интересное в науке новое

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://www.youtube.com/watch?v=RokHAY4jkBY

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

5 самых интересных открытй в физике 2022 года

21 февраля
3,9K прочитали




Физика - это одна из наиболее интересных и быстроразвивающихся наук, которая изучает природу и ее законы. Каждый год, ученыеделают множество новых открытий в области физики, которые расширяют наше понимание Вселенной и ее устройства. В этой статье мы рассмотрим пять самых интересных открытий в области физики в 2022 году.
1. Открытие новой частицы в Большом адронном коллайдере (БАК)

Большой адронный коллайдер - это самый мощный ускоритель частиц в мире. Он был построен для изучения фундаментальных частиц и законов природы. В 2022 году, ученые из БАК объявили о новом открытии частицы, которая может помочь в понимании того, как частицы получают массу. Эта частица является бозоном Хиггса с массой значительно больше, чем у обычного бозона Хиггса, который является ключевым для понимания массы элементарных частиц.





2. Обнаружение планеты-суперземли в зоне обитаемости

В 2022 году была обнаружена новая суперземля, находящаяся в зоне обитаемости своей звезды. Это означает, что на этой планете могут существовать жизнь или, как минимум, условия для ее появления. Открытие этой планеты стало одним из наиболее важных открытий в области астрофизики в 2022 году, потому что оно расширяет наше понимание о том, насколько большие землеподобные планеты могут существовать в космосе.


3. Развитие квантовой телепортации

Квантовая телепортация - это процесс передачи информации о квантовом состоянии одной частицы на другую, расположенную на большом расстоянии. В 2022 году, ученые сделали важный шаг в развитии этой технологии. Они смогли телепортировать квантовые состояния между кремниевыми чипами на расстояние более 50 метров. Это может иметь большое значение для развития квантовых компьютеров и криптографии.


4. Квантовая сверхпроводимость при комнатной температуре

В январе 2022 года исследователи из Университета Рочестера объявили о создании материала, который является сверхпроводником при комнатной температуре. Это означает, что материал может передавать электроэнергию без потерь, что может иметь огромное значение для энергетической отрасли, а так же для развития многих технологий, на подобии аккумуляторов, обеспечивающих машину энергией на десятки тысяч километров пути.


5. Предсказывание будущего с помощью физики

Возможность предсказывать будущее всегда была одним из главных желаний человечества. И в 2022 году физики смогли приблизиться к реализации этой мечты. Команда ученых из Массачусетского технологического института (MIT) разработала алгоритм, который может прогнозировать динамику сложных систем, таких как финансовые рынки или движение транспорта в городе.
Алгоритм называется «нео-Эйнштейновским предиктором» и основывается на физическом законе сохранения энергии. Он позволяет создавать модели сложных систем, используя множество данных о прошлом поведении этой системы. Затем алгоритм использует эти данные для прогнозирования будущего поведения системы.
Этот алгоритм может иметь огромное значение для прогнозирования различных ситуаций в бизнесе, науке и политике.

Ставьте палец вверх и подписывайтесь на канал, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Невидимое вещество — как ученым удалось сделать невозможное

17 декабря 2021
10K прочитали




Очень странный квантовый эффект, предсказанный еще три десятилетия назад, впервые удалось получить опытным путем. Вещество стало невидимым!
Почему мы видим
Объект или отражает свет или его испускает. Для того, чтобы что-то стало невидимым, надо исключить и то, и другое. Это смогли сделать физики из MIT, которые заставили атомы перестать излучать свет. Были опубликованы три научные работы об этом глобальном исследовании.
Как это работает
Атомы излучают свет, когда их электроны переходят с более высоких энергетических уровней на более низкие. Чтобы это случилось, надо сначала чем-то атом взбодрить.





Состояния атома. Источник: infourok.ru
Например светом, проходящим через него и придающим дополнительную энергию. Это переводит атом в возбужденное состояние, и электроны стремятся на верхние уровни с большей энергией, а затем спускаются обратно. Для того, чтобы это случилось, им нужно испустить лишнюю энергию — излучить те самые фотоны. То же самое случается, когда фотоны проходят через облако атомов. Свет испускается в разных направлениях и получается облако газа из атомов лития. Однако, если это облако охладить и сильно сжать, то частицам уже должно настолько не хватать места для рассеивания, что фотоны начнут проходить сквозь без пауз. Вплоть до полной прозрачности, то есть невидимости самого облака.
Эффект блокировки Паули
В начале 90-х годов прошлого века это было предсказано. Тогда феномен получил название эффект блокировки Паули. Ведь он мешает атому делать то, что для него естественно, — излучать свет. И до сих пор этот эффект не получалось наблюдать в реальном мире. Он работает благодаря одному из базовых принципов физики — принципа исключения.
Чтобы лучше это понять, можно представить электроны на их орбитах, как на авто на многоярусной стоянке. В каждый бокс вмещается только одна машина. А после того как все боксы на нижнем этаже стоянки заняты, машинам приходится в поисках свободного места проезжать на следующий этаж. Аналогично и электроны в атомах — на каждой орбите вокруг ядра их помещается не больше, чем там есть «парковочных» мест. После того как все места будут заняты, электрон ищет его себе на более высокой орбите. После этого электроны ведут себя так, будто вращаются вокруг своей оси. То есть наделены собственным моментом вращения, который принято называть «спином». Он может принимать лишь два значения: +½ или - ½. И вот два электрона с противоположным спином могут занимать одно место на орбите. Словно машины с правым и левым рулем на одном парковочном месте.


