Новости физики в сети Internet: май 2023 (по материалам электронных препринтов). Новости физики в сети Internet: май 2023 (по материалам электронных препринтов). Уже лет пять как в сети ходят новости о прорывах в квантовых вычислениях. Нобелевскую премию по физике в 2022 году за «эксперименты с запутанными фотонами, установление нарушения неравенства Белла и новаторскую квантовую информатику» получили Ален Аспект (Франция), Джон Клаузер (США) и Антон Цайлингер (Австрия). Что представляет собой физика полупроводников? Почему полупроводники всегда будут сохранять свою актуальность, несмотря на развитие квантовых технологий?
Распутать квантовую запутанность: за что дали «Нобеля» по физике
Более того, существовало противопоставление постулатов Эйнштейна и Канта. Многие ученые утверждают, что взгляды знаменитого физика вместе с копенгагенской квантовой теорией фактически отменили труды философа. В чем суть научного противостояния? Эйнштейн говорил, что такие понятия, как правда и красота, независимы от человека и существуют как бы отдельно от него. В то же время мы можем осознать лишь то, что видим. Это коррелирует с теорией относительности. Та же гравитация для Эйнштейна являлась искривлением пространства и времени. Кант же воспринимал ее как некую форму интуиции. Это трансцендентальное знание, нечто, выходящее за пределы чувственного опыта, — подчеркнул доктор Эккарт Штайн.
Эйнштейн тоже подвергается критике, ведь возникают дополнительные вопросы. Один из них — являются ли время и пространство реальностью или просто способом калькуляции?
До недавнего времени считалось, что это может быть указанием на фундаментальную аналогию между квантовой теорией и термодинамикой — теоретики пытались придумать или опровергнуть существование энтропии запутанности и закона ее неубывания в общем случае. Работа под авторством Людовико Лами Ludovico Lami из Ульмского института теоретической физики и Бартоша Регула Bartosz Regula из Токийского университета, кажется, ставит точку в этом вопросе и исключает фундаментальную аналогию между устройством квантовой запутанности и вторым законом термодинамики. Чтобы обосновать это, авторы теоретически рассмотрели задачу, в которой две стороны условно именуемые Алиса и Боб имеют доступ к двум подсистемам каждый — к своей подсистеме запутанного квантового состояния и обладают большим числом идентичных копий этого состояния. При этом Алиса и Боб стремятся преобразовать исходный набор состояний в набор из как можно большего числа копий заранее оговоренного конечного состояния вообще говоря, с погрешностью — отклонением реально получившихся конечных состояний от оговоренного образца, но с условием, чтобы в пределе бесконечного числа исходных состояний реально получившиеся конечные состояния не отличались от желаемых. Кроме того, исследователи потребовали, чтобы при преобразованиях в системе не генерировалась новая запутанность вдобавок к уже имеющейся по аналогии с тем, как в адиабатических переходах в термодинамике в систему извне не поступает теплота — для этого они рассмотрели только такие операторы преобразований, которые копии исходных сепарабельных то есть не запутанных, состоящих из двух полностью независимых подсистем состояний превращают только в другие сепарабельные.
В качестве меры качества преобразования копий исходного состояния в копии желаемого ученые, следуя предыдущим работам, ввели коэффициент трансформации — отношение количества полученных асимптотически идеальных копий желаемого состояния к количеству исходных копий в пределе бесконечно большого числа исходных копий.
Изначально аксионы были предложены для объяснения сильного CP-нарушения в Стандартной модели. Хотя состав тёмной материи во Вселенной пока неизвестен, аксионы остаются одиним из вероятных кандидатов на роль частиц скрытой массы.
Friedrich Вюрцбургский университет, Германия и соавторов впервые идентифицированы квазичастицы спинароны, предсказанные S. Lounis и др. Они представляют собой магнитные поляроны, возникающие в результате взаимодействия спиновых возбуждений с электронами проводимости.
