Теги → квантовая физика
Быстрый переход

На квантовом уровне время способно течь в прошлое, показало исследование

Учёные предположили, что внутри квантовых систем, находящихся в состоянии суперпозиции, время может течь в противоположных направлениях одновременно. Поставленный эксперимент частично подтвердил такую возможность. Это ставит мировую науку перед новой задачей — переосмыслить само понятие времени, что важно для развития фундаментальной физики.

Источник изображения:  Henry Wong / SCMP

Источник изображения: Henry Wong / SCMP

Команда физиков из университетов Бристоля, Вены, Балеарских островов и Института квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI-Vienna) показала, как квантовые системы могут одновременно развиваться по двум противоположным направлениям времени — как вперед в будущее, так и назад в прошлое. Работа опубликована в последнем номере журнала Communications Physics и свободно доступна по этой ссылке.

Мерилом времени для эксперимента с временной суперпозицией квантовой системы физики взяли энтропию. В макромире энтропия, которая в ряде физических систем может измеряться количественно, определяет меру сложности, хаотичности или неопределённости системы и в естественных условиях она только увеличивается. У энтропии в наблюдаемых на уровне человека условиях движение всегда вперёд в будущее. Если бы на квантовом уровне удалось обнаружить снижение энтропии, то это с допущениями можно было бы соотнести с движением назад в прошлое.

Поставленный международной группой физиков эксперимент на ограниченной несколькими квантовыми элементами системе показал, что находящаяся в стабильном состоянии система не только увеличивает свою энтропию, но также и снижает её, или, как делают вывод учёные, движется назад во времени. Увидеть подобные явления в макромире невозможно, в нём энтропия событий слишком большая и поэтому необратимая, но на субатомном уровне «откаты назад во времени» вполне регистрируются, что и доказал поставленный эксперимент.

Один из авторов исследования доктор Рубино сказала: «Хотя время часто рассматривается как непрерывно возрастающий параметр, наше исследование показывает, что законы, управляющие его течением в квантово-механических контекстах, гораздо сложнее. Это может говорить о том, что нам необходимо переосмыслить способ представления этой величины во всех тех случаях, где квантовые законы играют решающую роль».

Российская технология позволит существенно снизить стоимость создания квантовых линий связи

Квантовая криптография на основе распределения ключей использует основы квантовой физики, обойти которые нельзя. Но квантовые состояния в виде передаваемых данных настолько чувствительны ко всему на свете, что для передачи ключей необходимы свои собственные оптические каналы. Большую часть времени такие каналы простаивают, но их прокладка и обслуживание требуют затрат. Российские учёные выяснили, как этих расходов можно избежать.

Источник изображения: Gerd Altmann/Pixabay

Источник изображения: Gerd Altmann / Pixabay

Как сообщает портал N + 1 со ссылкой на российскую компанию QRate, исследователи успешно провели эксперимент по передаче по одному общему оптоволокну квантового сигнала (состояния) и обычного. Трудность здесь в том, что обычный сигнал — это мощное мультиспектральное излучение, а квантовый — это одиночные фотоны, в квантовых состояниях которых зашифрован ключ. Разделение по длинам волн в данном случае ненадёжный помощник, поскольку в оптическом канале возникает эффект комбинационного рассеяния и часть фотонов из потока данных переходит в частотный диапазон ключа (одиночных фотонов).

Снизить помехи и помочь отделить «зёрна от плевел» можно значительно сузив окно приёма одиночных фотонов, а также использовав диапазон для передачи одиночных фотонов, в котором вклад комбинационного рассеяния оказывается меньше всего. Для эксперимента и выбранных для него оптоволоконных линий — это 1310 нм. Важным в этом опыте стало то, что для его проведения использовалось коммерческое оборудование, что обещает быстро привнести разработку в жизнь.

Для передачи обычного сигнала использовалось оборудование компании T8, а для квантового — собственное оборудование QRate. Опыты показали, что данные и ключи можно успешно передавать по общему каналу без развёртывания выделенной линии для квантовых ключей. Скорость генерации ключей при этом составила 27,1 Кбит/с для 25 км линии на волокне с низкими потерями (7,3 Кбит/с для 50 км) и 0,7 Кбит/с для 50 км стандартного волокна. Передача данных во всех случаях проводилась по двум каналам со скоростью 600 Гбит/с на одну несущую.