Визуализация атома. Источник: infourok.ru
Этот же принцип применим к атомам в газе. Однако, если его охлаждать и уплотнять, то атомы теряют энергию, а электроны пытаются «парковаться» на ярусах пониже. В итоге они находятся настолько плотно, что частицы не могут взаимодействовать со светом, принимать его энергию. Ведь для этого придется переходить на другой ярус орбиты, а это уже невозможно. И свет проходит сквозь них нетронутым.
Можно ли сделать вещи невидимыми? Едва ли. Для этого вещество нужно охлаждать до температуры близкой к абсолютному нулю.
Однако польза открытия огромна. У людей появилась возможность надежнее защищать квантовые компьютеры от потери данных, что сильно волнует создателей этих устройств.
Ранее мы рассказывали, что такое прозрачные звезды, и можно ли их увидеть.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://www.youtube.com/watch?v=UvZcou6C0tU

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/ZrNF8xJirVneKPdt
Нейтроны нарушили неравенство Леггетта — Гарга


N+1; Elisabeth Kreuzgruber et al. / Physical Review Letters, 2024

Австрийские физики продемонстрировали нарушение неравенства Леггетта — Гарга. Для этого они провели идеальные отрицательные измерения в нейтронном интерферометре и подтвердили квантовую природу обнаруженных нарушений. Результаты работы опубликованы в журнале Phyaical Review Letters.
Неравенство Леггетта — Гарга выполняется во всех макрореалистических физических теориях. Оно формализует два макрореалистических постулата. Во-первых, любой макроскопический объект, который может находиться в двух или более различных состояниях обязательно находится в одном из них в любой момент времени. Во-вторых, всегда можно определить, в каком из этих состояний находится система, не влияя при этом ни на состояние, ни на динамику системы. Можно сказать, что неравенство Леггетта — Гарга — это временной аналог неравенств Белла для проверки локального реализма. Более подробно о том, что такое локальный реализм и как он нарушается в квантовой механике, читайте в нашем материале «Квантовая азбука: Нелокальность».
Квантовая механика предсказывает нарушение неравенств Леггетта — Гарга, поскольку противоречит обоим постулатам. Измеряя квантовую систему в разное время, можно получить корреляции, которые можно использовать для записи неравенства. Результаты этих корреляционных измерений либо подтверждают отсутствие макрореалистического описания системы, либо показывают принципиальную невозможность измерений системы без нарушения ее состояния. Ранее ученые уже наблюдали для квантовых систем нарушение этих неравенств. Однако в большинстве случаев второй постулат реализовался в предыдущих экспериментах путем слабых измерений или при помощи дополнительных систем, что приводит к неидеальной проверке неравенств.
Физики под руководством Стефана Спонара (Stephan Sponar) из Венского технического университета обнаружили нарушение неравенства Леггетта — Гарга при помощи идеальных отрицательных измерений в нейтронном интерферометре. Для этого ученые запускали пучок нейтронов в определенном известном состоянии в интерферометр и наблюдали за распространением расщепленных пучков нейтронов при помощи нейтронных детекторов. Поскольку регистрация нейтрона детектором — это безусловное вмешательство, физики регистрировали конечные состояния при учете, что нейтронный детектор, расположенный на пути одного из лучей интерферометра, не сработал. По словам ученых, это и есть идеальные отрицательные измерения, в которых наблюдается отсутствие объекта вместо его присутствия.


Elisabeth Kreuzgruber et al. / Physical Review Letters, 2024

В результате, комбинируя расположение нейтронного детектора и поглотителя, а также вводя дополнительный фазовый сдвиг, ученые обнаружили превышение значения корреляционной функции над единицей со значимостью около пяти стандартных отклонений с максимальным значением 1,12. При этом без поглотителя значение оказалось меньше единицы для всех фазовых сдвигов.


Elisabeth Kreuzgruber et al. / Physical Review Letters, 2024

Физики утверждают, что это нарушение неравенства Леггетта — Гарга невозможно объяснить макрореалистическими теориями, при этом результат согласуется с предсказанием квантовой механики. Отклонение экспериментального значения от расчетного ученые объяснили систематическими ошибками эксперимента.
Стоит отметить, что не все ученые склонны считать нарушение неравенства Леггетта — Гарга необходимым и достаточным условием проверки макрореализма системы. Ранее проверять макрореализм действительности предлагали «не-передачей» информации во времени.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/ZsWaTlq3j2-nj82g
Конденсат Бозе — Эйнштейна: пятое состояние материи

Конденсат Бозе — Эйнштейна (БЭК) - это уникальное состояние материи, возникающее при температурах, близких к абсолютному нулю (-273,15 градуса Цельсия).



© TheSpaceway

В этих экстремальных условиях атомы вещества теряют свою индивидуальность и образуют единую квантовую систему, проявляющую макроскопические квантовые эффекты.
Ключевые свойства БЭК

1. Квантовая когерентность: атомы в БЭК находятся в одном квантовом состоянии, действуя как единое целое.
2. Макроскопические квантовые эффекты: БЭК демонстрирует квантовые явления на уровне, видимом невооруженным глазом.
3. Сверхтекучесть: конденсат может течь без трения, проходя через очень узкие каналы или поры.
4. Квантовое туннелирование: в БЭК этот эффект может проявляться на макроскопическом уровне, позволяя частицам преодолевать классически непреодолимые барьеры.
5. Интерференция: БЭК может демонстрировать волновые свойства материи, создавая интерференционные картины.

