Опрос
|
реклама
Быстрый переход
Учёные впервые запустили модель Вселенной на уровне теории квантового поля — вышло примитивно, но похоже
25.03.2025 [19:43],
Геннадий Детинич
При изучении мироздания современная наука дошла до квантовой теории поля. Все известные учёным элементарные частицы — это проявления квантовых полей, присущих каждой из них. При этом между этими проявлениями в виде частиц и античастиц происходят взаимодействия посредством множества сил, которые также представляют собой поля (электромагнитные, ядерные, гравитационные и другие). Смоделировать всё это — почти неподъёмная задача. Но учёные поняли, как её решать. 
Художественное представление «танца» элементарных частиц в двух измрениях. Источник изображения: Harald Ritsch Двоичное представление данных, лежащее в основе алгоритмов классических и квантовых компьютеров, не позволяет создать модель Вселенной в полном объёме на её фундаментальном уровне. Слишком много факторов приходится учитывать, и вычисления быстро превышают любые аппаратные возможности. С квантовыми компьютерами задача может оказаться чуть проще, ведь они, по сути, симулируют квантовые явления и способны упростить моделирование квантовой теории поля по сравнению с классическими суперкомпьютерами. Однако даже им не хватает разрядности. Решение заключается в том, что кубиты тоже могут быть многоуровневыми. Каждый кубит может быть представлен кутритом (в трёх состояниях), куквартом (в четырёх), куквинтом (в пяти) и так далее. В общем случае такие кубиты называются кудитами (qudit). В России, например, квантовые системы на кудитах разрабатываются почти с самого начала работы над квантовыми вычислительными платформами. Кудиты позволяют кодировать гораздо более сложное и многогранное поведение квантовых полей и их взаимодействий, чем обычные двоичные кубиты. Именно этим решили воспользоваться учёные из Австрии и Канады. В своей работе они использовали куквинты — кубиты с пятью отдельными состояниями. Ещё в 2016 году в Университете Инсбрука было продемонстрировано моделирование пар частица-античастица. «В этой демонстрации мы упростили задачу, ограничив движение частиц одной прямой. Снятие этого ограничения — важный шаг на пути к использованию квантовых компьютеров для понимания фундаментальных взаимодействий частиц», — поясняют учёные. В новой работе была представлена первая квантовая симуляция в двух пространственных измерениях. Физически квантовая система для работы с кудитами была создана в Инсбруке, а алгоритм для моделирования разработали в Канаде. «Помимо поведения частиц, теперь мы также видим магнитные поля между ними, которые могут существовать только в том случае, если частицы не ограничены в движении одной осью. Это приближает нас на важный шаг к изучению природы», — говорят исследователи. Однако это только первый шаг, ведь впереди — третье пространственное измерение и целый спектр других взаимодействий между частицами, помимо электромагнитного. Всё это также предстоит учесть в модели, чтобы точно воспроизвести нашу Вселенную на уровне квантовых полей. Новая работа по квантовой электродинамике — это лишь начало. С добавлением всего нескольких дополнительных кубитов (кудитов) можно будет распространить текущие результаты не только на трёхмерные модели, но и на сильное ядерное взаимодействие, которое удерживает атомы вместе и содержит в себе многие из оставшихся загадок физики. «Мы воодушевлены потенциалом квантовых компьютеров в изучении этих увлекательных вопросов», — резюмируют учёные. В Израиле разработали квантовый компьютер на миллион кубитов и скоро построят маленький прототип
13.03.2025 [18:05],
Геннадий Детинич
Израильский стартап QuamCore представил концепцию устойчивого к ошибкам и имеющего практическую ценность квантового компьютера с миллионом кубитов. Основная ценность разработки заключается в уникальной «сжатой» архитектуре криогенного вычислительного блока. Для достижения компактности и возможности дальнейшего масштабирования схемы управления квантовыми цепями удалось разместить ближе к кубитам, внутри криогенной камеры. 