Данные и закрытые ключи, сгенерированные с помощью квантовых технологий, можно передавать по одним линиям на существующем оборудовании и без лишних затрат на создание выделенных линий для ключей. Скорость генерации при этом снижается, но это может быть не критично для сравнительно небольших расстояний. В то же время техника совершенствуется, и со временем все эти потери можно будет компенсировать.

В Москве в тестовом режиме запустили открытую квантовую сеть

Опытная квантовая сеть с открытым доступом введена в тестовую эксплуатацию в Москве. Об этом сообщает Московский технический университет связи и информатики (МТУСИ).

Здесь и ниже изображения pixabay.com

Здесь и ниже изображения pixabay.com

Системы квантовых коммуникаций могут гарантировать абсолютную защиту от взлома. Незаметно перехватить данные, передаваемые по таким каналам, не удастся в силу фундаментальных законов природы.

Московская сеть соединяет университеты МТУСИ и НИТУ «МИСиС»: эта платформа доступна для внешних подключений. Сеть настроена таким образом, что допускается её использование заинтересованными организациями, в первую очередь, для разработки современных приложений в сфере информационной безопасности, основанных на применении квантовых ключей.

В настоящее время инфраструктура состоит из пяти узлов, располагающихся в зданиях МТУСИ и НИТУ «МИСиС». Сеть имеет открытую архитектуру и масштабируется по мере появления новых желающих для размещения дополнительных узлов коммутации. В проекте приняли участие специалисты ООО «КуРэйт» и ООО «Код Безопасности».

К сети могут быть подключены различные участники рынка: учебные заведения, коммерческие и государственные организации. В планах развития стоит реализация архитектуры сети с топологией «кольцо». Она позволит комплексно изучать вопросы, связанные с резервированием квантовых сетей.

«Конфигурация квантово-защищённого канала связи соответствует принятой в индустриальных сетях. Распределение квантовых ключей между доверенными узлами осуществляется оборудованием квантового-распределения ключа ООО "КуРэйт". Ключи формируются со скоростью до 30 кбит/с, чего достаточно для одновременного подключения более 10 высокоскоростных шифраторов. Их передача осуществляется по существующим оптическим линиям связи», — говорится в сообщении. 

Российские физики открыли новый принцип квантового переключения для электроники — это может продлить жизнь закону Мура

Теоретическая работа по изучению квантовых контактов во внешнем осциллирующем электромагнитном поле привела к интересному открытию, которое может лечь в основу будущей наноэлектроники. Выявленные процессы могут найти применение при производстве электронных схем с «транзисторами» атомарного размера. Может так случиться, что закону Мура дадут жизнь на квантовом уровне.

Результаты теоретического исследования квантовых контактов во внешнем осциллирующем поле группа российских физиков вместе со своими зарубежными коллегами опубликовала в журнале Physical Review B при поддержке Российского научного фонда (РНФ).

Квантовые контакты, о которых идёт речь, это очень и очень маленькие двумерные точечные переходы между двумя проводниками. Размеры таких контактов не больше нескольких длин волн электрона, что сопоставимо с размерами атома. Создать такой контакт можно с помощью двумерного электронного газа, если его поместить между двумя массивными проводниками. Электроны в таком газе могут свободно двигаться только в двух направлениях.

Чтобы свести размеры контакта до ещё меньших размеров, на электронный газ воздействуют внешним запирающим электромагнитным полем и чем сильнее потенциал на затворе, тем уже контакт. Это решает задачу создания настолько малого контакта между проводниками (перехода в виде двумерной области), что в нём начинают проявляться интересные квантовые явления.

Одним из таких явлений стало то, что перетекание электронов через точечный квантовый контакт из одного проводника в другой — процесс выравнивания потенциалов — оказался управляемым и управление это легко реализовать. Физики теоретически вывели, что если повышать частоту внешнего электромагнитного поля, внутри которого находится контакт, то при определённом значении частоты ток через контакт перестаёт течь. Это как если бы в двух сообщающихся сосудах с разным уровнем воды потрясли соединительный патрубок, и вода перестала бы течь в ёмкость с меньшим уровнем. На макроуровне это невозможно представить, а на квантовом вполне может работать.