Эти свойства делают БЭК мощным инструментом для изучения фундаментальных квантовых явлений и разработки новых технологий.


© sites.ualberta.ca

История открытия

Возможность существования БЭК была предсказана Сатьендрой Натхом Бозе и Альбертом Эйнштейном еще в 1924-1925 годах. Однако экспериментально получить это состояние вещества удалось лишь 70 лет спустя.
Интересные факты:

1. Первый БЭК был получен в 1995 году группой ученых под руководством Эрика Корнелла и Карла Вимана. За это достижение они, вместе с Вольфгангом Кеттерле, получили Нобелевскую премию по физике в 2001 году.
2. В невесомости на МКС удалось создать конденсат размером с человеческий волос, видимый невооруженным глазом. На Земле из-за гравитации размеры БЭК обычно не превышают 100 микрометров.
3. БЭК используется для создания "атомных лазеров" - пучков когерентных атомов, открывающих новые возможности для высокоточных измерений и квантовых технологий.

© NIST/JILA/CU-Boulder

Применение и перспективы

Исследования БЭК могут привести к прорывам в различных областях:

• Создание сверхточных атомных часов;
• Разработка квантовых компьютеров и симуляторов*;
• Изучение фундаментальных вопросов физики (сверхпроводимость, темная материя);
• Создание новых типов сенсоров для измерения гравитации и других фундаментальных сил.

*Квантовые симуляторы позволяют изучать квантовую систему программируемым способом.
Конденсат Бозе — Эйнштейна демонстрирует, как квантовая механика проявляет себя на макроскопическом уровне, открывая новые горизонты для физики и технологий будущего.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/ZsYtgm4NLi--1XU-
Новое исследование впервые включает все важные квантовые взаимодействия между излучением и плазмой вокруг чёрных дыр

198 прочтений
21 августа











Космос
17,5K интересуются


Физика
10,4K интересуются


Наука
126K интересуются


Ученые
2,3K интересуются










Учёные из Хельсинкского университета достигли значительного прорыва в понимании рентгеновского излучения, исходящего из окрестностей чёрных дыр. Этот успех является результатом десятилетий исследований и применения детального суперкомпьютерного моделирования.
Исследователи смогли смоделировать взаимодействие между излучением, плазмой и магнитными полями вокруг чёрных дыр, обнаружив, что хаотические движения магнитных полей нагревают плазму, заставляя её излучать.
Исследование, опубликованное в Nature Communications, представляет собой первую модель физики плазмы, которая включает все важные квантовые взаимодействия между излучением и плазмой.
Чёрные дыры образуются при коллапсе массивных звёзд, их гравитация так сильна, что не позволяет даже свету покинуть их сферу влияния. Поэтому чёрные дыры можно наблюдать только косвенно, через их воздействие на окружающую среду.
Большинство наблюдаемых чёрных дыр имеют звезду-компаньона, образующую двойную звёздную систему. В этой системе два объекта вращаются вокруг друг друга, а вещество звезды-компаньона медленно по спирали попадает в чёрную дыру. Этот медленно текущий поток газа часто образует аккреционный диск вокруг чёрной дыры, яркий, наблюдаемый источник рентгеновского излучения.
С 1970-х годов предпринимались попытки смоделировать излучение от аккреционных потоков вокруг чёрных дыр. В то время уже считалось, что рентгеновские лучи генерируются посредством взаимодействия локального газа и магнитных полей, подобно тому, как окрестности Солнца нагреваются его магнитной активностью посредством солнечных вспышек.


Визуализация показывающая, как турбулентная плазма движется в намагниченной короне аккреционного диска. Источник: Jani Närhi 📷

Исследователи из Хельсинкского университета, возглавляемые доцентом Йоонасом Няттиля (Joonas Nättilä), смоделировали взаимодействие между излучением, плазмой и магнитными полями вокруг чёрных дыр. Они обнаружили, что турбулентность вокруг этих объектов настолько сильна, что даже квантовые эффекты становятся важными для динамики плазмы.
Моделирование показало, что рентгеновское излучение может превращаться в электроны и позитроны, которые затем могут аннигилировать обратно в излучение при соприкосновении. Это явление является результатом чрезвычайно энергичного окружения чёрных дыр, которое делает возможным взаимодействие между электронами и позитронами.
Няттиля описывает, что электроны и позитроны, античастицы друг для друга, обычно не встречаются в одном и том же месте. Однако чрезвычайно энергичное окружение чёрных дыр делает даже это возможным. Излучение также не взаимодействует с плазмой. Однако фотоны настолько энергичны вокруг чёрных дыр, что их взаимодействия важны и для плазмы.
« В повседневной жизни такие квантовые явления, когда вместо чрезвычайно яркого света внезапно появляется материя, конечно, не наблюдаются, но вблизи чёрных дыр они проявляютс я», — говорит Няттиля.
Исследование также показало, что плазма вокруг чёрных дыр может находиться в двух различных равновесных состояниях в зависимости от внешнего поля излучения. В одном состоянии плазма прозрачна и холодна, а в другом — непрозрачна и горяча. Это соответствует наблюдаемым различ иями между так называемыми мягкими и ж ёсткими состояниями аккреционных дисков чёрных дыр.
«Рентгеновские наблюдения аккреционных дисков чё рных дыр показывают точно такие же различия между так называемыми мягкими и жёсткими состояниями» , — отмечает Няттиля.
Учёные отмечают, что их исследование является результатом многолетних усилий и добавления всех квантовых явлений в симуляцию. Они надеются, что эта работа будет способствовать дальнейшему пониманию чёрных дыр и их роли во Вселенной. « Нам потребовались годы, чтобы исследовать и добавить в симуляции все квантовые явления, происходящие в природе, но в конечном итоге это того стоило », — добавил Няттиля.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/YqrRPLphjCBpLkLo
Квант времени обнаружен? Что такое кристаллы времени