Ранее для отдельных атомов Co и Ce на плоских металлических поверхностях наблюдались интересные спектроскопические аномалии туннельного тока при нулевом потенциале смещения. Хотя для атомов Ce было найдено объяснение таких аномалий как колебательных возбуждений атомов водорода, прикрепляющихся к атомам Ce, для Co это объяснение оказалось неприменимо. В случае атомов Co аномалии интерпретировались как эффект Кондо коллективное экранирование спинов примесей электронами проводимости и резонанс Фано.
Новые теоретические вычисления методом функционала плотности и эксперимент F. Friedrich и др. Атомы Co были помещены на поверхность меди при температуре 1,4 К и магнитном поле до 12 Т, и измерялся текущий через них туннельный ток как со спиновым усреднением, так и с поляризацией.
В последнем случае использовались магнитные кластеры из атомов железа на кончике иглы микроскопа.
Однако работа на этом не завершилась. Клаузер и другие ученые продолжили искать ответы на некоторые спорные моменты. После эксперимента Джона Клаузера к процессу подключился Ален Аспект. Он усовершенствовал установку Клаузера и смог добиться того, чтобы изначальные условия, при которых испускались фотоны, не влияли на результаты измерений. Эксперимент подтвердил вывод ученых: квантовая теория верна, и нет никаких скрытых переменных. Опираясь на исследования коллег, Антон Цайлингер и его исследовательская группа продемонстрировала «квантовую телепортацию» — передачу квантового состояния от одной частицы к другой на расстоянии. Что это значит Первая квантовая революция в XX веке подарила миру транзисторы, лазеры, солнечные панели, мобильную телефонную связь и интернет.
Физики доказали необратимость квантовой запутанности
IBM 16 Qubit Processor. Фото: Flickr Однако эта более крупная система делает влияние окружающей среды еще более агрессивным, а закодированный кубит — более хрупким. Из-за этого эффекта и осложнений, связанных с дополнительными компонентами для исправления ошибок, этот процесс не продливал срок службы квантового бита на практике. Исследователи говорят, что на самом деле безубыточность даже с неисправленным кубитом — редкое событие. Вопреки теоретическим обещаниям, в большинстве экспериментов исправление ошибок ускоряет декогерентность квантовой информации.
Что сделали ученые? В ходе эксперимента ученые впервые показали, что увеличение избыточности системы, активное обнаружение и исправление квантовых ошибок обеспечило повышение устойчивости квантовой информации. Это больше, чем просто демонстрация принципа», — объясняет физик. Группе ученых удалось более чем удвоить время жизни квантовой информации.
Их кубит с исправлением ошибок жил 1,8 миллисекунды — в квантовых вычислениях все происходит быстро. Они достигли результатов, используя код исправления ошибок, который изобретен в 2001 году.
Любовь матери к ребенку.
С ребенком что-то случилось на другом конце света, мать чувствует. Мы удивляемся: экстрасенсорика! При этом нас не удивляет, что «запутанные» фотоны точно так же чувствуют друг друга.
Так может, «фотоны души» матери и ребенка тоже находятся в состоянии квантовой запутанности? Пока что лучшим «коллайдером» для исследования этих вещей остается сам человек. Сидит человек вечером один, вспоминает умершего родственника.
Посмотрел на его портрет, сконцентрировался. Настроил свой «коллайдер». Он один, дневные дела позади, ничто не отвлекает.
И…что-то изменилось. Мы не знаем, что именно. Шорох, упала тень, сдвинулась книга, которую любил покойный.
Что это, игра воображения? А если попытаться описать эти феномены в формулах квантовой механики, так никакой мистики и нет. Если «квант души» существует, ваши кванты запутанны.
Вот вы и вступили во взаимодействие. Мы можем предположить, что некоторые могут настраивать свой «коллайдер» эффективнее других. Пророки, святые, любимые толпой диктаторы или лидеры вроде Илона Маска — люди, которые лучше управляют гипотетическими, еще не открытыми, энергиями.