Китайский оператор начал предоставлять услуги звонков с квантовым шифрованием

Один из трёх государственных телекоммуникационных гигантов Китая — компания China Telecom — объявил о новой пилотной программе, позволяющей пользователям смартфонов совершать телефонные звонки, защищённые квантовым шифрованием. Услуга доступна с первого января в провинции Аньхой, но к предоставлению будут допущены особые клиенты, а не все желающие подряд.

Источник изображения: AP

Источник изображения: AP

Сообщается, что в процессе совершения защищённого вызова генерируются два секретных ключа с использованием «квантовой информационной технологии». Ключи используются для проверки личности звонящего и информации о вызове, обеспечивая сквозное шифрование.

Судя по всему, ключи генерирует некая квантовая система в оборудовании оператора, но речь явно не о квантовой криптографии, которая опирается на квантовое распределение ключей. Поэтому услугу China Telecom не следует путать с квантовой криптографией.

Для получения этой услуги абонент должен получить особую SIM-карту и установить приложение «Квантовый безопасный вызов» компании. Специального телефона (оборудования) на стороне абонента не нужно, что ещё раз подтверждает тот факт, что говорить о мобильной квантовой криптографии слишком рано.

Источник изображения: gizchina.com

Источник изображения: gizchina.com

На этом фоне настоящим квантовым смартфоном выглядит прошлогодняя разработка Samsung — смартфон Galaxy A Quantum. В этот смартфон, по крайней мере, встроен чип генерации случайных чисел, основанный на элементах квантовой физики, а предложение China Telecom, вероятно, опирается на генерацию случайных чисел для сложных паролей на базе удалённого оборудования. Поэтому ни о каком квантовом шифровании, как оно сегодня понимается, речь не идёт.

Тем не менее, тенденция к появлению систем коммуникации с квантовой защитой демонстрирует уверенный рост. На горизонте маячат квантовые вычислители, которые грозят крахом современным алгоритмам шифрования. Противостоять этой угрозе могут только решения, основанные на квантовой физике. Пока в виде паролей на основе «абсолютно» случайных генераторов чисел, а позже — на базе квантового распределения ключей.

В России создан прототип самой чувствительной видеокамеры в мире

Около пятнадцати лет в России производятся однопиксельные счётчики одиночных инфракрасных фотонов собственной разработки. Эти решения открывают путь к квантовой связи и к квантовым компьютерам. А если из таких датчиков собрать матрицу из сотен или тысяч пикселей, то появится возможность сверхчувствительной инфракрасной видеосъёмки и масса новых применений в медицине, науке, сфере безопасности и не только. В России такую матрицу сделали.

Прототип камеры. Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Прототип камеры. Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

В основе прототипа сверхчувствительной инфракрасной видеокамеры лежит разработка российского физика Григория Гольцмана на базе Центра НТИ «Квантовые коммуникации» НИТУ «МИСиС». В начале 2000-х Гольцман предложил однопиксельный счётчик одиночных инфракрасных фотонов и создал компанию «Сконтел» для коммерческого продвижения разработки. Датчики «Сконтел» успешно используются в опытной российской аппаратуре для организации распределения квантовых ключей в защищённой связи. Но теперь учёный с коллегами пошёл дальше — они намерены создать видеокамеру со сверхчувствительной матрицей на 1000 пикселей.

Подобная камера, если её сделать, позволит не только видеть практически в полной темноте, но даже «смотреть» сквозь горные породы и тело человека, показывая, соответственно, расположение минералов и раковых опухолей. Также массивы сверхчувствительных пикселей помогут продвинуться в создании квантовых компьютеров и систем квантовой связи.

Представленный сегодня группой разработчиков «МИСиС» прототип состоит всего из восьми пикселей. На следующем этапе учёные планируют создать 1000-пиксельную матрицу, принцип организации и управления которой они как раз обкатывают на восьмипиксельном прототипе. Но даже на этапе прототипа, сообщают исследователи, аналогов этой разработке в мире сегодня нет.

