О случайности и неопределенности. 

Если открыть любую книгу по квантовой физике, то центральным фундаментальным правилом ее будет являться принцип неопределенности Гейзенберга, который назван в честь немецкого физика Вернера Гейзенберга,- в 20-х годах прошлого века он являлся одним из создателей квантовой механики. 

Согласно этому принципу, нельзя одновременно определить местоположение и скорость (точнее импульс) частицы. Формульно оно выглядит так:  deltaX * delta P >= h/2 , где h - приведенная постоянная Планка,  deltaX и delta P  - среднеквадратичные отклонения координаты и импульса.

Трактовка заключается в следующем: можно, например, поставить эксперимент с целью определения скорости электрона и он даст определенный результат, можно аналогично измерить местоположение и он будет также обнаруживать его в определенном месте. Но нельзя одновременно определить обе характеристики: независимо от способа определения положения он нарушает его движение, а попытка измерить импульс «смазывает» данные о его местоположении. И чем точнее определена координата, тем больше неопределенность в измерении ее импульса и наоборот. Причем, такая невозможность одновременного измерения двух характеристик не следует из характера и точности измерения эксперимента, а является присущим природе свойством. 

Более того, в отличие от классической физики Ньютона в квантовой физике теряется понятие траектории движения. Если обнаружить электрон сначала в точке А, а потом в точке B, то электрон движется одновременно по всем возможным траекториям. Эксперимент Юнга также демонстрирует такую неопределенность нахождения и пути электрона между щелями. 

Что же из этого следует? 

Во-первых, что движение частицы и ее местоположение - это некая суперпозиция разных состояний с определенными вероятностями. Тот самый кот Шредингера, который и жив и мертв одновременно с какими-то вероятностями, пока его не «измерят». А результат измерения определения состояния частицы дает точный, но в каком-то смысле случайный результат из всех возможных состояний суперпозиции. 

Во-вторых, не только положение частицы размыто, но и самому пространству присуща размытость. Теория относительности Эйнштейна предсказывала возможное сжатие и растяжение пространства в зависимости от движения наблюдателя учитывая гравитационные явления. Гравитация - искривленное пространство-время, оно может не только растягиваться и сжиматься но и изгибаться и скручиваться. Например, при солнечном затмении положения звезд вблизи Солнца меняются, потому что световые лучи от звезд становятся непрямолинейными из-за гравитации Солнца. Другие примеры показывают что в масштабах, сильно меньших размеров ядра, структура пространства характеризуется резкими изменениями ее кривизны. И пространство в таких масштабах представляет собой суперпозицию пространств, каждая со своей определенной геометрией. Таким образом, упорядоченное расположение точек, гладкая непрерывность пространства классической геометрии исчезают в квантовых масштабах, а само понятие «местоположение» теряет силу.

В-третьих, если давать более широкую интерпретацию, то все происходящее вокруг является всего лишь одним из всех возможных состояний, а выбор состояния при наблюдении истинно случаен. Самая большая загадка - как реализуется случайность, или «кто играет в кости?» Известно на примере генератора случайных чисел, что невозможно симулировать истинную случайность. Выбор их в строгом понимании не полностью случаен. В этом заключается и изящность свойств природы, ее загадка и невозможность предсказать, угадать или симулировать. То есть случайность - фундаментальное свойство пространства-времени. В истории физики долгое время (до 20-го века!) человек жил в представлениях детерминистичности мира, и такое фундаментальное свойство в квантовой физике разрушило это понимание и заставило ученых приспосабливаться к полной неопределенности пространства-времени. Осталось и обывателю приспособиться к полной непредсказуемости 🙈

Учёные предложили новый способ построения квантового компьютера, который был бы максимально защищён от ошибок. Идея основана на так называемых топологических квантовых вычислениях — в них информация хранится не в обычных битах, а в особых квазичастицах (анионах), которые можно «заплетать» друг вокруг друга, меняя состояние системы.

Обычно для этой цели рассматривают изинговские анионы, которые, по теории, могут появляться в некоторых экзотических состояниях вещества, например, в дробном квантовом эффекте Холла. Проблема в том, что с их помощью можно выполнять только ограниченный набор операций — для полноценного квантового компьютера этого мало.

Авторы нашли способ обойти это ограничение. Они используют более богатую математическую модель, где кроме привычных анионов появляется новый тип, обозначаемый α. И оказалось, что добавление лишь одного такого аниона уже позволяет строить полный набор операций, необходимых для универсальных квантовых вычислений, причём всё это — только за счёт «заплетания» частиц, без дополнительных хитростей.

Есть тонкость: в этой модели внутренние математические «правила» не всегда ведут себя привычно, и некоторые состояния системы имеют странные свойства. Но исследователи показали, что можно выбрать область параметров, в которой рабочее пространство кубитов остаётся «здоровым» и не уходит в нежелательные состояния.

Они также придумали метод, который позволяет эффективно управлять несколькими кубитами, выполняя как отдельные операции на каждом, так и «связывая» их между собой. Для этого используется специальная техника переплетений, минимизирующая ошибки, и алгоритм, который быстро их подавляет.

Жил один мужчина по фамилии Поль Дирак. Говорят, он был умнее Эйнштейна, и математически доказал, что числа могут меняться туда-сюда. Например, идете вы в магазин, чтобы купить газировки. Приходите, смотрите в карман, а денег у вас не хватает. Как же так вышло? Вроде, все правильно посчитали, когда шли за газировкой…

Человек, слабо знакомый с квантовой физикой, подумает, что он обсчитался. Но Поль Дирак доказал, что это не так. Оказывается, наша вселенная расширяется, и все остальное в ней тоже расширяется, и штаны, и карманы, где деньги лежат, тоже расширяются. И легко оттуда могут выпасть.

Это он доказал в 1937 году, когда открыл Гипотезу больших чисел (LNH). Однажды он, от нечего делать, замерял отношение электростатического притяжения между протоном и электроном к силе гравитационного притяжения между ними. И оно оказалось десять в сороковой степени. На такие деньги можно все газировки в мире купить! И еще останется.

Потом взял, да и посчитал возраст Вселенной в секундах и разделил его на время, за которое свет проходит радиус электрона. Оказалось — тоже десять в сороковой степени. Потом посчитал количество частиц во Вселенной. Оказалось тоже 10 в сороковой степени (только в квадрате). Ничего себе совпадение!

Потом пришли другие ученые и тоже стали считать. И оказалось — всего в мире примерно десять в сороковой степени.

Думают: «что-то здесь нечисто!». И наш Поль Дирак говорит: «Все очень просто: это глубокая связь между фундаментальными постоянными и возрастом Вселенной». А поскольку Вселенная растет, то и цифры растут. Если вчера в кармане сто евро было, то завтра уже сто десять будет, или даже сто двадцать.

Вот такое интересное открытие сделал ученый Поль Дирак, который, говорят, был умнее Альберта Эйнштейна.

👆🏻Вот, оказывается, в чем причина инфляции - в расширении вселенной.