Почему квантовый мир кажется нам непонятным?

Ответит на этот вопрос и расскажет о квантовой вселенной Евгений Киктенко, кандидат физико-математических наук и главный научный сотрудник группы «Квантовые информационные технологии» Российского квантового центра, в видеоподкасте журнала «Фома».

В подкасте вы узнаете о квантовой запутанности, о ее применении в криптографии и создании новых компьютерных устройств и об особенностях поведения квантов «с той стороны».

Физики обосновали, как время может течь обратно в открытой квантовой системе

Представьте, что разлитое молоко вдруг собирается обратно в стакан. В реальности такое невозможно, но на уровне квантовых частиц дело обстоит немного иначе.

Международная команда ученых математически показала, что в некоторых квантовых системах время может двигаться и вперед, и назад — и это не противоречит законам физики. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.

Физики изучали эволюцию квантовой системы, в которой частицы взаимодействуют с окружающей средой. Такие системы называют открытыми. Ученые исследовали, почему мы воспринимаем время как движущееся в одном направлении и возникает ли это восприятие из открытой квантовой механики.

Оказалось, что в открытых квантовых системах может существовать симметрия времени. Это значит, что в теории его направление не зафиксировано так строго, как мы привыкли думать.

Хотя это исследование пока не делает нас моложе и не возвращает пролитое молоко в стакан, оно предлагает новый взгляд на одну из самых больших загадок физики. Понимание природы времени может иметь глубокие последствия для квантовой механики, космологии и других областей.

Американские физики создали «многоканальную» систему связи для квантовых вычислителей

Одна из главных проблем, которая препятствует развитию квантовых вычислителей, — это возникновение случайных помех при увеличении числа взаимодействующих кубитов. Такие помехи нарушают квантовое состояние кубитов и сокращают время их жизни. Для решения проблемы многие физики предлагают разделить квантовый вычислитель на независимые блоки из нескольких кубитов и соединить их друг с другом при помощи квантового интернета.

Чтобы добиться обмена информацией между квантовыми вычислителями, физики из США создали нанофотонное устройство на базе кристаллов из оксидов иттрия, иттербия и ванадия. Кроме того, характер взаимодействия ионов иттербия позволяет индивидуально манипулировать ими.

В результате запутанные ионы иттербия-171 обеспечивают передачу по одному и тому же каналу связи примерно 20 квантовых состояний.

Точность однокубитных операций во флаксониуме достигла 99,998%

Благодаря высокой когерентности сверхпроводниковые кубиты флаксониумы считаются альтернативой более распространенным трансмонам. Ученые MIT впервые применили два новых метода подавления ошибок, которые помогли увеличить точность однокубитных операций во флаксониуме до рекордных 99,998%. Раньше ученым удавалось достичь такой точности на ионных кубитах, но она никогда не наблюдалась на сверхпроводниковых кубитах.

Комментарий Григория Мажорина, научного сотрудника группы «Сверхпроводниковые кубиты и квантовые схемы» Российского квантового центра:

«Коллеги из MIT продемонстрировали впечатляющие результаты в области быстрых и высокоточных однокубитных операций, используя преимущества флаксониумов.

Второй уровень энергии флаксониумов значительно удален от вычислительных состояний кубита, что позволяет использовать ультракороткие импульсы (около 5 нс) для управления состояниями, не опасаясь утечек из вычислительного подпространства. Однако использование линейно-поляризованных сигналов в таких коротких импульсах приводит к дополнительным ошибкам».

В статье предложен и экспериментально продемонстрирован метод борьбы с этими ошибками, что и позволило достичь таких высокоточных однокубитных операций».

Физики выяснили, что при сильной тряске пузырьки воздуха убегают галопом

Исследование динамики движения пузырьков долгое время оставалось трудной задачей из-за сложности описания их траекторий. Некоторые из них могут вызывать гидравлические удары — как, например, при кавитации.

Недавно физики из США смоделировали с помощью уравнений Навье — Стокса движение пузырьков воздуха внутри вертикально вибрирующей жидкостной камеры, изготовленной ​​из прозрачного акрила толщиной 5 мм. Верхняя крышка камеры толщиной 25 мкм, где скапливались пузырьки, была напечатана на 3D-принтере и сделана в двух вариациях: плоской и с пологим огибающим уклоном.

В результате оказалось, что вне зависимости от типа поверхности крышки пузырьки скапливаются неравномерно и начинают скакать вдоль нее. Регулируя мощность вибрационного воздействия на камеру, скачущие пузырьки могут перенастраиваться под необходимую траекторию, включая прямолинейное, орбитальное и кувыркающееся движения.

Ученые выяснили, что форма пузырьков изменяется периодически, а сами пузырьки как будто плавают вдоль крышки от воздействия инерционных сил, а не от вихреобразования. Тем самым они маневрируют, даже когда вязкое сцепление невозможно.

