Vismazākā mēroga notikumiem ir milzu sekas. Un neviena zinātnes nozare to nepierāda labāk nekā kvantu fizika, kas pēta dīvaino - galvenokārt - ļoti mazu lietu uzvedību. 2019. gadā kvantu eksperimenti devās uz jaunām un vēl dīvainākām vietām, un praktiskā kvantu skaitļošana bija arvien tuvāk realitātei, neskatoties uz dažiem strīdiem. Šie bija vissvarīgākie un pārsteidzošākie 2019. gada kvantu notikumi.
Google apgalvo, ka "kvantu pārākums"
Ja viens kvantu jaunums no 2019. gada sastādīs vēstures grāmatas, iespējams, tas būs liels paziņojums, ko nāca no Google: Tehnoloģiju uzņēmums paziņoja, ka ir sasniedzis "kvantu pārākumu". Tas ir iedomāts veids, kā teikt, ka Google ir uzbūvējis datoru, kas noteiktus uzdevumus var veikt ātrāk nekā jebkurš klasiskais dators. (Klasisko datoru kategorijā ietilpst jebkura mašīna, kas balstās uz parastajiem vecajiem 1 un 0, piemēram, ierīce, kuru izmantojat šī raksta lasīšanai.)
Google kvantu pārākuma prasība, ja tā tiks atbalstīta, iezīmēs lēciena punktu skaitļošanas vēsturē. Kvantu datori, veicot aprēķinus, paļaujas uz dīvainiem maza mēroga fizikāliem efektiem, piemēram, sapīšanos, kā arī uz noteiktām pamata nenoteiktībām nano universā. Teorētiski šī kvalitāte šīm mašīnām dod noteiktas priekšrocības salīdzinājumā ar klasiskajiem datoriem. Viņi var viegli salauzt klasiskās šifrēšanas shēmas, sūtīt perfekti šifrētus ziņojumus, veikt dažas simulācijas ātrāk nekā klasiskie datori un parasti ļoti viegli atrisināt sarežģītās problēmas. Grūtības rada tas, ka neviens nekad nav izveidojis kvantu datoru pietiekami ātri, lai izmantotu šīs teorētiskās priekšrocības - vai vismaz nevienam tāda nebija, līdz Google izrādei šogad.
Tomēr ne visi pērk tehnoloģiju uzņēmuma pārākuma prasību. Ofahomas Valsts universitātes kvantu skeptiķis un pētnieks Subhash Kak izklāstīja vairākus šī raksta Live Science iemeslus.
Lasiet vairāk par Google sasniegto kvantu pārākumu.
Kilograms iet kvantu
Vēl viens 2019. gada kvantu lēciena punkts nāca no svara un mēru pasaules. Standarta kilograms, fizisks objekts, kurš visiem mērījumiem noteica masas vienību, jau sen bija 130 gadus vecs, platīna-iridija cilindrs, kas sver 2,2 mārciņas. un sēdēt istabā Francijā. Tas šogad mainījās.
Vecais kilo bija diezgan labs, gadu desmitos gandrīz mainot masu. Bet jaunais kilograms ir perfekts: balstoties uz pamata attiecībām starp masu un enerģiju, kā arī uz enerģijas uzvedību kvantu skalās, fiziķi spēja nonākt pie tādas kilograma definīcijas, kas starp visām nemaz nemainīsies. šogad un Visuma beigas.
Lasiet vairāk par perfektu kilogramu.
Realitāte nedaudz salauza
Fiziku komanda izstrādāja kvantu eksperimentu, kas parādīja, ka fakti faktiski mainās atkarībā no jūsu skatījuma uz situāciju. Fiziķi veica sava veida "monētu mētāšanu", izmantojot fotonus sīkā kvantu datorā, secinot, ka dažādos detektoros rezultāti bija atšķirīgi atkarībā no viņu perspektīvas.
"Mēs parādām, ka atomu un daļiņu mikropasaulē, ko regulē dīvaini kvantu mehānikas noteikumi, diviem dažādiem novērotājiem ir tiesības uz saviem faktiem," eksperimenti raksta rakstā Live Science. "Citiem vārdiem sakot, saskaņā ar mūsu labāko teoriju par pašas dabas celtniecības blokiem fakti faktiski var būt subjektīvi."
