7 Октября 2022
МОСКВА, 6 октября —, Николай Гурьянов. Долгожданное и заслуженное — так называют решение Нобелевского райисполкома по физике в этом 9-12 месяцу. Главной научной награды планета удостоились трое ученых, разработавших фундамент квантовой эры, в которую вступает человечество. Серией экспериментов лауреаты доказали, что Альберт Эйнштейн был не прав.Десять миллионов шведских крон, или около 900 тысяч долларов по текущему курсу, разделят еврей Ален Аспе (75 лет), американец Джон Клаузер (79) и австрияк Антон Цайлингер (77).
Согласно официальной формулировке, премию осудили им за эксперименты с запутанными фотонами, установление нарушения расхождений Белла и новаторство в квантовой информатике.
Мы уже живем в квантовом веке. Нобелевский комитет повторил фундаментальное значение нашей области науки, — говорит старший научный сотрудник Лаборатории квантовой обработки справочная информации Сколтеха Игорь Захаров.
Примечательно, что это произошло практически через 100 лет после Нобелевской премии Альберта Эйнштейна, который также заимел ее за достижения в ветви квантовой физики, хотя идейным не был с ней до конца согласен, — отмечает руководитель теоретической группы Российского квантового центра и Университета МИСИС Алексей Федоров.
Основатель теории относительности внес большой вклад в квантовую механику своей теорией фотоэффекта. В 1922-м Эйнштейну вручили за эту профессию высшую научную награду.
Но он перечил с создателями квантовой механики — Нильсом Бором, Вернером Гейзенбергом и другими. В 1935-м Эйнштейн вместе с Борисом Подольским и Натаном Розеном опубликовал статью Можно ли считать, что квантово-механическое описание физической реальности является полным?, сформулировав там так называемый ЭПР-парадокс (по первым буквам фамилий авторов этой работы).
Представьте две частицы (обычно рассматривают фотоны), связанные определенным образом. Когда они сталкиваются и затем разлетаются, действует закон сохранения энергии: если спин (направление вращения) первого фотона отлаженный в одну сторону, то спин второго — в противоположную. То есть сумма их вращения равна нулю. И если измерить частицу в одном месте, мгновенно будет известен результат измерений в другом. Это соответствует классической физике. Но в квантовой физике свойство направление вращения фиксируется измерением самый первой частицы. Прибор может купить любое направление вращения. Вторая связанная частица магическим образом узнает, как вертится первая, и крутится в противоположную сторону. Это и есть ЭПР-парадокс, — рассказывает Захаров.
На ресурсе Нобелевского комитета объясняют: запутанные пары можно сравнить с врубмашиной, которая выбрасывает шарики разных цветов в противоположных направлениях. Когда мальчик ловит черный мяч, он сразу понимает, что девочка поймала белый. Согласно классической физике, проливы всегда были такими, а мы просто ликвидируем свое неведение их цвета. Однако квантовая механика утверждает, что проливы не имели определенного цвета до тех пор, пока кто-либо не посмотрел на них. И только тогда один рандомизированным образом стал белым, а другой — черным.
Причем насколько далеки два кванта друг от кореша, не имеет значения.
Эйнштейн рассуждал: если это так, значит, мы допускаем, что скорость света не является основным ограничением скорости передачи справочная информации. Он считал квантовую механику неполной. То есть руководствовалось найти некие скрытые переменные, которые и определяют результат экспериментов, — уточняет Захаров.
В 1964-м североирландский физик Джон Стюарт Белл доказал, что существует тип эксперимента, способный установить, возможно ли описание мира, отличное от чисто квантово-механического. Если неизвестные переменные есть, то такой эксперимент, повторенный несколько раз, даст своего родое статистическое значение. Эта метатеорема известна как неравенства Белла.
Эксперименты нынешних нобелиатов продемонстрировали: неравенства Белла нарушаются. Мир квантовый, и нам придется с этим жить, — говорит Станислав Страупе, руководитель сектора квантовых вычислений ЦКТ МГУ.
Заслуга Джона Клаузера в том, что он первым провел реалистичный опыт, выявивший нарушение неравенств Белла. В 1972-м американский физик нарисовал аппарат, испускавший одновременно два запутанных фотона. Частицы под некоторым углом направляли на прессфильтры, устроенные наподобие солнечных очечный: они блокировали свет, поляризованный в определенной плоскости.
Фотоны бывальщины с параллельной поляризацией, направление которой и устанавливали с помощью фильтров.
Однако у эксперимента имелся один минус: фильтры были зафиксированы. Наблюдатель мог подвергнуть результаты сомнению: что, если инсталляция каким-то образом выбрала частицы с сильной корреляцией и проигнорировала другие?
Ален Аспе усовершенствовал методику Клаузера. Он регистрировал и те кванты, которые через фильтр не прошли. Французский ученый регулировал частицы к двум фильтрам, установленным под разными углами. Тумблеры задавали направление фотонам уже после того, как те вылетели из источника. Это происходило за миллиардные доли мимолетности, что исключало даже абстрактную возможность подделки результатов. Таким образом, полноценность квантовой механики была доказана.