Мне кажется, самоизоляция сильно нас изменила. Все человечество взяли, и отрезали от суеты, погрузили каждого в себя. Если я прав, последствия будут колоссальными.
Переход на удаленную работу, изменения в экономике — все это мелочи. Человек станет другим. Допустим, призраки существуют.
Кто они: просто энергия, или личность? Недавно публично сцепились два друга-физика. Адам Франк заявил, что души и загробной жизни не существует, потому что мы не можем получить «оттуда» никакой информации.
Альва Ноэ жестко возразил: наука хвалится, что может предсказывать. Рассчитали, что корабль поплывет — и он в самом деле не тонет. Но наука не может предсказать итог боксерского поединка.
Значит, по твоей логике боксеров не существует! Разнимали друзей всем научным миром. Другие полагают, что пока не открытая «человеческая энергия» безличностно отправляется в какое-то хранилище, вроде ноосферы.
Мне ближе другая точка зрения. С утратой физического тела человек переходит в, скажем так, квантовое состояние. Как на самом деле, конечно, никто не знает.
Нам предстоит отказаться от тела и стать чистой энергией. Может, он и в остальном прав? Она предполагает, что внутри нейронов мозга находятся белковые полимеры, которые живут по квантовым законам и порождают наше сознание.
Согласно этой теории, сознание существует после физической гибели тела, а также может отделяться от него и путешествовать по Вселенной при жизни. Пенроуз еще в 1980-е годы показал, что квантовый компьютер будет по определению разумным. Ждать осталось недолго: их запустят через пару лет.
Мы создали материальную цивилизацию, веря, что занимаемся «серьезным делом»: сталь, бетон, мощные машины. Но теперь достижения нашей же цивилизации толкают нас к пониманию, как на самом деле обстоят дела. Пора взрослеть.
Стол, стул, руки, ноги — лишь визуальная интерпретация реального мира.
Дело в том, что сверхтяжёлые элементы от 114-го — флеровия до 118-го — оганесона были синтезированы [1], [2], [3] в реакциях с пучком 48Ca, а самое тяжёлое вещество, которое можно наработать в количестве, достаточном, чтобы сделать мишень — калифорний. Слияние ядер кальция 20-й элемент и калифорния 98-й элемент как раз и образует 118-й элемент — последний из синтезированных на сегодняшний день. Чтобы получить сверхтяжёлые элементы с большим атомным номером надо использовать ядра не кальция, а элементов с большим количеством протонов. Так, для получения 120-го элемента предлагается реакция хрома 54Cr 24-й элемент с мишенью из кюрия 96-й элемент. Исследованием этого снаряда и занят ОИЯИ. Полученный результат позволяет надеяться на успешное использование ядра 54Cr для синтеза 120-го элемента, приступить к которому ОИЯИ планирует в 2025 году.
После этого, видимо, будет сделана попытка синтезировать также ещё не открытый 119-й элемент, бомбардируя Америций 95-й элемент. Рентгеновская подпись атома Команда физиков из нескольких американских лабораторий под руководством профессора Со Вай Хла Saw Wai Hla, Университет Огайо разработала метод, использующий синхротронное рентгеновское излучение для исследования отдельного атома в веществе. В качестве объекта изучения были выбраны атомы железа и тербия. Для решения этой задачи авторы работы сделали своеобразный гибрид рентгеновского спектроскопа и сканирующего туннельного микроскопа, назвав новый метод «синхротронной рентгеновской сканирующей туннельной микроскопией» SX-STM. Исследователи одновременно с туннельным сканированием облучали образец рентгеновским излучением, которое проникало на нижние электронные оболочки, возбуждало близкие к ядру электроны и приводило к их туннелированию. В зависимости от состояния атома его электроны находятся на разных орбиталях, имеют разную энергию и соответственно поглощают фотоны разной длины волны. Регистрируя зависимость туннельного тока от частоты излучения можно распознать не только сам атом, но и его химическое состояние — на каких орбиталях находились электроны 4.