Lasiet vairāk par objektīvās realitātes trūkumu.
Sapīšanās ieguva savu šarmu
Pirmoreiz fiziķi nofotografēja fenomenu Albertu Einšteinu, kurš tika raksturots kā “spocīga darbība no attāluma”, kurā divas daļiņas paliek fiziski saistītas, neskatoties uz to, ka tās ir atdalītas viena no otras. Šī kvantu pasaules iezīme jau sen bija eksperimentāli pārbaudīta, taču šī bija pirmā reize, kad kāds to ieraudzīja.
Lasiet vairāk par neaizmirstamu sapīšanās tēlu.
Kaut kas liels gāja vairākos virzienos
Dažos veidos konceptuāls pretstats sapīšanās, kvantu superpozīcijai ļauj vienam objektam atrasties divās (vai vairākās) vietās vienlaikus, matērijas sekas, kas pastāv gan kā daļiņas, gan kā viļņi. Parasti to panāk ar mazām daļiņām, piemēram, elektroniem.
Bet 2019. gada eksperimentā fiziķiem izdevās novilkt superpozīciju lielākajā mērogā, kāds jebkad bijis: izmantojot neskaidras, 2000 atomu molekulas no medicīnas zinātnes pasaules, kas pazīstamas kā “oligotetrafenilporfirīni, kas bagātināti ar fluoralkilsulfanilķēdēm”.
Lasiet par superpozīcijas sasniegšanu makro mērogā.
Siltums šķērsoja vakuumu
Normālos apstākļos siltums var šķērsot vakuumu tikai vienā veidā: starojuma veidā. (Tas ir tas, ko jūs jūtat, kad saules stari vasaras dienā šķērso telpu, lai pukstu uz jūsu sejas.) Pretējā gadījumā standarta fiziskajos modeļos siltums pārvietojas divos veidos: pirmkārt, barotās daļiņas var pieklauvēt citās daļiņās un pārnest savu enerģiju. . (Lai sajustu šo efektu, aptiniet rokas ap siltu tējas tasi.) Otrkārt, silts šķidrums var izspiest aukstāku šķidrumu. (Tas ir tas, kas notiek, ieslēdzot automašīnā sildītāju, pārpludinot salonu ar siltu gaisu.) Tātad bez radiācijas karstums nevar šķērsot vakuumu.
Bet kvantu fizika, kā parasti, pārkāpj noteikumus. 2019. gada eksperimentā fiziķi izmantoja faktu, ka kvantu skalā vakuumi patiesībā nav tukši. Tā vietā viņi ir pilni ar niecīgām, nejaušām svārstībām, kas ienāk un eksistē. Pietiekami mazā mērogā, pētnieki atklāja, karstums var šķērsot vakuumu, pārejot no vienas svārstības uz nākamo pāri acīmredzami tukšajai vietai.
Lasiet vairāk par siltuma lēcienu visā kosmosa kvantu vakuumā.
Cēlonis un sekas varētu būt atgriezušās
Šis nākamais atradums ir tālu no eksperimentāli pārbaudīta atklājuma, un tas ir pat tālu ārpus tradicionālās kvantu fizikas sfēras. Bet pētnieki, kas strādāja ar kvantu gravitāciju - teorētisku konstrukciju, kas izstrādāta kvantu mehānikas un Einšteina vispārējās relativitātes pasaules apvienošanai, - parādīja, ka noteiktos apstākļos notikums var izraisīt efektu, kas radies agrāk.
Daži ļoti smagi priekšmeti vispārējās relativitātes dēļ var ietekmēt laika plūsmu tiešā tuvumā. Mēs zinām, ka tā ir taisnība. Un kvantu superpozīcija nosaka, ka objekti var atrasties vairākās vietās vienlaikus. Ielieciet ļoti smagu priekšmetu (piemēram, lielu planētu) kvantu superpozīcijas stāvoklī, rakstīja pētnieki, un jūs varat izveidot oddbola scenārijus, kur cēlonis un sekas notiek nepareizā secībā.
Lasiet vairāk par cēloņu un seku novēršanu.