Источник изображения: QuamCore Презентация состоялась после того, как QuamCore получила начальное финансирование в размере $9 млн от Viola Ventures при участии Earth & Beyond, которая инвестировала в компанию на ранних этапах, а также Surround Ventures, стратегических международных инвесторов и Израильского управления инноваций. «Мы основали компанию с одной-единственной целью – решить проблему масштабирования, которая мешает квантовым компьютерам быть практичными и полезными», — сказал генеральный директор и соучредитель QuamCore Алон Коэн (Alon Cohen) в интервью изданию Ynet. «Мы с самого начала поняли, что реальная ценность заключается в достижении миллиона кубитов. Мы нашли способ преодолеть основное препятствие, которое до сих пор мешало этому, — сказал он. — У нас есть подробный план создания квантового компьютера на миллион кубитов со встроенной коррекцией ошибок, что значительно приближает нас к практическим квантовым системам, способным решать реальные задачи». Использующие сверхпроводящую технологию квантовые процессоры должны работать при температуре, близкой к абсолютному нулю. Для этого они помещаются в системы криогенного охлаждения. Сотни золотых проводов, соединяющих чип, создают характерный для квантовых компьютеров вид «люстры». Подобный подход, считают в QuamCore, имеет предел масштабирования примерно на уровне 5000 кубитов. Для дальнейшего расширения платформы и увеличения числа кубитов таким способом потребуется масштабная криогенная инфраструктура, что неимоверно сложно и дорого. 
Классический квантовый компьютер на сверхпроводящих кубитах. Источник изображения: IBM Разработка QuamCore устранила давнее ограничение: необходимость размещать систему управления вне охлаждающей камеры, что делалось для предотвращения нагрева рабочего объёма с кубитами. В компании создали компактный вычислительный блок, легко поддающийся масштабированию, чем сразу решили множество будущих проблем, связанных с созданием кластерных структур. Коэн заявил, что этот прорыв снижает затраты на вычисления и энергопотребление в 1000 раз, сокращает время сборки систем до нескольких дней и позволяет объединять квантовые компьютеры в сеть для дальнейшего увеличения количества кубитов. У предложенной системы пока только один недостаток — она существует лишь на бумаге. Привлечение инвестиций даёт надежду вскоре увидеть прототип интересной квантовой вычислительной архитектуры. В компании QuamCore работает группа специалистов в области квантовой физики. Глава QuamCore ранее участвовал в основании компании Mobileye, занимавшейся созданием платформ визуализации, которую успешно продали Intel. Не исключено, что QuamCore с её невероятными перспективами по созданию компьютера с миллионом кубитов тоже со временем попадёт в хорошие руки. Учёные придумали, как упростить квантовые датчики — это сулит прорыв в радарах и атомных часах
06.02.2025 [16:18],
Геннадий Детинич
По мере развития квантовые технологии охватывают всё новые сферы, хотя ранее они были представлены в основном в криптографии и вычислениях. На очереди — квантовые датчики, которые позволят выполнять безопасные измерения на расстоянии без опасений перехвата или искажений. 
Источник изображения: Pixabay Безопасность при проведении дистанционных измерений важна для создания высокоточных квантовых радаров, систем космического базирования, мониторинга состояния пациентов в домашних условиях и других сфер, где критичны как точность измерений, так и их защищённость. Этой темой в последние годы активно занимаются учёные из британского Университета Сассекса (University of Sussex). Недавно в журнале Physical Review A вышла новая статья, в которой исследователи рассказали о возможных схемах реализации защищённых измерений с помощью упрощённых квантовых датчиков. В базовой конфигурации даже не требуется запутывать кубиты — всё реализуется гораздо проще, хотя эффект запутывания позволяет значительно повысить точность измерений. Основная идея технологии SQRS (безопасного квантового дистанционного зондирования) заключается в том, что в пункт проведения измерений отправляются одиночные фотоны. Они доставляются по открытым классическим каналам, например, через оптоволокно или лазерный луч, если речь идёт о передаче на спутник. В пункте назначения фотоны приобретают сдвиг фазы в соответствии с измеряемыми данными и затем возвращаются отправителю по тем же открытым каналам. В предложенной схеме получить результат может только отправитель, поскольку он владеет полной информацией о квантовых состояниях отправленных фотонов. Получатель в точке измерения не сможет определить величину сдвига фазы, так как у него нет опорных данных для вычислений. Злоумышленник, сумевший перехватить такие фотоны, также не сможет восстановить переданное сообщение, поскольку на этапе измерения (в момент сдвига фазы) вносится дополнительная квантовая