Стерильных нейтрино нет? Отрицательный результат — тоже важный для науки результат. В самом начале 2023 года в журнале Nature физики из коллаборации STEREO сообщили об отрицательном результате поиска стерильных нейтрино с массой порядка одного электронвольта в реакторном эксперименте, проходившем с октября 2017 по ноябрь 2020 года в Институте Лауэ — Ланжевена в Гренобле Франция. Особенность детектора STEREO — наличие шести секций, что позволяет надёжно проверять осцилляции нейтрино при их удалении от реактора, и высокая защита от шумов, которые способны испортить сигнал.
Getty Images Введение. Принципиальная сложность понимания квантовой теории Сложно представить, как выглядела бы наша цивилизация без классической физики и математики. Понятия об абсолютной «объективной реальности, существующей независимо от нашего сознания», о трехмерном евклидовом пространстве и равномерно текущем времени настолько глубоко укоренились в сознании, что мы не замечаем их. А главное, отказываемся замечать, что принципы квантовой физики применимы лишь в некоторых рутинных ситуациях и для объяснения устройства Вселенной оказываются попросту неверны. Это была революция, которую наше сознание не приняло.
Со снисходительностью мы повторяем: «все относительно», «время и пространство едины», — всегда держа в уме, что это допущение, научная абстракция, имеющая мало общего с нашей привычной устойчивой действительностью. На самом же деле как раз наши представления слабо соотносятся с действительностью — удивительной и невероятной. Она быстро развивалась и далеко продвинулась в объяснении Вселенной. Но объяснения эти настолько сложны для восприятия, что до сих пор мало кто может осознать их хотя бы в общих чертах. Это является одной из проблем квантовой физики в целом. Математика, как и музыка, предмет крайне абстрактный, и над адекватным выражением смысла, к примеру, свертывания функций или многомерных рядов Фурье ученые бьются до сих пор. Язык математики строг, но мало соотносится с нашим непосредственным восприятием. В действительности пространство и время нераздельны и образуют единый четырехмерный континуум. Представить его вряд ли возможно, ведь мы привыкли иметь дело только с тремя измерениями.
Волна или частица До конца XIX века атомы считались неделимыми «элементами». Открытие радиации позволило Резерфорду проникнуть под «оболочку» атома и сформулировать планетарную теорию его строения: основная масса атома сосредоточена в ядре. Положительный заряд ядра компенсируется отрицательно заряженными электронами, размеры которых настолько малы, что их массой можно пренебречь. Электроны вращаются вокруг ядра по орбитам, подобно вращению планет вокруг Солнца. Эта теория квантовой физики весьма красивая, но она имеет ряд парадоксов. Во-вторых, в природе атомы сталкиваются миллионы раз в секунду, что ничуть не вредит им — чем объяснить удивительную прочность всей системы? Говоря словами одного из «отцов» квантовой механики Гейзенберга, «никакая планетная система, которая подчиняется законам механики Ньютона, никогда после столкновения с другой подобной системой не возвратится в свое исходное состояние». Кроме того, размеры ядра, в котором собрана практически вся масса, в сравнении с целым атомом чрезвычайно малы. Можно сказать, что атом — пустота, в которой с бешеной скоростью вращаются электроны.
При этом такой «пустой» атом предстает как весьма твердая частица. Объяснение этому явлению выходит за рамки классического понимания. На самом деле на субатомном уровне скорость частицы возрастает тем больше, чем больше ограничивается пространство, в котором она движется. Так что чем ближе электрон притягивается к ядру, тем быстрее он движется и тем больше отталкивается от него. Скорость движения настолько велика, что «со стороны» атом «выглядит твердым», как выглядят диском лопасти вращающегося вентилятора. Впервые подобная «дуэль» состоялась между Ньютоном и Гюйгенсом, которые пытались объяснить свойства света. Ньютон утверждал, что это поток частиц, Гюйгенс считал свет волной. В рамках классической физики примирить их позиции невозможно.
