Чуть ближе к богу. Датские ученые создали новый тип квантовой запутанности
Научпоп6 октября 2020, 06:26
Многие ученые считают, что главной задачей современной физики было и остается увязать теории Эйнштейна с квантовой физикой — создать так называемую теорию всего.
Ведь на первый взгляд кажется, что квантовая физика действует только на микроуровне, но абсолютно бесполезна в мире макрообъектов.
На самом деле, многие ученые давно говорят, что это не так. Возникло множество теорий, которые указывают на то, что квантовые эффекты должны действовать в мире больших масштабов. Ибо только с их помощью можно объяснить многие парадоксы. Включая, например, человеческое сознание (которое, по мнению ряда ученых, имеет квантовую природу).
Однако до недавнего времени было очень мало поводов говорить о том, что все эти теории имеют право на жизнь.
Но исследование группы датских физиков показывает, что квантовая запутанность — один из важнейших квантовых эффектов — возможна на макроуровне.
Это — важный шаг к сближению двух важнейших составляющих современной физики. И вообще, к пониманию того, как устроен наш мир.
Подпишитесь на NV Премиум и читайте без ограничений
Нам необходима ваша поддержка, чтобы заниматься качественной журналистикой
Что открыли ученые?
Исследователи из Института Нильса Бора при Копенгагенском университете осуществили эксперимент с помощью мембраны из нитрида (соединение азота и металла) толщиной в 13 нанометров и длиной в несколько миллиметров и облаком атомов.
Эту мембрану «обстреливали» фотонами (частицами света), выпущенными из облака атомов цезия, которые были заключены в небольшую холодную «клетку».
По утверждению ученых, эти объекты — миллиметровая мембрана из нитрида и облако из атомов цезия — являются представителями двух миров, но при этом между ними установилась квантовая запутанность. И это раздвигает границы наших представлений о квантовой механике.
«После нашего эксперимента становится понятно, что запутанность между очень разными объектами возможна», — поясняет Юджин Ползик, ведущий автор исследования.
Что такое квантовая запутанность?
Тут самое время напомнить, что такое квантовая запутанность. Эта концепция пока плохо изучена, несмотря на то, что является доказанной на практике. Квантовая запутанность между двумя объектами подразумевает, что между ними существует связь, которая не ограничена ни пространством, ни временем.
Независимо от того, как далеко друг от друга находятся объекты или сколько времени прошло с момента установления зависимости, перемены в состоянии одной части запутанной системы моментально отображаются на состоянии другой ее части.
Альберт Эйнштейн считал, что здесь нет никакой магии, просто мы слабо представляем себе устройство мира вокруг нас. Но это не мешало ему называть концепцию квантовой запутанности «жутким действием на расстоянии».
По мнению некоторых ученых, само представление о квантовой запутанности в корне меняет нашу картину мира.
Каждая частица по отдельности пребывает в хаосе и может двигаться в двух направлениях одновременно. В одно и то же время происходит все и ничего.
Однако, как только частица начинает взаимодействовать с другой частицей, эта неопределенность не исчезает, но может быть математически просчитана.
Почему для нас важна квантовая запутанность?
Именно она лежит в основе целого ряда технологий, о которых давно мечтают футурологи. Например, квантовых радаров или квантового интернета.
Но главное, о чем говорят в последнее время, это квантовые компьютеры, которые построены как раз на просчетах вероятности, которая возникает, когда одни квантовые частицы взаимодействуют с другими.
До сих пор квантовая запутанность рассматривалась лишь как взаимодействие небольшого количества практически идентичных частиц. Для квантовых компьютеров — это те самые кубиты, на которых происходят все расчеты.
Кубит — минимальная единица информации в квантовых компьютерах, которая может находиться в нескольких состояниях пространства-времени одновременно.
Собственно, поэтому исследование датских ученых имеет такое значение, поясняет обозреватель ScienceAlert Майк МакРэй.
Мембрана из нитрида представляет собой объект, видимый человеческому глаза, и ее квантовая взаимосвязь с облаком из атомов показывает, что правила игры меняются.
Возможность выстраивать квантовую запутанность между объектами разных масштабов, а также выполненных из разных материалов, открывает невиданные перспективы. Например, в области создания квантовых компьютеров.
Ранее НВ писал о том, насколько активно развивается гонка между IT-гигантами в области квантовых компьютеров. По мнению некоторых аналитиков, Google уже подошел достаточно близко к достижению квантового превосходства.
Этим термином описывает гипотетический момент, когда квантовые компьютеры смогут выполнять операции, которые не под силу обычным компьютерам.
В Google разработали первый программируемый квантовый процессор, который может достигать квантового состояния 53 кубитов.
И этот компьютер выполнил задачу, которая не под силу обычным компьютерам, где в качестве минимальной единицы информации используются биты, которые могут иметь только одно состояние — 0 или 1.
Этой задачей было «доказательство случайности чисел, которые созданы генератором случайных чисел».
Авторы работы указывали, что «цепи случайных чисел являются наиболее подходящими для эталонного тестирования, поскольку у них нет структуры».
Согласно результатам исследования, Sycamore доказал случайность огромного количества случайно сгенерированных чисел всего за три минуты и 20 секунд.