Сегодня мы хотим поделиться остроумной цитатой академика Льва Андреевича Арцимовича — одного из самых выдающихся мировых специалистов по атомной физике и физике плазмы.

Стартовал приём заявок на Премию «ВЫЗОВ»!

Фонд развития научно-культурных связей «Вызов» сообщил о старте приёма заявок на Национальную премию в области будущих технологий «ВЫЗОВ», которая отмечает выдающиеся научные исследования и технологические разработки, формирующие будущее науки и меняющие жизнь общества.

Премия вручается в пяти номинациях активным научным работникам за достижения, сделанные предпочтительно (но не исключительно) за последние 10 лет:

🔹 «Перспектива» — вручается молодым учёным до 35 лет.
🔹 «Инженерное решение» — за важное изобретение или создание новой технологии.
🔹 «Прорыв» — за исследование, позволившее решить важную научную или технологическую задачу.
🔹 Discovery («Открытие») — номинация для иностранных учёных и россиян, живущих за рубежом.
🔹 «Учёный года» — за суммарный личный вклад в изменение ландшафта науки.

Премиальный фонд Национальной премии в области будущих технологий «ВЫЗОВ» 2025 года составляет 60 млн рублей — по 12 млн рублей в каждой из пяти номинаций.

Фонд «Вызов» предоставляет три способа номинации:

✅ Самовыдвижение;
✅ Выдвижение любым коллегой, который является учёным;
✅ Выдвижение любой научной организацией (университетом, научно-исследовательским институтом и т.д.).

Заявки принимаются до 21 мая.

Подать заявку и узнать подробности можно на сайте премии.

Физики продемонстрировали квантовый код коррекции ошибок с «кошачьими» кубитами на сверхпроводниковой платформе

Для реализации квантового вычислителя используется одно из самых популярных состояний — состояние кота Шредингера. В нем находятся кубиты, несущие информацию.

Недавно компании Amazon удалось реализовать свою предложенную в 2021 году схему и создать квантовый вычислитель на «кошачьих» кубитах, который смог выполнить код коррекции ошибок, снизив вероятность их появления до 1,65%.

Схема вычислителя Amazon задействовала пять кубитов, в которых хранилась информация, четыре вспомогательных кубита для отслеживания и коррекции ошибок и буферные моды, которые стабилизируют основные кубиты от ошибок переворота. Основные кубиты представляли собой волноводы-резонаторы, а вспомогательные — трансмоны.

Применение «кошачьих» кубитов и встроенной системы коррекции ошибок повысило производительность чипа в два раза по сравнению с предыдущими разработками.

Применение квантовых сенсоров для биомедицинских приложений

Участники американского индустриального консорциума QED-C подготовили обзор, где рассмотрели перспективы использования в биомедицине квантовых сенсоров, среди которых — магнитометры с оптической накачкой, сенсоры на основе оптических гребенок и на основе примесей в алмазе.

Максим Острась, генеральный директор РКЦ, дал комментарий к этой новости:

«Квантовые сенсоры представляют собой измерительные устройства, которые открывают новые горизонты для решения сложных задач в биомедицинской сфере. Их высокая чувствительность и точность, значительно превышающая возможности традиционных методов, позволяют достигать уникальных результатов в диагностике, мониторинге лечения и изучении биологических процессов. Использование квантовых сенсоров имеет огромный потенциал для улучшения диагностики заболеваний, создания более эффективных методов лечения и повышения общей эффективности здравоохранения.

До недавнего времени квантовые сенсоры были представлены в основном в лабораториях. Однако на сегодняшний день происходит их значительный трансфер из науки в индустрию, в частности в медицину. Так, например, в России есть ряд научных коллективов, разрабатывающих сверхчувствительные магнитометры для магнитоэнцефалографии. Этот метод позволяет с более высокой точностью обнаружить и локализовать эпилептогенные зоны, а также помогает в выявлении на ранней стадии таких комплексных заболеваний, как шизофрения, аутизм, болезнь Альцгеймера и другие».

Физики точно измерили форму ядра свинца-208

Ядра с дважды магическими числами обладают стабильной сферической формой. В природе существует всего пять таких ядер, среди которых есть и свинец-208. Свинец-208 считается самым тяжелым дважды магическим стабильным ядром со значениями магических чисел Z = 82 и N = 126, поэтому его структура представляет особый интерес для ученых.  

Но международной группе физиков удалось доказать, что атомное ядро свинца-208 не имеет стабильной сферической формы. Ученые изучили четыре возбужденных состояния свинца и зафиксировали высокое значение отрицательного квадрупольного момента, из-за которого значения энергий на выходе из ядра стали меньше.

Результаты исследования позволили ученым объяснить, что ядро свинца-208 принимает вытянутую форму, а не сферическую.