Ключевую теорию квантовой физики наконец-то доказали. Главное
свежие новости дня в Москве, России и мире. Квантовый – последние новости. В 1964 году физик Джон Белл придумал, как различить в эксперименте две версии квантовой механики — ортодоксальную и со скрытыми параметрами. У России большой научный потенциал в области математики, программирования, физики и квантовой механики», – считает Семенников. Или построить новые методы долгосрочной защиты информации на основе квантовой и постквантовой криптографии, которые будут устойчивы к широкому классу атак, поскольку их надёжность сводится к фундаментальным законам физики. Физики впервые ввели в состояние запутанности макрообъекты. Результат будет иметь практическое применение в квантовых коммуникациях и поможет создать новые ультрачувствительные датчики. Новости. Фото дня.
Прорыв уровня Эйнштейна? Создана теория, которая может объяснить весь мир
Антон Цайлингер родился в австрийском городе Рид-им-Иннкрайс в 1945 году. С 1963 года изучал физику и математику в Венском университете, в 1971 году защитил диссертацию по деполяризации нейтронов. После работал в Венском институте атома и читал лекции в ряде ведущих западных университетов. В 1990—2013 годах занимался экспериментальной физикой в университете Инсбрука и Венском университете. В 2013 году стал её руководителем. По признанию мирового экспертного сообщества, работы Цайлингера «заложили концептуальную и экспериментальную основы изучения квантовой физики». За свою научную деятельность австрийский учёный отмечен рядом престижных наград. Напомним, вчера стало известно, что нобелевскую премию в области физиологии и медицины 2022 года присудили шведскому биологу Сванте Пэбу за его открытия в области генома вымерших гоминидов и эволюции человека.
Сравнивать скорость работы Frontier со скоростью работы вашего ноутбука, это как сравнивать скорость улитки и сверхзвукового истребителя", — отметил профессор машиностроения и физики Массачусетского технологического института Сет Ллойд.
А все потому, что в основе японского чуда — не обычные процессоры, а квантовые. Ведь большинство квантовых компьютеров могут работать только при температурах, близких к абсолютному нулю, когда все замедляется и "шум" окружающей среды минимален", — рассказал руководитель группы экспериментальных квантовых вычислений компании — производителя квантовых компьютеров Джери Чоу. Но дело не только в размерах. В классических ЭВМ информация зашифрована в битах, то есть в нулях и единицах, а в квантовых — в кубитах. Один кубит — это атом или фотон — мельчайшая частица вещества или энергии. Причем она одновременно может быть как нулем, так и единицей. Как говорят ученые, такая запутанность позволяет квантовым компьютерам, что называется, "думать" в миллиарды раз быстрее. Они позволяют получить не только количественные результаты за счет ускорения процессов, но и качественные, обеспечивая лучшую адаптацию в средах и ситуациях. Это означает, что квантовые роботы более креативны", — говорит директор кафедры квантовой динамики Института квантовой оптики Общества Макса Планка Герхард Ремпе.
Однако многие видят в них угрозу, ведь они будут в состоянии не только делать за человека механическую работу, но и легко заменят представителей творческих специальностей. Но не все так плохо: всемогущие кванты могут стать и нашими защитниками. Что такое квантовый ключ и как он защитит от мошенников С телефонными мошенниками хоть раз сталкивался каждый. Их главная задача — узнать секретную информацию.
Такими свойствами, расширяющими возможности, могут обладать ионы, фотоны, атомы цезия, лития или рубидия. Алексей Фёдоров, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» Российского квантового центра: «Ловим атом, каждый в специальную ловушку.
Выстраиваем эти атомы в определённом порядке это может быть такая двумерная решетка И при помощи возбуждения заставляем их взаимодействовать. Так наш квантовый компьютер будет инициализировать состояния, выполнять операции. Дальше мы производим считывание. То есть мы считываем состояние атомов. Если он был возбуждён или если он не был возбужден. И в зависимости от этого получаем ответ на поставленный вопрос».