Когда слышишь словосочетание кристалл времени первым делом на ум приходит - вау, наконец-то получилось найти то, из чего конкретно состоит временная часть пространственно-временного континуума. Кажется, что это понятие является результатом квантования и теперь наконец-то мы можем не считать время абстрактной величиной. Ведь оно подобно газу, состоящему из частиц, состоит из кристаллов времени.



Может быть кристалл выглядит так

Но радоваться рано. Понятие кристаллы времени куда ближе к материаловедению, нежели к голой квантовой физике и осознанию устройства времени как физической сущности.
Что называется кристаллом времени

Этот термин изначально родился как гипотетический. Все мы помним, что в нашем (понятном нам) пространственно-временном континууме существует 3+1 измерение. 3 - это длина, ширина, высота и 1 - это притянутое за уши время.
В 2012 году лауреат Нобелевской премии по физике Фрэнк Вильчек предположил, что самый обычный кристалл из мира материаловедения, который обычно тоже описывается тремя измерениями (что вполне логично, представьте себе кубик, он описывается и длиной, и высотой, и шириной), может существовать ещё и в четвертом измерении. Четвертое измерение - это время. В нём тоже что-то должно повторяться. Предполагалось, что кристалл в процессе существования может меняться/измеряться не только в трех измерениях, а ещё и в четвертом.

Если вы думаете о кристаллах в пространстве, то вполне естественно также подумать о классификации поведения кристаллов во времени

Так сказал Фрэнк.
Тут особое внимание нужно уделить слову "меняться". Это довольно сложно осознать. В плане геометрии всё легко представить - кристалл тупо повторяется во все три стороны и это можно померить линейкой. Как быть со временем?
Время тут выступает, в общем-то, как и время при движении велосипедиста по дороге. Помимо того, что элементы структуры кристалла повторяются в трёх направлениях и одинаково, их пространственное поведение ещё подчиняется стандартным движениям, происходящим за стандартное время. Вот только есть тут ключевая особенность.
Движение - это штука, к которой уже пора бы привыкнуть в мире кристаллов. Мы помним и про тепловое движение, и про столь сложное понятие, как спин. У каждой частицы есть спин, а квантовая физика заставляет эти спины регулярно меняться. Но теперь представьте, что при некоторых условиях (каких - это тема для докторской диссертации), спины группы частиц единожды выровнялись и больше не меняются, зато частицы регулярно пульсируют. Их состояние можно перевернуть, например, лазером. И они будут пульсировать, но с противоположными спинами.

Частицы кристалла времени движутся по регулярному повторяющемуся циклу, не сжигая никакой энергии. Это следует даже из механики, потому что работа не совершается.

Поэтому, в англоязычной Википедии можно найти такую характеристику кристалла времени:

Кристалл времени представляет собой систему частиц с наименьшей энергией, в которой частицы находятся в повторяющемся движении. Система не может потерять энергию и остановиться, потому что она уже находится в своем квантовом основном состоянии. Из-за этого движение частиц на самом деле не представляет кинетическую энергию, как другое движение.

От себя добавлю, что именно это уместно назвать пульсацией.


Хорошая схема. Источник https://content.onliner.by/news/1100...173fe8376.jpeg

Это обстоятельство отличает кристалл времени от обычного кристалла! Внимательно прочитайте цитату. Все частицы находятся в движении и мы это упомянули выше, но только кристаллы времени не испускают при этом энергию, а значит не тратят её.
Для понимания - представьте себе, что обычный кристалл работает как заводные часы и тратит энергию. Это приводит к остановке часов, а кристалл времени не тратит энергию :) Это вечные часы.
Идея эта сначала была воспринята как гипотеза, а некоторые особенно злые товарищи начали писать злые разоблачающие статьи. Но в 2018 году удалось в лабораторных условиях создать такой кристалл времени. В общем-то, ученые тогда отметили, что создание такого кристалла и его существование в реальности намного более простая штука, нежели предполагалось.
Чем нам полезен кристалл времени?

В общем-то, кристалл времени сродни вечному двигателю, работающему на специфической конструкции от самой природы.


Вечные часы

Мы уже сказали, что если кристалл времени запихнуть в часы, то такая штука будет работать неограниченно долго. По крайней мере, на данной стадии изучения этой специфической структуры складывается такое впечатление. Ведь по идее, вечный двигатель существовать не может. Правда и квантовая суперпозиция существовать не может, если исходить из здравого смысла :)
Из сказанного следует, что кристаллы времени вполне себе могут выполнять необходимые функции в квантовом компьютере или являться основной движущей силой в сверхточных квантовых часах.
#научпоп #квантовая физика #материаловедение

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Физики «подчинили время» с помощью последовательности Фибоначчи и создали новую фазу материи для работы квантового компьютера

5,5K прочтений
22 октября 2022

• В области квантовых вычислений наименьшая единица информации — кубит (quantum bit).