Для получения изображений с камеры с большим разрешением, чем допускает матрица, учёные собираются применить интересный метод фиксации фотонов. Для этого матрица будет последовательно закрываться разными шаблонами, а результирующее изображение будет получено после суммирования всех паттернов. Таким образом 1000-пиксельная матрица может вывести картинку, состоящую из миллиона пикселей, и на это уйдёт довольно мало времени. Это особенно важно для приборов медицинского назначения, помогающих диагностировать онкологические заболевания.

Россия, Китай, Индия и ЮАР создадут первый в мире межконтинентальный канал квантовой связи

Холдинг «Швабе» Госкорпорации Ростех присоединился к научно-исследовательскому проекту БРИКС по квантовым коммуникациям. Российские разработчики со своими зарубежными коллегами создадут первый в мире гибридный межконтинентальный канал квантовой связи протяжённостью свыше 10 тыс. км. Зашифрованные надёжнейшим в мире способом данные будут следовать маршрутом по волоконно-оптическим линиям на земле и по радиоканалам в космосе.

Проект реализуется в рамках международного гранта БРИКС при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований. От холдинга «Швабе» в нем участвует Государственный оптический институт им. С. И. Вавилова.

«Это действительно уникальная научно-исследовательская работа, объединившая ведущих ученых четырех стран. ЮАР выступает головным исполнителем проекта, Китай отвечает за направление спутниковой квантовой связи, Индия — за моделирование волоконно-оптических коммуникаций. Наши специалисты в составе российской научной группы разрабатывают инновационное оптическое волокно», — рассказал директор по международному сотрудничеству и региональной политике Ростеха Виктор Кладов.

Программа научно-исследовательской работы рассчитана на три года. Но она заложит основу для дальнейшего развития науки и техники в области квантовых коммуникаций. Квантовая связь, простейшей реализацией которой представляется распределение криптографических ключей, обеспечит не только надёжное шифрование данных, но также гарантирует полную осведомлённость о компрометации шифров. Это происходит по причине использования основ квантовой механики в аппаратуре по распределению ключей. Ключи передаются одиночными фотонами, и перехват любого из них информирует стороны связи о вмешательстве извне либо об ошибках передачи. Передача зашифрованного сообщения происходит только после того, как квантово-распределённый ключ передаётся без признаков вмешательства.

По итогам проекта главным его результатом станет организация квантового канала связи между университетами четырёх стран, занятых в разработке.

Новое открытие поможет продвинуться в разработке квантовых приборов

Квантовая физика, явления которой зачастую даже невозможно себе вообразить, обрастает приборами для проведения экспериментов. В этом преуспели учёные из Института квантовой оптики им. Макса Планка, которые создали самоё лёгкое в мире зеркало из двумерного метаматериала, способного пролить свет на взаимодействие фотонов с веществом и на физику самих фотонов.

Часть установки по созданию нанозеркала (Max Planck Institute of Quantum Optics)

Часть установки по созданию нанозеркала (Max Planck Institute of Quantum Optics)

Для изготовления самого лёгкого в мире зеркала всего из нескольких сотен атомов рубидия понадобилось целых две тонны обычного научного оборудования. Размеры созданного зеркала при этом составляют около семи микрон в диаметре и несколько десятков нанометров в толщину. Чтобы получить эту микроструктуру, которую невозможно увидеть невооружённым глазом, понадобился целый комплекс сложнейших мероприятий.

Для начала атомы рубидия-87 были охлаждены в процессе лазерного охлаждения, в ходе которого бомбардировка атомов вещества фотонами привела к их замедлению. Затем с помощью испарительного охлаждения температура атомов была понижена ещё сильнее ― до –263 °C (до 10 кельвинов). Наконец, с помощью направленного магнитного поля охлаждённые атомы рубидия были выстроены в упорядоченную структуру в виде двухмерной решётки. В результате получилась плоскость с самыми выдающимися в истории отражающими свойствами.