неопределённость. Учёные из Китая смогли улучшить предложенную методику. Их статья, опубликованная на сайте arXiv, пока ещё не прошла рецензирование. Исследователи из Университета Гуанси (Guangxi University) показали, что для реализации SQRS вовсе не обязательно использовать одиночные фотоны, что требует достаточно сложного оборудования. В своей работе они доказали, что можно обойтись слабым источником фотонов. Используя законы статистики, такой источник можно считать однофотонным, корректируя показатели с помощью математических методов. Предложение китайских исследователей приближает практическую реализацию безопасного квантового дистанционного зондирования, что может ускорить развитие квантовых технологий. Япония закрыла лазейки для поставок чипов и квантовых технологий в КНР
02.02.2025 [07:10],
Анжелла Марина
На фоне давления со стороны США, Япония расширила список товаров, подлежащих экспортному контролю, включая передовые чипы и оборудование для квантовых компьютеров. Это делается для предотвращения их использования в военных целях и разработки оружия.  Как поясняет Bloomberg со ссылкой на Министерство экономики Японии, передовые чипы могут применяться для повышения вычислительных возможностей высокоточного оружия, а квантовые компьютеры способны взламывать шифры. Теперь компаниям потребуется получать лицензии для экспорта этих товаров. Предположительно новые ограничения вступят в силу в конце мая. Отмечается, что этот шаг является частью более широких усилий США по закрытию «серых» способов по обходу ограничений на продажу чипов, используемых в технологиях искусственного интеллекта (ИИ), так как в Вашингтоне растёт обеспокоенность по поводу возможного реэкспорта полупроводников Nvidia в Китай. Токио со своей стороны также усиливает экспортный контроль, добавляя новые компании в свой чёрный список. Министерство экономики включило 42 организации по всему миру, которые будут подлежать экспортному надзору, касающегося товаров двойного назначения. В общей сложности в списке уже около 110 китайских компаний, исследовательских институтов и других организаций. Изменения вступают в силу 5 февраля. Китай выразил недовольство новыми ограничениями. В заявлении Министерства торговли Китая говорится, что «меры могут нарушить стабильность цепочек поставок и затруднить нормальные коммерческие отношения между предприятиями двух стран». Пекин надеется, что Япония не допустит негативного влияния на экономическое и торговое сотрудничество. Стоит сказать, что на фоне обострения ограничений Китай активизировал дипломатические контакты с союзниками США. В частности сообщается, что министр иностранных дел Китая Ван И (Wang Yi) неофициально пригласил премьер-министра Японии Сигэру Исибу (Shigeru Ishiba) посетить церемонию открытия Азиатских зимних игр в Харбине в начале февраля. Однако дипломатические источники считают, что визит маловероятен, так как японское правительство параллельно стремится организовать встречу Исибы с президентом США Дональдом Трампом (Donald Trump). Квантовая физика помогла создать сверхточный атомный термометр
01.02.2025 [23:22],
Геннадий Детинич
Учёные из Национального института стандартов и технологий США (NIST) сообщили о создании наиболее точного и не требующего калибровки атомного термометра, который может найти применение в науке, космосе и производстве. Работа прибора строится на принципах квантовой физики и поэтому безупречна. Современные научные термометры требуют длительной калибровки и даже в этом случае не гарантируют точных измерений, от чего свободен атомный термометр. 
Источник изображения: NIST В основе решения исследователей из NIST лежат так называемые ридберговские атомы. Таковыми часто делают атомы рубидия. Для этого необходимо крайний электрон так накачать энергией, что он на три порядка увеличивает расстояние от ядра. Для понимания масштаба представьте, что ядро атома размерами 1 мм. Тогда размер «накаченного» атома составил бы 30 м. Когда атом становится ридберговским, размеры атома увеличились бы до 1000 раз, что в нашем примере соответствовало бы 30 км. Электрон на таком удалении от ядра (в настоящем атоме) чувствителен к внешним проявлениям магнитных полей и энергий. А поскольку всё завязано на квантовую физику (свойства элементарных частиц), то все эти состояния и энергии рассчитываются с точностью до 12 знака после запятой. Тем самым измерения с привлечением ридберговских атомов будут невероятно точными даже по умолчанию, просто опираясь на фундаментальные свойства Вселенной (с привлечением необходимого оборудования и вычислительных алгоритмов). Впрочем, эта простота, конечно же, кажущаяся. Однако оборудование для организации подобного термометра стало достаточно компактным и вполне может быть использовано на производстве. В атомном термометре атомы рубидия охлаждают до температуры, близкой к абсолютному нулю (до 0,5 мК). Это снижает