Sašķelts kvantu tunelis
Fiziķi jau sen zina par dīvaino efektu, kas pazīstams kā "kvantu tunelēšana", kurā daļiņas šķietami šķērso šķietami neizbraucamas barjeras. Ne jau tāpēc, ka viņi ir tik mazi, ka tomēr atrod caurumus. 2019. gadā eksperiments parādīja, kā tas patiesībā notiek.
Kvantu fizika saka, ka daļiņas ir arī viļņi, un jūs varat domāt par šiem viļņiem kā varbūtības projekcijām daļiņas atrašanās vietai. Bet viņi joprojām viļņojas. Sagraujiet vilni pret barjeru okeānā, un tas zaudēs enerģiju, bet otrā pusē parādīsies mazāks vilnis. Līdzīgs efekts rodas kvantu pasaulē, noskaidrojuši pētnieki. Un, kamēr barjeras tālākajā pusē ir palicis mazliet varbūtības vilnis, daļiņai ir iespēja to izkļūt caur šķēršļiem, tunelējot caur telpu, kur šķiet, ka tai nevajadzētu iederēties.
Lasiet vairāk par apbrīnojamo kvantu tunelēšanas efektu.
Iespējams, uz Zemes parādījās metālisks ūdeņradis
Šis bija liels gads īpaši augsta spiediena fizikai. Un viena no drosmīgākajām pretenzijām nāca no Francijas laboratorijas, kas paziņoja, ka tā ir radījusi svētu grala vielu materiālu zinātnei: metāliskais ūdeņradis. Pietiekami augsta spiediena apstākļos, piemēram, tiem, kas, domājams, eksistē Jupitera kodolā, domājams, ka viena protona ūdeņraža atomi darbojas kā sārmu metāls. Bet nevienam vēl nekad nebija izdevies radīt pietiekami augstu spiedienu, lai iepriekš pierādītu efektu laboratorijā. Šogad komanda paziņoja, ka to redzējusi pie 425 gigapaskaliem (4,2 miljoni reižu Zemes atmosfēras spiediena jūras līmenī). Tomēr ne visi pērk šo prasību.
Lasiet vairāk par metālisko ūdeņradi.
Mēs redzējām kvantu bruņurupuci
Sakuliet atdzesētu atomu masu ar magnētisko lauku, un jūs redzēsit "kvantu uguņošanu": atomu strūklas, kas izšauj acīmredzami nejaušos virzienos. Pētniekiem bija aizdomas, ka uguņošanas ierīcē varētu būt kāds paraugs, taču tas nebija acīmredzams tikai no ieskatīšanās. Tomēr ar datora palīdzību pētnieki atklāja uguņošanas efekta formu: kvantu bruņurupuci. Neviens vēl nav pārliecināts, kāpēc tā iegūst šo formu.
Lasiet vairāk par kvantu bruņurupuci.
Neliels kvantu dators pagrieza laiku atpakaļ
Laikam vajadzētu virzīties tikai vienā virzienā: uz priekšu. Izlejiet nedaudz piena uz zemes, un nav iespējams lieliski izžūt netīrumus un atdot to pašu tīro pienu atpakaļ krūzē. Izkliedējošā kvantu viļņu funkcija nav izplatīta.
Izņemot šo gadījumu, tā arī izdarīja. Izmantojot niecīgu, divu kvadrātu kvantu datoru, fiziķi spēja uzrakstīt algoritmu, kas katru viļņa pulsāciju varētu atgriezt daļiņā, kas to izveidoja - atslābinot notikumu un efektīvi pagriežot laika bultu.
Lasiet vairāk par laika bultiņas pagriešanu.
Cits kvantu dators redzēja 16 nākotnes līgumus
Jauka kvantu datoru īpašība, kas balstās uz superpozīcijām, nevis 1s un 0, ir spēja vienlaikus atskaņot vairākus aprēķinus. Šīs priekšrocības ir redzamas pilnā displejā jaunā kvantu prognozēšanas motorā, kas izstrādāts 2019. gadā. Imitējot virkni saistītu notikumu, pētnieki aiz motora spēja kodēt 16 iespējamās nākotnes vienā fotonā savā dzinējā. Tagad tas ir daudzuzdevumu veikšana!
Lasiet vairāk par 16 iespējamiem nākotnes līgumiem.