Для создания зеркала диаметром семь микрон понадобилось 2 тонны оборудования (Max Planck Institute of Quantum Optics)

Для создания зеркала диаметром семь микрон понадобилось 2 тонны оборудования (Max Planck Institute of Quantum Optics)

Учёные экспериментально проверили работу искусственной отражающей поверхности, направив на неё поляризованный пучок фотонов и зафиксировали отражённый свет. Интересно, что перед отражением фотоны многократно переотражаются от атомов материала зеркала, что позволяет усилить обратное излучение. Тем самым новый материал обещает стать новым мощнейшим инструментом в изучении квантово-фотонных явлений, что может привести к появлению как квантового транзистора (переключателя), так и к квантовой памяти.

В США поставлен эксперимент по запутыванию фотонов на дальности до 83 км

Десять дней назад Белый дом объявил о финансировании проектов по развёртыванию в США «квантового» Интернета. В течение следующих пяти лет должны появиться фундаментальные основы технологии и ключевые компоненты. В следующие 20 лет начнётся развёртывание квантовых каналов связи, и невероятное будущее станет реальностью.

Схема коммуникации для установления квантовой запутаности на дальности 52 мили (83+ км)

Схема коммуникаций для установления квантовой запутанности двух фотонов на дальности 52 мили (83+ км)

В новости за 15 февраля мы уже сообщали о планах развернуть «квантовый» Интернет между всеми 17-ю национальными лабораториями в США. Уточним, речь идёт не только и не столько о защищённой квантовой связи ― о распределении квантовых ключей шифрования, а о передаче данных и о кластерах на основе квантовых компьютеров. Это совсем другое. В данном случае подразумевается передача информации с использованием законов квантовой механики, что ещё называют квантовой телепортацией.

Для осуществления квантовой телепортации ― мгновенной передачи информации на далёкое расстояние со скоростью выше скорости света ― частицы (в эксперименте это фотоны) должны быть запутаны. Это означает, что квантовые состояния двух или большего числа объектов (частиц, атомов или чего-то другого) оказываются взаимозависимыми. В такой связи состояние спина одной частицы всегда оказывается строго противоположным состоянию спина другой удалённой частицы. Также измерение состояния одной из частиц мгновенно разрушает запутанность ― происходит «телепортация» воздействия, что служит основой для передачи информации.

Учёные из национальной лаборатории Аргонн поставили эксперимент по запутыванию пары фотонов в условиях старой оптоволоконной городской кабельной сети. В опыте использовались две закольцованные петли по 26 миль каждая, всего получилась петля длиной 52 мили или свыше 83 км. Этот эксперимент важен был тем, что использовалась кабельная инфраструктура со всеми её недостатками ― температурными, механическими, шумовыми и электромагнитными воздействиями плюс годы эксплуатации.

Опыт показал, что пара фотонов сохраняла запутанность на удалении фактически 83 километров. С группой частиц (кубитов) всё будет сложнее, но факт остаётся фактом. Квантовая запутанность работает в полевых условиях и оставляет пространство для дальнейших экспериментов.

Квантовые компьютеры помогут понять переход систем из квантового в классическое состояние

Ученые из Лос-Аламосской национальной лаборатории (Los Alamos National Laboratory — LANL) разработали новый алгоритм квантовых вычислений, который обеспечивает более чёткое понимание перехода микрообъектов при их масштабировании от квантового состояния к классическому, что может помочь моделировать системы на стыке квантовых и классических миров, таких как биологические белки, а также решать вопросы о том, как квантовая механика применяется к крупномасштабным объектам.

Белые крестики представляют собой решение простой квантовой задачи, анализируемой с помощью нового квантового алгоритма, разработанного в Лос-Аламосской национальной лаборатории.

Белые крестики представляют собой решение простой квантовой задачи, анализируемой с помощью нового квантового алгоритма, разработанного в Лос-Аламосской национальной лаборатории

«Квантово-классический переход происходит, когда вы добавляете всё больше и больше частиц в квантовую систему», — объясняет Патрик Коулз (Patrick Coles) из группы по изучению физики конденсированных сред и сложных систем в Лос-Аламосской национальной лаборатории. «В итоге странные квантовые эффекты исчезают, и система начинает вести себя более классически. В таких процессах практически невозможно использовать обычный компьютер для изучения квантово-классического перехода. Мы могли бы изучить этот переход при помощи нашего алгоритма и квантового компьютера, состоящего из нескольких сотен кубитов, который, как мы ожидаем, будет доступен в ближайшие несколько лет, исходя из текущего прогресса в данной области».