Процесс сложный, но ученые излучают уверенность и делают кубиты также на сверхпроводниках, которым нужны экстремально низкие температуры. Уже есть успехи — американская IT-компания , например, в конце 2022 года представила процессор, внутри которого 433 кубита. Теоретически в нем может одновременно содержаться на много порядков больше бит информации, чем атомов в наблюдаемой Вселенной.
По его словам, эта разработка значительно приблизила мир к созданию всемирной сети квантовых коммуникаций и к разработке распределенных квантовых вычислительных систем, чьи компоненты удалены друг от друга на очень большие расстояния. О квантовой коррекции ошибок Многие физики в настоящее время предполагают, что дальнейшее развитие квантовых компьютеров потребует создания систем, способных автоматически находить и корректировать случайные ошибки в их работе. Подобные сбои неизбежно возникают в работе кубитов, квантовых ячеек памяти и примитивных вычислительных блоков, в результате их взаимодействия с объектами окружающего мира. Ученые обнаружили, что эти случайные сбои в работе квантовых компьютеров можно подавить, если использовать для расчетов так называемые логические кубиты, виртуальные квантовые ячейки памяти, состоящие из нескольких соединенных друг с другом физических кубитов.
Эфир существует! Российские ученые совершили прорыв в фундаментальной физике
Если неравенства не выполняются, частицы можно считать запутанными. Эксперименты, которые доказали нарушение неравенств Белла, первым провел американец Клаузер. Заслуга француза Аспе состоит в том, что ему удалось доказать, что неравенства действительно не выполняются. Австриец Цайлингер смог экспериментально показать возможность квантовой телепортации, то есть изменение квантового состояния частицы из запутанной пары при изменении состояния другой, которая находится далеко от нее.
Запутанные частицы влияют на состояние друг друга, даже если между ними больше тысячи километров. В 2021 году Нобелевской премией по физике были награждены Джорджио Паризи за открытие взаимодействия между беспорядком и флуктуациями в физических системах, а также Клаус Хассельман и Сюкуро Манабе за физическое моделирование климата Земли.
Солнце, Луна, мы с вами плаваем в этом киселе и создаем волны. Кисель искривляется, а мы и не замечаем, потому что погружены в него. Эта вязкая жижа — пространство-время. Ученые поставили тысячи экспериментов, и все они подтвердили правоту Эйнштейна. Другие ученые выдвинули тысячи гипотез, чтобы Эйнштейна опровергнуть, и пока ни у кого не получилось. Квантовая механика — это как будто вы идете сквозь песчаный ураган. В лицо вам бьют песчинки.
Нет никакого киселя, вообще ничего вязкого и непрерывного. Есть сикстиллионы частиц, про которые мы ничего не знаем и принципиально а не потому, что у нас плохие приборы никогда не узнаем. В этом мире все странно. Можно общаться быстрее скорости света. Путешествовать во времени. Телепатировать и телепортировать. Возможно вообще все. Сотни опытов подтвердили, что все так и есть. Ни единого свидетельства против.
Профессор Джонатан Оппенгейм выступил с революционной теорией, которая призвана спасти физику. Фото: Личная страница героя публикации в соцсети Если бы квантовые физики и сторонники Эйнштейна сели играть в фантастические шахматы, где каждая фигура — спор и противоречие между ними, стороны выставили бы по несколько сотен фигур. Но среди них была бы одна, Король, который есть суть непримиримого спора. Между нами все порвато и ногами растоптато. Имя Королю — гравитация. Эйнштейн считает, что гравитация — это искривление пространства-времени, и вообще этой «силы» как таковой нет. Гравитация это скорее форма. Квантовая механика говорит, что гравитация - это поле, как электрическое, магнитное, и его переносит квант, единица гравитационного воздействия. Которого никто не видел.
Взять ту же теорию струн.