Как и бит в обычном компьютере, кубит допускает два собственных состояния, обозначаемых «0» и «1», но при этом может находиться и в их суперпозиции, то есть быть одновременно единицей и нулём.
Потенциально, это свойство позволяет квантовым компьютерам выполнять гораздо более сложные вычисления, на выполнение которых у классических компьютеров несоизмеримо больше времени.
Проблемы кубитов

Они требуют чрезвычайно контролируемой среды, в которой незначительное возмущение, например, минимальное изменение температуры, может привести к тому, что кубиты потеряют свои квантовые состояния и, как следствие, переносимую информацию.
Подчинить время




Согласно исследованию, опубликованному в Nature, физики, воздействовав на кубит, состоящий из десяти атомов, серией лазерных импульсов, соответствующей последовательности Фибоначчи (последовательность чисел, где каждое число является суммой двух предыдущих), создали новую фазу материи.
Они предполагают, что эта фаза материи гораздо эффективнее в сохранении, чем методы, используемые в настоящее время.
После воздействия серией лазерных импульсов, кубиты, сохранявшие своё квантовое состояние в течение 1,5 секунд, просуществовали целых 5,5 секунд.
По мнению физиков, причина, по которой это происходит, связана с самим временем:

«Мы считаем, что, используя квазипериодические последовательности, основанные на последовательности Фибоначчи, мы заставили систему вести себя так, как будто существуют два разных направления времени»

Почему именно числа Фибоначчи?

По сути, когда вы запускаете лазерные импульсы, в соответствии с последовательностью Фибоначчи, они действуют как своего рода квазикристаллы — структура материи, которая придерживается определённой схемы, но не является периодической.
Другими словами, упорядоченная, но не повторяющаяся.


Такая структура материи исключает множество ошибок, возникающих в периодических структурах, где они накапливаются из-за повторений.
Это потенциально масштабный прорыв, который может позволить сделать существенный шаг на пути внедрения квантовых компьютеров в повседневную жизнь.
Тем не менее, работы ещё очень много. Для начала надо понять, позволит ли развитие этого направления привести к сохранению кубитов в стабильных квантовых состояниях достаточно долго.
Главное, что работа ведётся.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/ZxnpzHI3kiEDwKO9
Ученые раскрыли тайны квантовой запутанности

4,1K прочтений
Вчера


Исследование, которое провели ученые из Венского технического университета (TU Wien) совместно с китайскими коллегами, проливает свет на то, как квантовая запутанность формируется на временных шкалах в аттосекунды — миллиардные доли миллиардной доли секунды.
Квантовая запутанность — это явление, при котором два объекта, например частицы, становятся настолько тесно связаны, что их состояния нельзя описать по отдельности. Даже если эти частицы находятся в разных местах, они остаются частью единой системы. Вопрос о том, как именно возникает такая запутанность, особенно на коротких временных интервалах, до сих пор оставался неразрешенным.



квантовая физика

Команда ученых под руководством профессора Йоахима Бургдорфера и профессора Ивы Брезиновой сосредоточилась на исследовании атомов, которые подвергались воздействию интенсивных лазерных импульсов. В результате такого воздействия один электрон «вырывался» из атома и улетал, а второй оставался с атомом, но в измененном состоянии. Важно отметить, что эти два электрона становились квантово запутанными: для точного анализа их поведения необходимо рассматривать их как единое целое.
Используя специальный измерительный протокол, специалисты смогли установить, что время «рождения» электрона, который покидает атом, связано с состоянием оставшегося электрона. Это состояние можно измерить, что дает информацию о поведении улетевшего электрона, хотя сам электрон не «знает», в какой момент он покинул атом — его «время рождения» находится в суперпозиции нескольких временных моментов. Если оставшийся электрон находится в более высокоэнергетическом состоянии, значит, другой электрон был выбит из атома раньше. Если же состояние оставшегося электрона низкоэнергетическое, значит, электрон покинул атом позже, примерно через 232 аттосекунды.
Это открытие позволяет лучше понять квантовые эффекты, которые ранее считались мгновенными. Например, вылет электрона из атома не происходит в один момент: его поведение можно описать как волну, которая постепенно покидает атом. Именно в это время и происходит запутывание двух электронов, которое можно измерить позже.
Понимание таких ультракоротких временных процессов поможет в дальнейших исследованиях квантовой физики и может найти практическое применение в таких областях, как квантовые компьютеры и криптография, где квантовая запутанность играет ключевую роль. Сейчас ученые уже сотрудничают с лабораториями, которые намерены провести эксперименты для подтверждения этих ультрабыстрых квантовых эффектов.
Работа ученых открывает новые перспективы в изучении и понимании квантовых явлений, демонстрируя, что даже кратчайшие временные интервалы могут играть важную роль в возникновении сложных эффектов, в том числе, квантовой запутанности.
Ранее исследователи приблизились к решению проблемы времени жизни нейтронов

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/ZyPoHNn6b2RPsPz2
Прорыв в квантовой механике: исследователи обнаружили новый фазовый переход в «магии» квантовых состояний

2 минуты
5985 прочтений
31 октября


Группа исследователей из Мэрилендского университета, NIST, IonQ Inc. и Квантового центра Дьюка совершила значительный прорыв в понимании квантовой механики и информации, продемонстрировав новое поведение квантовых состояний при воздействии когерентных ошибок. «Магия» квантовых состояний, описывающая степень их отклонения от состояний стабилизатора, имеет решающее значение для реализации универсальных и отказоустойчивых квантовых вычислений.
В своей работе, опубликованной в журнале Nature Physics, исследователи показали, что случайный код стабилизатора демонстрирует фазовый переход в отношении «магии», аналогичный ранее наблюдаемому для запутанности. Этот переход включает две силы: создание ресурса и его уничтожение. В случае «магии» квантовых состояний этими силами являются «сколько измеряется» и «сколько вращается кубитов».