Отвечать на вопросы о квантово-классическом переходе крайне сложно. Для систем, состоящих из нескольких атомов, эта проблема быстро становится неразрешимой. Число уравнений растет экспоненциально с каждым добавленным атомом. Белки, например, состоят из длинных цепочек молекул, которые могут стать как важными биологическими компонентами, так и источниками заболевания, в зависимости от того, какую структуру они сформируют. Хотя белки могут быть сравнительно большими молекулами, они настолько малы, что квантово-классический переход и алгоритмы, которые могут с ним справиться, становятся крайне важными для попытки понять и предсказать, как именно будет сворачиваться тот или иной белок.

Чтобы изучить аспекты квантово-классического перехода на квантовом компьютере, исследователи сначала нуждаются в средствах для определения того, насколько близка квантовая система к классическому поведению, так как квантовые объекты имеют характеристики как частиц, так и волн. В некоторых случаях они взаимодействуют как крошечные бильярдные шары, а в других они взаимодействуют друг с другом как волны, усиливая или подавляя друг друга за счёт интерференции. К счастью, когда нет каких-либо помех, квантовую систему можно описать используя интуитивно понятные классические вероятности, а не более сложные методы квантовой механики.

Алгоритм разработанный учеными из LANL определяет, насколько близка квантовая система к классическому поведению. Результатом его работы является инструмент, который они могут использовать для поиска классического поведения в квантовых системах и понимания того, каким образом квантовые системы, окружающие нас в повседневной жизни, превращаются в объекты, подчиняющийся законом понятной нам классической физики.

Новый квантовый двигатель обладает большей мощностью, чем его традиционные аналоги

Впервые квантовый двигатель превзошел своих классических конкурентов без каких-либо экспериментальных трюков. Но, скажем сразу, речь идёт о микроскопических устройствах, поэтому квантовую Tesla ждать нам пока что не приходится.

Используя законы квантовой механики, новый двигатель смог показать большую мощность, чем стандартные — классические двигатели в тех же условиях (и в том же масштабе), сообщают в исследовательской работе от 22 марта, выполненной коллективом учёных из Американского Физического Общества (англ. The American Physical Society).

Somewhen in the future

Когда-нибудь в будущем

В своём исследовании учёные смогли экспериментально убедиться, что одним из основных свойств квантового теплового двигателя является способность рабочего тела (электрона) находиться в когерентной (взаимосвязанной) суперпозиции (одновременно в двух или более состояниях). И, как и ожидалось, в масштабах микроскопического устройства это позволяет производить больше мощности, чем у любого эквивалентного классического теплового двигателя в тех же условиях. Также было подтверждено, что в рамках одного режима работы наличие такой внутренней когерентности приводит к тому, что различные типы квантовых тепловых двигателей становятся термодинамически эквивалентными, то есть «во всех случаях, когда из теплоты появляется работа, тратится пропорциональное полученной работе количество теплоты, и наоборот, при затрате той или иной работы получается то же количество тепла», — как сказал бы великий ученый Рудольф Клазиус.

Если говорить проще, то традиционные тепловые двигатели превращают тепло в движение. Например, в автомобилях двигатель внутреннего сгорания использует энергию от воспламенения топлива для того, чтобы приводить в движение поршни, которые в свою очередь через привод передают энергию на колёса и вращают их, благодаря чему автомобиль движется. Существуют разные вариации тепловых двигателей, но, как правило, большая мощность в них преимущественно достигается за счет работы в иной среде, ином приложении силы, а также модификациях используемого топлива.

В новом исследовании квантовый двигатель использует совершенно иной принцип работы: при помощи лазера, направленного на специально подготовленные алмазные кристаллы с небольшим дефектом (азотной вакансией). Лазер переводит электрон, располагающийся в кристалле (в этой самой вакансии), с одного энергетического уровня на другой, а вместо поршней квантовый двигатель производит мощность в виде электромагнитного поля.