собственные колебания атомов (их энергию) до минимально уровня. Облако атомов рубидия при этом удерживается в пространстве электромагнитным полем, не давая ему контактировать со стенками камеры. После этого облако облучают лазерами, и самые дальние электроны поглощают энергию, после чего они переходят на орбиты с 1000-кратным превышением стандартных орбит. После этого остаётся следить за поведением удалённых электронов, которые поглощают или отдают энергию из окружающего пространства. Эта энергия эквивалентна температуре измеряемого объекта и переносится излучаемыми им фотонами. Получая и отдавая энергию, электроны меняют орбиты и по этим изменениям можно с чрезвычайной точностью рассчитать температуру объекта. Измерения производятся бесконтактным способом, что во многих случаях весьма удобно. Этот прорыв не только открывает путь для нового класса термометров, но и особенно важен для атомных часов, поскольку их точность может пострадать от случайного нагрева. «Атомные часы исключительно чувствительны к изменениям температуры, что может привести к небольшим погрешностям в их измерениях», — пояснили учёные. — Мы надеемся, что эта новая технология поможет сделать наши атомные часы ещё более точными». Всё это приведёт к новым возможностям в науке, в квантовых вычислениях, улучшит автономную навигацию в дальнем космосе (в первую очередь) и пригодится во многих других областях. Пара виноградин вдвое усилила магнитное поле, и открыла путь к лучшим квантовым датчикам
28.12.2024 [19:10],
Геннадий Детинич
В интернете полно видеороликов с виноградинами, буквально зажигающими в микроволновой печи. Разрезанная на две половинки ягода при включении микроволновки начинает искрить и вскоре ярко вспыхивает, демонстрируя опасные на первый взгляд эффекты. Казалось бы — сплошное развлечение, однако вдумчивый эксперимент показал, что за явлением стоит интересная физика, способная дать толчок в развитии квантовых детекторов. 
Источник изображения: Fawaz, Nair, Volz Впервые любительские эксперименты с поджиганием виноградин начались в 1994 году. Все они были одинаковы — виноградина разрезалась на две половинки так, чтобы они оставались соединены тонкой кожицей. Позже выяснилось, что это не обязательно. Достаточно, чтобы половинки или целые виноградины оставались рядом. Более того, аналогичный эффект в микроволновке проявляли крыжовник, большие ягоды ежевики и гидрогелевые шарики. Во всех случаях физика была примерно одинаковая. Плотность винограда, например, оказывалась оптимальной, чтобы происходил разрыв клеток с последующей ионизацией молекул и их разрывами. Клеточная жидкость сама по себе электролит — содержит ионы, к которым добавлялись ионы, образующиеся под действием микроволнового излучения. Виноградины начинали испускать плазму, которая в потоке излучения воспламенялась. В ходе очередного эксперимента в 2019 году выяснилось, что виноградины не обязательно должны быть соединены физически. Эффект проявляется, если они находятся рядом. В новой работе учёные поставили более тонкий эксперимент — они измеряли силу электромагнитного поля вблизи виноградин и без них. Для этого был изготовлен искусственный наноалмаз с азотными дефектами в кристаллической решётке. Дефекты реагировали на свет зелёного лазера, и по интенсивности их свечения можно было определить интенсивность микроволнового поля вблизи этого датчика. Наноалмаз поместили на волновод, по которому передавался импульс зелёного лазера. Над наноалмазом разместили пару виноградин. Измерения показали, что в присутствии виноградин поле демонстрировало в два раза большую силу, чем без них. Это объясняется тем, что в случае оптимального размера ягод (около 27 мм в длину), пара создаёт «горячую точку» между одной и другой ягодой, усиливая приложенное излучение и повышая вблизи точки силу поля. На обнаруженном эффекте можно создать целый спектр высокочувствительных датчиков для космоса, работающих в микроволновом диапазоне, включая поиск гипотетических частиц тёмной материи. Также открытие поможет продвинуться в квантовых вычислениях, где микроволновые излучения и поля играют ключевую роль. Но прежде необходимо сузить рамки эксперимента для выяснения более точных параметров элементов будущих датчиков. Поставленный эксперимент был достаточно грубым и не очерчивает границ возможного. В Китае установили рекорд по времени удержания квантовых состояний
14.11.2024 [11:30],
Геннадий Детинич
Квантовые состояния крайне нестабильны, но обладают невероятными возможностями. То же состояние квантовой запутанности Эйнштейн называл «ужасным» и не мог до конца принять, что запутанные атомы могут «чувствовать» друг друга на разных концах Вселенной. Такие свойства неоценимы для проведения сверхчувствительных измерений и даже для поиска новой физики, но им мешает чрезвычайная краткость времени когерентности, которую преодолели учёные из Китая. 
Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews На сайте arXiv появилась статья исследователей из Университета науки и технологий Китая, в которой заявляется об удержании квантовых состояний атомов в течение 23 минут, что можно считать абсолютным рекордом. Обычно время когерентности не превышает нескольких миллисекунд, что кратно меньше нового достижения. Статья пока не прошла рецензирование и должна восприниматься с осторожностью. Однако если другие коллективы смогут повторить опыт китайских учёных, то это станет крупным прорывом в разработке квантовых технологий. Эксперимент заключается в охлаждении 10 тыс. атомов иттербия до нескольких тысячных градуса выше абсолютного нуля, которые затем были пойманы в ловушку электромагнитными полями лазерного излучения. В этих условиях квантовыми состояниями атомов можно было очень точно управлять, и исследователи воспользовались этим, чтобы перевести каждый атом в суперпозицию двух состояний с наиболее сильно отличающимися спинами. Точная настройка лазеров — оптических ловушек — позволила удерживать атомы в состоянии суперпозиции 1400 секунд или 23 мин. Этого времени будет достаточно для постановки экспериментов в квантовой физике, для измерений с погрешностью менее квантового предела (это так называемое квантовое превосходство в метрологии), для квантовой компьютерной памяти, наконец. В США разработали квантовый «движок» для навигации без GPS
20.08.2024 [15:09],
Геннадий Детинич
В ряде случаев системы навигации GPS использовать нельзя или невозможно. Они могут быть скомпрометированы или заблокированы по разным причинам, а также остаются фактором риска в работе автопилотов. Параллельная система навигации без GPS могла бы решить проблему, но пока такие системы размером с комнату. Учёные из США обещают преодолеть эти ограничения и создать доступный миниатюрный «квантовый» компас уже в ближайшее время. 
Источник изображения: www.techspot.com Квантовая навигация строится на так называемой атомной интерферометрии. Частицы ведут себя также как волны, а волны одной и той же частицы могут накладываться друг на друга и отличаться по фазе. Сдвиг по фазе и эффекты интерференции волн измеряются лазером. На атомы действуют силы, например, гравитация, или они ощущают ускорение или торможение, угловой момент и прочее, что измеряется с атомарной точностью — те самые сдвиги фаз и интерференция. Перенос этих данных в наш мир позволяет соотнести измерения со всеми нюансами движения навигационного прибора на транспортном средстве. Это обеспечивает настолько высокую точность навигации, что она может превосходить возможности GPS. Для точной навигации без GPS необходимы шесть атомных интерферометров, что определяет конечные — немаленькие — размеры платформы. Учёные их Сандийских национальных лабораторий (Sandia National Labs) смогли удивить, разработав сверхкомпактные оптические чипы для привода в действие квантовых систем навигации. Громадные лазерные установки они заменили крошечными фотонными интегральными схемами. «Используя принципы квантовой механики, эти усовершенствованные датчики обеспечивают непревзойденную точность измерения ускорения и угловой скорости, обеспечивая точную навигацию даже в районах, где GPS недоступен», — утверждают разработчики. Ключевым элементом для датчиков нового поколения стал модулятор, способный управлять и комбинировать лучи с несколькими длинами волн, получаемыми из одного источника. Тем самым отпадает необходимость в объединении отдельных лазеров (читай — умножать габариты), ведь всю работу может выполнить один лазер, используя для этого схему модулятора. Помимо намного большей компактности, такие чипы также более устойчивы к вибрациям и ударам. Подобная надёжность позволит использовать квантовые датчики в самых сложных условиях эксплуатации, которые могут вывести из строя современные модели. Фактор стоимости также на повестке дня. Один современный лазерный модулятор легко преодолевает барьер в $10 тыс. Перевод производства на кремниевые пластины с сотнями и более чипов на 200- и 300-мм подложках — это залог снижения стоимости решений и повышение степени их доступности. Предложенные «квантовые» компасы способны выйти далеко за пределы сферы навигации. Квантовые детекторы масс, к примеру, легко справятся с картографированием скрытых под землёй коммуникаций и сооружений. Они могут оказаться востребованы для оптической связи и квантовых вычислений, в дальномерах и прочем. |
© 1997—2026 Электронное периодическое издание "3ДНьюс" | Свидетельство о регистрации СМИ Эл ФС 77-22224
выдано Федеральной Службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия
При цитировании документа ссылка на сайт с указанием автора обязательна. Полное заимствование документа является
нарушением
российского и международного законодательства и возможно только с согласия редакции 3DNews.
MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
