся между собой при помощи частиц. Звонки и сообщения едут верхом на волнах света, веб-сайты и фотографии загружаются на электронах. Все коммуникации по своей сути физические. Информация записывается и передается реальным объектам, даже если мы их не видим. Физики также подключаются к миру, когда общаются с ним. Они отправляют вспышки света в направлении частиц или атомов и ждут, когда свет вернется обратно. Свет взаимодействует с частицами материи, и изменение поведения света проливает свет (извините за каламбур) на свойства частиц — хотя эти взаимодействия зачастую меняют и частицы. Процесс этого общения называется измерением.

Читать далее

Шесть примеров, когда квантовые компьютеры нам очень помогут

4 Июля 2017, Илья Хель 19

Компьютеры не существуют в вакууме. Они решают проблемы, и проблемы, которые они решают, определяются исключительно аппаратным обеспечением. Графические процессоры обрабатывают изображения; процессоры искусственного интеллекта обеспечивают работу алгоритмов ИИ; квантовые компьютеры предназначены для… чего?

Читать далее

Может ли сознание человека влиять на физический мир?

27 Мая 2017, Илья Хель 116

Пожалуй, один из самых интригующих и интересных феноменов в квантовой физике был в том, что Эйнштейн называл «жутким действием на расстоянии», также известным как квантовая запутанность. Этот квантовый эффект лежит в основе работы квантовых компьютеров, поскольку квантовые биты (кубиты) полагаются на запутанность для обработки данных и информации. Также это явление лежит в основе теории возможной квантовой телепортации.

Читать далее

Ученые открыли новое квантовое состояние материи

23 Апреля 2017, Николай Хижняк 12

Физики кафедры квантовой информации и материи Калифорнийского технологического института обнаружили новое состояние материи – трехмерные жидкие квантовые кристаллы. Открытие обещает прогресс в разработке технологий сверхбыстрых квантово-компьютерных вычислений и, по мнению ученых, является «лишь вершиной айсберга».

Читать далее

10 невероятных последствий развития квантовых технологий

6 Апреля 2017, Илья Хель 20

В научном сообществе образовался консенсус, что первый полностью функциональный квантовый компьютер будет готов приблизительно через десять лет — и это событие такого масштаба, что многие эксперты призывают считать годы, оставшиеся до «квантума».

Большинство людей, хотя бы немного знакомых с основными идеями квантовой механики, считают эту область несколько «странноватой», поскольку она иногда озадачивает даже опытных квантовых физиков. В голове появляются картинки людей, ходящих по стенам, путешествующих во времени и общей неопределенности, которая грозит искоренить наши самые привычные представления об истине и реальности. Стандартные измерения становятся бессмысленными.

Читать далее

Мы живем в компьютерной симуляции? А доказать?

22 Марта 2017, Николай Хижняк 39

У науки нет ответов на все вопросы. Есть множество вещей, которые наука, возможно, никогда не будет в состоянии доказать или опровергнуть. Например, существование Бога. Однако есть тема, которую в нынешних научных и околонаучных реалиях обсуждать куда интереснее. Ее предложил шведский философ-современник Ник Бостром, а также несколько других весьма видных ученых. Звучит она так: живем ли мы в компьютерной симуляции?

Читать далее

Физики заявляют, что даже в идеальном вакууме может быть трение

28 Февраля 2017, Николай Хижняк 39

Один из фундаментальных постулатов современной физики гласит, что в среде идеального вакуума – пространстве, не содержащем какую-либо материю, – не может существовать такого процесса, как трение, потому как полностью пустое пространство не может воздействовать этой силой на объекты, проходящие через него.

Читать далее

Новая радикальная гипотеза предлагает «простое объяснение темной энергии»

24 Января 2017, Николай Хижняк 142

Десятилетиями ученые ломают головы над тем фактом, что наша Вселенная расширяется. С логической точки зрения гравитация должна притягивать галактики друг к другу, однако наблюдения 1990-х годов показали, что Вселенная не просто расширяется, она расширяется с ускоряющей тенденцией, и виной тому является так называемая темная энергия.

Читать далее

Физики нашли теоретический способ охлаждения объекта до абсолютного нуля

17 Января 2017, Николай Хижняк 5

В квантовой механике существует понятие квантового предела, который, помимо прочего, объясняет, насколько сильно экспериментальным путем можно охлаждать объекты. Физики Национального института стандарта и технологий (NIST) совсем недавно смогли охладить объект до температур ниже этого квантового предела, теоретически доказав, что технология, которую они для этого использовали, подходит и для того, чтобы охлаждать объекты до абсолютного нуля (−273,15 °C), то есть состояния, при котором материя лишается абсолютно любой энергии и движения.

Читать далее

Найден материал, существующий между классическим и квантовым мирами

8 Декабря 2016, Илья Хель 77

Эксперименты с использованием лазерного света и кусочков серого материала размером с кончик ногтя могут предложить подсказки к фундаментальной научной загадке: какая связь между повседневным миром классической физики и скрытым квантовым миром, который подчиняется совершенно другим правилам?

«Мы обнаружили конкретный материал, который находится между этими двумя режимами», говорит Питер Армитаж, доцент физики в Университете Джона Хопкинса, опубликовавший свою работу в журнале Nature. Шесть ученых из Джона Хопкинса и Университета Рутгерса работали над материалами под названием топологические изоляторы, которые могут проводить электричество на своей поверхности толщиной в атом, но не внутри.