Так как рабочим телом в данной конструкции является электрон, то в дело вступают законы квантовой механики. Сверхмалые объекты, такие как электроны, имеют свойство находиться сразу в нескольких состояниях одновременно, что называется суперпозицией, то есть если возвращаться к примеру с классическим двигателем, то в квантовом двигателе наш «поршень» одновременно и в верхнем, и в нижнем положении. В нашем случае с квантовым двигателем электрон находится одновременно на нескольких энергетических уровнях в один момент времени. Всё это также связано с корпускулярно-волновым дуализмом, той самой волшебной теорией квантовой физики, которая утверждает, что любая микрочастица — это ещё и волна.

При определённых условиях это свойство, как сообщают ученые, приводит к увеличению выходной мощности, так как теоретически все элементы и процессы внутри квантового двигателя многократно дублируются. «Это первый эксперимент, когда мы смогли достичь такого режима работы», — говорит физик Роберто Серра из Федерального университета ABC в Санто-Андре, Бразилия.

Но, как и в ситуации с квантовыми компьютерами, всё не так просто: экспериментальный микродвигатель ещё сложно назвать полноценной реализацией. На данный момент команда учёных оценила его выходную мощность, но ещё не проанализировала такое ключевое качество, как эффективность. Поэтому в будущем эксперименты будут продолжаться.

Особенностью этого типа двигателей также является и равномерность работы, то есть для него невозможны режимы с увеличением или падением мощности: она остаётся постоянной, что накладывает на данные и без того специфичные устройства дополнительные ограничения. «Если вы попробуете построить автомобиль или реактивный двигатель ... Это совершенно бесполезно», — говорит физик Ян Уолмсли из Имперского колледжа Лондона, соавтор исследования, комментируя возможность практического применения квантового двигателя в текущих реалиях.

Тем не менее, исследование приоткрывает нам новые грани того, как квантовая механика взаимодействует с термодинамикой — разделом физики, исследующем способы передачи и превращения энергии. Именно в этой области новый двигатель открывает лазейку для преодоления ограничений, наложенных классической физикой на генерацию мощности. «Мы не изменили законы термодинамики, но открыли новую её часть», — говорит Уолмсли.

    Создан «невозможный» метаматериал для вычислительных систем будущего

    Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» сообщает о том, что учёные смогли создать первый в мире квантовый метаматериал, который можно использовать в качестве элемента управления в сверхпроводящих электрических схемах.

    В разработке невозможного в природе материала участвовали российские специалисты совместно с коллегами из Германии. В частности, вклад в проект внесли исследователи Университета Карлсруэ и Йенского института фотонных технологий.

    Метаматериалы — вещества, свойства которых определяются не столько атомами, из которых они состоят, сколько тем, в какие структуры эти атомы собраны. Каждая такая структура имеет размеры в десятки или даже сотни нанометров и обладает собственным набором свойств, исчезающих при попытке разделить её на составляющие.

    В рамках проекта был разработан квантовый метаматериал из усложнённых зеркальных кубитов. Обычный кубит состоит из схемы, в которую входят три джозефсоновских перехода. А в состав зеркального входят пять переходов, симметричных относительно центральной оси.

    Выяснилось, что метаматериал, состоящий из зеркальных кубитов, может переключаться между двумя режимами. «В одном из режимов цепочка таких кубитов очень хорошо пропускает электромагнитное излучение в микроволновом диапазоне, при этом оставаясь квантовым элементом. В другом она поворачивает сверхпроводящую фазу на 180 градусов и запирает прохождение электромагнитных волн через себя. И тоже при этом остаётся квантовой системой», — говорят учёные.

    Таким образом, новый материал можно использовать как управляющий элемент в системах передачи квантовых сигналов в цепях, из которых состоят квантовые компьютеры. Подробнее о работе можно узнать здесь

    Запущена первая в РФ линия связи с квантовой защитой в городской инфраструктуре

    Сбербанк и Российский квантовый центр (РКЦ) провели первый в нашей стране эксперимент по квантово-защищённой передаче реально используемых данных в городских условиях.