Фотография квантового компьютера с захваченными ионами, на котором проводился эксперимент. Источник: IonQ 📷

Прадип Нирула, соавтор статьи, пояснил: «Хотя суперпозиция и запутанность — это термины, которые люди чаще всего ассоциируют с квантовыми компьютерами, оказывается, их недостаточно, чтобы сделать квантовые компьютеры более мощными, чем классические. Чтобы достичь квантового преимущества над традиционными или классическими компьютерами, нужен ещё один ингредиент, называемый "магией" или "нестабилизированностью". Только когда в системе много "магии", она выходит за рамки того, что возможно с классическим компьютером».
Исследователи сначала провели численные симуляции, которые дали весомые доказательства существования фазового перехода в нестабилизированности. Затем они проверили свою гипотезу в экспериментальной обстановке, используя реальные квантовые схемы. Результаты показали признаки фазового перехода даже в шумной среде.


а) модель схемы, используемая в исследовании. Когерентная ошибка используется для настройки «магии» на случайный код стабилизатора. b) Схематическая иллюстрация того, как «магия» создаётся и уничтожается из схемы. c) Фазовая диаграмма «магии». Источник: Niroula et al. 📷

Нирула добавил: «Более ранние работы обнаружили другие виды переходов в запутанности, зарядах и т. д., и это поднимает вопросы: какие другие ресурсы могут демонстрировать подобные переходы? Все ли они принадлежат к какому-то универсальному типу перехода? Также важно, чему нас учит наличие фазового перехода в отношении создания устойчивых к шумам квантовых компьютеров?»
Результаты этого исследования открывают новые возможности для исследований, сосредоточенных на ресурсах в системах квантовых вычислений с исправлением ошибок. Будущие исследования могли бы изучить другие свойства и ресурсы, которые демонстрируют фазовый переход, напоминающий те, которые наблюдаются для запутанности и «магии». Кроме того, исследователи намерены изучить возможность использования своего эксперимента как «фабрики магических состояний», где можно производить состояния нестабилизированности для квантового компьютера.
«В настоящее время в этой области наблюдается большой интерес к демонстрации примитивов или базовых блоков исправления ошибок, и наша работа может стать частью этого», — заключил Нирула.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/Y3x7aFbA9nF9C3VH
Почему тела проваливаются в воронки в пространстве-времени?

3 минуты
5256 прочтений
22 ноября 2022


В комментариях к статье "почему гравитация не сила" на моем канале прозвучал очень интересный вопрос. Обсудим его.
Итак, мы выяснили, что по одной из теорий, которую активно отстаивал Эйнштейн, гравитация не является силой поскольку представляет собой следствие падения объекта в искажение пространства.



Искажения пространства

Сразу вспоминается лунка параболической формы на ровной поверхности и, например, мяч для гольфа. Очевидно, что мяч для гольфа скатится в такую лунку. Вот только сделает он это благодаря тому, что на Земле работает гравитация.
И в своём вопросе комментатор размышляет как же тогда объекты проваливаются в искажения пространства, если нет ни гравитации, ни какой другой силы, подталкивающей объекты в эти неровности?
Про основы теории относительности

Начать размышления тут стоит, собственно говоря, с основ теории относительности.

Главное положение - два тела, которые перемещаются друг относительно друга с равными скоростями, будут казаться неподвижными друг для друга.

Если два поезда едут с одинаковыми скоростями друг относительно друга, то и пассажиры, глядя в окно, будут видеть неподвижные поезда. Отправьте такие поезда в темный тоннель, чтобы не было видно движения относительно поверхности планеты, и сказать про перемещение в пространстве будет невозможно. Значит, самое важное здесь относительно какого объекта мы оцениваем движение.
Эти размышления неизбежно приводят к интересной мысли. Вероятно все тела в пространстве на самом деле постоянно перемещаются. Только мы не ощущаем этого движения. Вот сидишь за компьютером на стуле, а на самом деле перемещаешься. Зато относительно Земли и стола ты неподвижен!
Согласно теории перемещающиеся (читай как "все") тела имеют некоторую энергию-массу, описываемую известной формулой.


Можно, в общем-то, было не напоминать

Энергия вызывает искажения пространства-времени, причём чем больше масса тела, тем больше искажается пространство вокруг него при его движении. Само пространство уместно рассматривать как некоторые направляющие для движения или рельсы, поэтому когда более массивное тело уже исказило пространство, то менее массивное устремится за ним по этим рельсам. Так и появляется гравитация, пропорциональная массам и не являющаяся силой.


Спутник тянет в воронку

Воронка да, но что подталкивает туда тело?