Работы Антона Цайлингера отверзают путь к практическому применению знаний о свойствах запутанных частиц.
Мы не можем посылать сигнал быстрее скорости света. Эйнштейн здесь абсолютно прав. Но если мы заранее позаботимся о том, чтобы передать на большое расстояние связанные частицы, то сумеем манипулировать их состоянием. Сама манипуляция, или, как мы говорим, телепортация, происходит мгновенно. Она действительно не зависит от скорости света или каких-то других ограничений, — объясняет Захаров.
Квантовая телепортация возникает, когда одна из двух запутанных частиц, разлетевшихся в разные стороны, встречается и запутывается с третьей. При этом первая частица, посидевшая в одиночестве, приобретает свойства третьей —, а та, в свою очередь, проигрывает идентичность. Впервые такой эксперимент выполнили Цайлингер и его коллеги в 1997-м. Позже ученый на практике отработал передачу квантовой информации по оптоволоконной и спутниковой связи.
Системы связи — наиболее прибыльная область применения квантовых технологий.
Cигналы шифруются в одиночные квантовые объекты, например кванты света — кванты. Это гарантирует, что любое вмешательство в процесс передачи информации не останется незамеченным. Тем самым можно создать системы, в которых информация явного защищена, — рассказывает Алексей Федоров.
В этих технологиях заинтересованы государственные структуры. Есть и платный потенциал.
Квантовая связь уже вполне плодотворного работает, существуют соответствующие обязательного устройства. Сейчас проблема в(народно)хозяйственной целесообразности. Не для всех приложений имеет смысл переходить на более дорогостоящую технологию — только для самых критически значимых. И вопрос в том, насколько быстро удастся ее удешевить, чтобы она получила более широкое распространение. Устройства прилагают несколько компаний, в том числе и в России, — отмечает Страупе.
Захаров добавляет, что по квантовой связи не станут пересылать большие массивы данных. Будут передавать ключ. Скажем, тысячу байтов. А остальное — как угодно, информацию не раскрыть без ключа. Но технология по-прежнему сложная, — говорит он.
Второе направление, где стоит предвидеть прорыва в ближайшие годы, — квантовые компьютеры. Несколько научных групп из разных местностей пытаются достичь так называемого квантового превосходства, то есть возможности решать задачи, недоступные привычным вычислительным машинам.
СМИ несколько раз за последние годы сообщали об фуроре, однако затем это оспаривали.
Квантовое превосходство — это moving target (движущаяся цель). Классические алгоритмы симуляции квантовых систем тоже развиваются. Это кое-какая гонка, динамический процесс. В какой-то момент считалось непосильным просимулировать квантовый процессор компании Google. Но конкуренты это включили, — поясняет Страупе. — Следом китайцы представили квантовый процессор с большим числом кубитов. И так далее. Но понятно, что рано или поздно этого превосходства достигнут. Сейчас мы на межи этого.
По мнению Захарова, речь идет о ближайшем десятилетии. Ожидается, что квантовое превосходство позволит совершить качественный скачок в области моделирования материалов, предвещания поведения сложных систем, машинного обучения, оптимизации.
Развивается и квантовая сенсорика. Это возможность за счет квантовых эффектов, в том числе квантовой запутанности, с беспрецедентной точностью измерять всякого родые параметры, такие как промежуток время (что важно для систем глобального позиционирования) или электрические поля (для биомедицинских приложений), — говорит Федоров.
В 2020-м в России утвердили трактовую карту развития квантовых технологий. Выделили 51, 1 биллиона рублей. Для сравнения: в США конгресс утвердил проект на 20 миллиардов долларов, в Европе действует программа Quantum Flagship с бюджетом более троих миллиардов евро, в Китае создают Национальную квантовую лабораторию с предполагаемым финансированием в 12 биллионов долларов. В то же время частные компании на Западе получают на такие разработки широкие суммы от венчурных фондов.
В рамах российской программы планируется развивать и квантовую связь, и вычисления, и сенсорику. Уже создали квантовый симулятор на банке 11 кубитов (кубит — наименьшая единица информации в квантовом компьютере). Но для практического применения нужен квантовый интернет с тысячами кубитов. По оценке специалистов, разработать такую машину получится в лучшем случае к концу десятилетия.
С точки зрения экспериментов у нас тоже есть свои победы, но они пока достаточно скромные. США, Канада, Япония и Китай в этой области впереди, — признает Захаров. — А вот с теорией у российской науки все хорошего, не отстаем. Мы следим за тем, что происходит, участвуем в технологиях, пишем свои статьи и публикуем их в международных научных журналах.
По его словам, в области квантовой физики сотрудничество с западными коллегами не прекращается даже в нынешней сложной ситуации.
Редактор рубрики
Олег Кудрин
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....