Читать далее

Существует ли другая копия вас в параллельной Вселенной?

1 Декабря 2016, Илья Хель 41

Одна из самых интересных для обсуждения и размышлений тем — идея того, что наша реальность, наша Вселенная, может быть не единственной версией, расписанием происходящих событий. Возможно, существуют другие вселенные, с другими версиями нас, другими историями и исходами событий, не такими, как у нас. Что касается физики, то с научной точки зрения эта тема тоже крайне интересна. Вот что на самом деле наука говорит о том, может ли это быть правдой или нет.

Читать далее

Ученые: Время существует лишь в наших головах

27 Сентября 2016, Николай Хижняк 98

Прошлое. Настоящее. Будущее. Для физики это все одно и то же. Однако для вас, меня и всех остальных время движется только в одном направлении: от ожиданий к опыту и воспоминаниям. Эта линейность носит название оси времени (иногда называют стрелой времени), и некоторые физики считают, что движется она в одном направлении только для человека и других видов, способных воспринимать ее движение только таким образом.

Читать далее

Самый мощный в мире квантовый компьютер на самом деле не квантовый

23 Августа 2016, Николай Хижняк 15

В июле 2016 года компания Lockheed Martin увеличила производительность своего Центра квантовых вычислений (находится в Институте научной информации, США) за счет 1098 кубитов. Компания, занимающаяся разработкой систем безопасности и аэрокосмическими технологиями, вот уже в течение шести с половиной лет интересуется сферой квантовых вычислений. Оно и неудивительно. В ближайшие 20 лет эта технология обещает оказать серьезное влияние практически на все, что только можно, начиная от проектов академических исследований и заканчивая виртуальной кибербезопасностью.

Читать далее

Новое состояние кота Шредингера позволяет находиться сразу в двух местах одновременно

Скорее всего, вы слышали о парадоксе кота Шредингера. Речь идет о гипотетическом коте внутри коробки, находящемся одновременно в двух состояниях — живым и мертвым — до тех пор, пока мы не откроем коробку, чтобы посмотреть. Это так называемая квантовая суперпозиция. Так вот, физики Йельского университета выяснили, как сохранить оба состояния кота сразу в двух коробках. О своей работе ученые поделились на страницах журнала Science.

Читать далее

11 удивительных вещей, которые произойдут до конца существования Вселенной

21 Мая 2016, Илья Хель 44

Ничто не вечно. И наша Вселенная, конечно, тоже умрет. Поговаривают, ее ждет вечное расширение и, в конце концов, смерть от энтропии. Вселенная увеличивается, и энтропия растет и будет расти, пока все, что нам дорого, не умрет. Но это сантименты, а мы люди ученые, поэтому нам интересно, как будет выглядеть конец Вселенной? Чем он будет сопровождаться? Не, ну любопытно же.

Читать далее

Можно ли применить квантовую запутанность для коммуникаций быстрее света?

9 Мая 2016, Илья Хель 26

В прошлом месяце миллиардер Юрий Мильнер и астрофизик Стивен Хокинг объявили о проекте Breakthrough Starshot: невероятно амбициозном плане отправить первый сделанный людьми космический аппарат в другую звездную систему в нашей галактике. Гигантский лазерный массив мог бы запустить аппарат размером с микрочип к другой звезде на скорости в 20% от световой. Но непонятно, как это небольшое устройство сможет связаться с нами через огромное межзвездное пространство. Как насчет квантовой запутанности? Можно ли применить ее для такой связи?

Читать далее

Физики предложили ИИ придумывать немыслимые квантовые эксперименты

29 Марта 2016, Илья Хель 6

Ученые пытаются разгадать странную природу поведения квантовых частиц и с этой целью обратились к хитроумному программному обеспечению, чтобы оно придумывало немыслимые эксперименты. Квантовая физика бросает вызов человеческой интуиции — даже интуиции физика Марио Кренна из Венского университета. Ее противоречивое свойство усложняет задачу ученых придумывать эксперименты, которые способствуют исследованиям этой области. Но теперь, чтобы избежать подводных камней интуиции, Кренн и его коллеги разработали компьютерную программу, которая автоматически создает новые квантовые эксперименты, до которых сами физики додуматься не смогли бы.

Читать далее

Исследовать структуру времени физикам помогает квантовая механика и… философия

7 Февраля 2016, Илья Хель 74

Хотя в теории время можно делить на бесконечно малые интервалы, мельчайшим физически осмысленным интервалом времени считается планковское время, которое приблизительно равно 10-43 секунды. Этот конечный предел означает, что два события не могут быть разделены временем, которое будет меньше этого промежутка. Но теперь, в новой работе физики пришли к выводу, что кратчайший физически осмысленный интервал времени может быть на самом деле на несколько порядков больше времени Планка. Кроме того, физики продемонстрировали, что существование такого минимального времени изменяет базовые уравнения квантовой механики, и поскольку квантовая механика описывает все физические системы на мельчайших масштабах, это также изменяет и описание всех квантово-механических систем.

Читать далее

Забудьте про кота Шредингера: в новом квантовом парадоксе замешаны голуби

25 Января 2016, Илья Хель 240

В этом месяце в Трудах Национальной академии наук (PNAS) появилось исследование, в котором было представлено новое квантовое явление. Авторы назвали его «принципом квантовых голубей и ящиков». До этого открытия этот принцип был широко известен в традиционной науке как «принцип голубей и ящиков» (в английском языке), или как принцип Дирихле.

Читать далее