Вот только на главный вопрос мы не ответили. Боюсь, что пока уместно говорить об этом не совсем научно. Просто вот так вот всё вокруг работает :)!
Сам Эйнштейн, как я понял из изученных материалов, не дал ответа на вопрос "почему".
Он отметил, что пространство-время деформируется под действием энергии-массы. Это приводит к изменению траектории движения постоянно перемещающихся тел (а мы помним, что это всё тела).

Причём пространство и время искажаются не совсем равномерно, что позволяет вместо линий наблюдать причудливые направления движения.

Хотя и правильнее будет сказать, что мы так воспринимаем искажение пространства-времени, так как не способны нанести четвертое измерение ни на одну координатную плоскость.
Сама же природа постоянного движения пока, как я понял, остаётся за гранью объяснения. Это примерно как про движение частиц, о котором мы говорили в одной из статей. Только там хотя бы можно было оправдать движение тем, что частица уже появляется движущейся как и планета в космосе рождается уже вращающейся.
Касательно же пространства мы просто принимаем как факт движение всего и вся. Мы все как будто бесконечно едем на поезде непонятно куда и даже сложно сказать зачем.


Движение света по искаженному пространству

Соответственно, ответ на поставленный вопрос про то, какая именно сила подталкивает тело для того, чтобы оно падало в воронку в пространстве, упирается в базовое понимание Эйнштейновской теории. Это сводится к работе с постоянным неизбежным движением любых тел и искажениями, которые направляют менее массивные тела за более массивными. При этом пространство становится этакими рельсами, а искажения прекрасно иллюстрирует поведение света в пространстве.
П.с. Буду рад, если в комментариях кто-то расскажет про изучение этого вопроса и сделанных выводах. Вероятно я просто недостаточно объемно изучил Эйнштейновскую теорию и там есть ответы на поставленные вопросы.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/ZcHVtNEhN0Ps89Xt
Гейзенберг был не прав? Что удалось понять, благодаря аттосекундным фотографиям

3 минуты
20 тыс прочтений
6 февраля






Как вы наверное помните, основным выводом Гейзенберга было, что нельзя одновременно точно определить положение частицы и её импульс. На этом представлении строится вся современная физика.


Волночастица в работе

Впервые введенный в 1927 году немецким физиком Вернером Гейзенбергом принцип гласит, что чем точнее определено положение некоторой частицы, тем менее точно ее импульс может быть предсказан из начальных условий, и наоборот.

Утверждение это довольно сложно проанализировать, если воспринимать частички только лишь как физические тела, похожие на мячики, но мы-то с вами знаем, что в квантовой физике всё кверху ногами и логика упирается в волновую природу. Коротко и понятно - это значит только одно. Вся квантовая физика держится на вероятности и не может быть точной в подразумеваемом нами смысле.
Пару слов про аттосекундную физику

Между тем, недавно нобелевская премия в области физики была вручена за разработку методики, способной работать с минимальными временными интервалами или аттосекундами.


Какой-то дурацкий комикс, но есть величина аттосекунды

Аттосекундная физика интересна тем, что при рассмотрении минимального интервала в поведении частичек (да и при рассмотрении прочих процессов) появляются детерминированные (строго определённые состояния).
В конечном итоге, любую прямую можно описать как набор точек, которые расположены друг за другом вдоль одной линии, а любая волна в море может быть рассмотрена как положение конкретной молекулы в строго обозначенной точке с конкретными характеристиками.
Догадались к чему идёт дело?
Нобелевская премия сломала принцип Гейзенберга?

Если раньше Гейзенберг исходил из того, что волна есть некоторый непрерывный интервал и где-то там проявляются свойства частицы, которые ещё и не возможно точно измерить, то тут картина резко меняется.


Довольно неплохая иллюстрация логики происходящего

Ученые в области сверхбыстрой «фотографии» субатомного мира научились фиксировать мгновенное состояние системы.

Энн Л'Уилье из Франции придумал как создать ультракороткие лазерные вспышки, а Пьер Агостини из Франции и Ференц Крауш из Австрии независимо друг от друга применили эту технологию на практике.

В обычных случаях это означает, что систему можно "заморозить" и получить такие состояния частицы, которые раньше мы не могли себе даже и представить. Варианты можно ожидать тут самые разные и да, это совершенно неизведанная для физиков территория.
Значит ли это, что теперь и принцип Гейзенберга не имеет никакого смысла? Всё относительно.
Логика аттосекунд и Гейзенберг

Да, систему теперь и правда можно зафиксировать. Да, из волны, которая описывает состояние электрона (теоретически) можно теперь выделить конкретное состояние и представить это как точное описание частицы в конкретный момент. Но важно правильно понимать это физически.

Гейзенберг действительно вряд ли ожидал, что аттосекундные периоды для длин волн в нанометрах будут когда-нибудь технологически разрешимы.

Но, вероятнее всего, такие технологии его скорее бы порадовали. Говорить о том, что новая физика опровергает его идеи не совсем правильно.