    Фотографии РКЦ

    Фотографии РКЦ

    Технология квантовых коммуникаций основана на фундаментальных законах физики. Для обмена данными используются одиночные фотоны, состояния которых безвозвратно меняются, как только кто-то попытается перехватить данные. Поэтому незаметно похитить информацию, передающуюся по квантовым каналам, попросту невозможно.

    Итак, сообщается, что линия связи с квантовой защитой организована между двумя московскими офисами Сбербанка — на улице Вавилова и на Большой Андроньевской улице. В рамках эксперимента использована гибридная система квантовой защиты информации.

    Распределение ключей осуществляется с помощью квантовых коммуникаций: информация, которая используется для формирования ключей, кодируется в состояниях одиночных фотонов. Выработка криптографических ключей и шифрование данных производится при помощи уже существующих сертифицированных решений для защиты информации.

    Квантово-распределённые ключи усиливают действующую инфраструктуру информационной безопасности. «Сбербанк стал первой организацией, получившей нашу установку квантовой защиты, которая уже готова для промышленной эксплуатации. В ходе эксперимента наше оборудование работало совместно с шифратором сетевого уровня. За счёт технологии квантовых коммуникаций мы обеспечили частую смену ключей в устройствах шифрования, что повышает уровень защиты данных. Кроме того, российские организации получат возможность использовать для защиты информации разработку именно из России, что важно для государства», — сообщили в РКЦ. 

    Физики из РФ и Великобритании создали детектор квантовых состояний

    Московский физико-технический институт (МФТИ) сообщает о том, что российско-британскому коллективу учёных удалось разработать сверхпроводящий детектор квантовых состояний.

    Изображения МФТИ

    Изображения МФТИ

    В исследованиях приняли участие специалисты МФТИ, Института проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН, а также физического факультета университета Роял-Холлоуэй.

    Детектор состоит из двух сверхпроводящих контуров, связанных джозефсоновскими переходами таким образом, что разность фаз волновых функций на сегментах этих контуров скачкообразно меняет критический ток всей структуры от нуля до максимального и обратно при последовательном изменении квантовых чисел в каждом из контуров. Устройство представляет собой плоский чип с двумя квадратными контурами из алюминия. Эти контуры расположены друг над другом и, что самое важное, связаны между собой джозефсоновскими контактами (представляют собой два сверхпроводника, разделённых тонким слоем диэлектрика).

    Важно отметить, что прибор может стать не только исследовательским инструментом. Он также может войти в состав квантовых компьютерных систем. Основным элементом таких систем являются квантовые биты, или кубиты. Элементы классических компьютеров могут хранить только один бит — 1 или 0. Кубиты же находятся в суперпозиции двух состояний, то есть могут кодировать сразу логические единицу и ноль.

    Созданный прибор может использоваться для детектирования квантовых состояний сверхпроводящих кубитов, если один из сверхпроводящих контуров будет заменён на кубит.

    Подробнее об исследовании можно узнать здесь

    Российские учёные протестировали прототип «квантового телефона»

    Специалисты физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова протестировали так называемый «квантовый телефон» — систему, обладающую абсолютной защитой от возможного перехвата данных или подслушивания.

    Технология квантовых коммуникаций основана на фундаментальных законах физики. Для обмена данными используются одиночные фотоны, состояния которых безвозвратно меняются, как только кто-то попытается перехватить данные. Иными словами, незаметное вторжение в систему невозможно.

    За безопасность в протестированной в МГУ платформе отвечает разработанное российскими учёными оборудование. Оно обеспечивает распределение симметричных криптографических ключей по квантовому каналу в автоматическом режиме при подключении к действующим волоконно-оптическим линиям.

    МГУ

    МГУ

    «Рабочее место квантового телефона — обычный персональный компьютер, в котором установлен оптоэлектронный модуль, соединённый оптическим волокном напрямую с сервером квантового распределения ключей. Кроме того, компьютер использует ПО, модифицированное специально для работы с этим оптоэлектронным устройством», — приводит сетевое издание «РИА Новости» слова исследователей.

    Создание «квантового телефона» — это один из этапов проекта по развёртыванию в России университетской квантовой сети. Инициатива включена в программу развития Московского университета. 

    window-new
    Soft
    Hard
    Тренды 🔥