Даже если Гейзенберг не прав сейчас, то он прав был тогда

Во-первых, интервалы хоть и короткие...Но насколько они короткие? Далеко не факт, что сверхбыстрые фотографии опять-таки фиксируют не интервал времени, а "единичное квантовое состояние". Это утверждение в корне ломает все доводы о неправоте Гейзенберга. Поэтому, если это всё-таки интервал, то говорить о возможности измерить всё сразу опять нельзя.
Во-вторых, смею предположить, что Гейзенберг и не стремился особенно сильно упираться в свой же постулат. Вероятнее всего, главная ценность этой системы - обозначить, что на момент времени (!!!), когда работал Гейзенберг, физика не может точно измерить и координату, и импульс, а вся квантовая логика принципиально отличается от классической физики. Само собой, что если бы Гейзенберг на тот момент знал про аттосекунды, то он, вероятно, строил бы логику совсем иначе.
Собственно, мне не доводилось пока видеть авторитетные научные работы, где логика принципа неопределенности проверялась бы по новым методикам, поэтому если у вас есть ссылки на такие статьи, то оставляйте их в комментариях.

https://dzen.ru/video/watch/65d0698918e647057acec07b

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/Z0G8xqSegl_bAypW
Датские квантовые физики совершили монументальное открытие

3 минуты
7304 прочтения
Вчера


Датские исследователи решили проблему квантовой физики, которая годами вызывала головную боль у квантовых исследователей.

Читайте: Тайны квантового мира – Спустя 70 лет это раскрыли волны атомной материи

Новый шаг к квантовому компьютеру: учёные преодолели ключевое препятствие

Учёные из Копенгагенского университета, работая совместно с Рурским университетом Бохума, решили давнюю проблему в квантовых исследованиях. Теперь они могут контролировать два квантовых источника света вместо одного.


Часть команды, стоящей за изобретением. Слева направо: Петер Лодал, Андерс Сёренсен, Василики Ангелопулу, Ин Ван, Алексей Тиранов, Корнелис ван Дипен.

Хотя для тех, кто не знаком с квантовой механикой, это может показаться тривиальным, это монументальный шаг вперёд. Это достижение позволяет создавать квантово-механическую запутанность — явление, с огромным потенциалом для технологических применений.
Контроль над двумя квантовыми источниками света имеет решающее значение в квантовой физике. Исследователи по всему миру долгое время стремились разработать стабильные квантовые источники света и достичь запутанности — явления с почти фантастическими свойствами, где два источника света могут мгновенно влиять друг на друга даже на больших расстояниях.
Запутанность лежит в основе квантовых сетей и является ключевой для разработки эффективных квантовых компьютеров. Исследователи из Института Нильса Бора недавно опубликовали свои выводы в журнале Science.


Иллюстрация двух чипов, состоящих из двух запутанных квантовых источников света.

По словам профессора Петера Лодаля, ключевого исследователя в этом проекте, это критический шаг к продвижению квантовых технологий и «квантованию» компьютеров, шифрования и интернета.
«Теперь мы можем контролировать два квантовых источника света и соединять их. Это может звучать не впечатляюще, но это важный прорыв, основанный на 20 годах работы.
Благодаря этому мы раскрыли ключ к масштабированию технологии, что критически важно для самых революционных применений квантового оборудования», — говорит профессор Лодаль, который исследует эту область с 2001 года.
Эта инновация происходит на наночипе, едва превышающем по размеру человеческий волос, разработанном исследователями за последние годы. Группа профессора Лодаля фокусируется на квантовых технологиях, использующих фотоны (частицы света) для передачи квантовой информации.
До сих пор они могли контролировать только один источник света из-за чувствительности этих источников к внешним помехам. Новое исследование успешно создало два идентичных квантовых источника света.


Коллективная сверх- и субизлучательная динамика между удаленными оптическими квантовыми излучателями.

«Запутанность означает, что, контролируя один источник света, вы немедленно влияете на другой. Это делает возможным создание целой сети запутанных квантовых источников света, которые взаимодействуют друг с другом и могут выполнять квантовые битовые операции так же, как биты в обычном компьютере, только намного мощнее», — объясняет Алексей Тиранов, ведущий автор статьи.

Квантовый бит может быть одновременно и 1, и 0, что приводит к вычислительной мощности, далеко превосходящей современные компьютерные технологии. По словам профессора Лодаля, 100 фотонов из одного квантового источника света содержат больше информации, чем может обработать мощнейший суперкомпьютер мира.
Использование 20–30 запутанных квантовых источников света потенциально может позволить построить универсальный квантовый компьютер с коррекцией ошибок — «святой Грааль» квантовых технологий. Крупные IT-компании инвестируют миллиарды в это направление.
Самой большой проблемой был переход от контроля одного к двум квантовым источникам света, что потребовало разработки особых наночипов и точного контроля над каждым источником света. Теперь с этим прорывом, фундаментальные квантово-физические исследования упрощаются.
Задача теперь состоит в том, чтобы другие организации развивали эту технологию и применяли квантовую физику к таким отраслям, как компьютеры, интернет и шифрование.


Эмиссия фотона является отличительной чертой взаимодействия света и материи и основой фотонной квантовой науки.

«Для университета слишком дорого построить установку, где мы могли контролировать 15–20 квантовых источников света. Поэтому теперь, когда мы внесли вклад в понимание фундаментальной квантовой физики и сделали первый шаг на этом пути, дальнейшее масштабирование — это в значительной степени технологическая задача», — говорит профессор Лодаль.

Исследование проводилось в Центре передового опыта по гибридным квантовым сетям (Hy-Q) Датского национального исследовательского фонда и является результатом сотрудничества между Рурским университетом Бохума в Германии и Институтом Нильса Бора Копенгагенского университета.