Самые интересные проекты, открытия и исследования, а также информация о конкурсах и мероприятиях в вузах и научных центрах России в одном удобном формате. Будьте в курсе событий Десятилетия науки и технологий! Десятилетие науки и технологий в России Российская наука стремительно развивается.
После распада они станут удаляться от зоны рождения в различных направлениях. Поставим на их пути магнитные детекторы, измеряющие спин. В идеальной модели такого прибора электроны движутся сквозь щель, пронизанную параллельными силовыми линиями постоянного, но неоднородного магнитного поля на деле, естественно, всё несколько сложнее.
Из-за своей квантовой природы до измерения спин вообще не имеет определенной ориентации, а после него он ориентируется либо в направлении поля, либо против него скажем, вверх или вниз, если поле вертикально. Теперь проведем ЭПР-эксперимент «по Бому». Пусть один детектор сообщил, что спин «его» электрона направлен вверх. Теперь можно утверждать, что спин второго электрона глядит вниз. И опыт это подтверждает. Пусть второй электрон движется в сторону более удаленного детектора с такой же ориентацией поля. Этот прибор с некоторой задержкой отметит, что электронный спин направлен вниз, как и ожидалось.
Таким образом, мы достоверно предсказали спин второй частицы, никак на нее не воздействуя. Согласно логике ЭПР, направление ее спина считается элементом физической реальности. В чем же парадокс? Допустим, что детекторы ориентированы иначе, скажем слева направо. Если спин одного электрона смотрит вправо, мы должны заключить, что спин второго направлен влево. Странный это элемент физической реальности, если его можно изменять по собственному усмотрению! Но это еще полбеды.
Установим теперь ближний детектор вертикально, а дальний — ортогонально ему, слева направо. Если наблюдатель у первого детектора увидит, что спин смотрит вверх, он посчитает, что спин электрона-партнера направлен вниз. Однако второй прибор регистрирует значения спина не по вертикали, а перпендикулярно ей. Квантовомеханические расчеты показывают, что при повторении этого эксперимента спин второго электрона в половине случаев будет смотреть вправо, а в половине — влево. Тогда второй наблюдатель вроде бы сможет с полным основанием заключить, что спин первого электрона направлен, соответственно, влево или вправо. В итоге выводы двух наблюдателей окажутся несовместимыми друг с другом. Что же делать с физической реальностью?
С точки зрения Бора, никакого парадокса тут нет. Если ориентация спина возникает лишь в ходе измерения, то не приходится говорить о ней вне экспериментального контекста. Однако вспомним, что мы вольны в выборе детекторов. Откуда спину заранее знать, в каком направлении его измерят? Похоже, что первый электрон мгновенно сообщает своему близнецу о том, что он проскочил через детектор. Но ведь никакого физического взаимодействия между ними нет, так как же они ухитряются общаться? Так что, если задуматься, копенгагенская интерпретация тоже не беспроблемна.
Из этого тупика можно выбраться с помощью догадки Шрёдингера: система из двух связанных общим процессом рождения электронов принципиально нелокальна, так уж устроен мир. Отсюда с необходимостью следует, что квантовые корреляции сильнее классических. Тогда всё встает на свои места. Мы изготовили пару электронов в спутанном состоянии, отсюда и вся необычность их поведения в ЭПР-эксперименте. Но Шрёдингер сформулировал свою гипотезу словесно, для физики этого маловато. Можно ли перевести ее на язык чисел, чтобы проверить с помощью измерений? Белловский прорыв Эту задачу первым поставил и успешно разрешил чрезвычайно одаренный ирландский физик, имя которого, к сожалению, и сейчас не слишком известно широкой публике.
Уроженец Белфаста Джон Стюарт Белл 1928—1990 прожил недолго, злая судьба послала ему раннюю смерть от кровоизлияния в мозг. Он долго работал в Европейском центре ядерных исследований, где много сделал в области теории элементарных частиц и конструирования ускорителей. В 1964 году Белл, который тогда получил отпуск в ЦЕРНе ради временного пребывания в Брандейском и Висконсинском университетах, заинтересовался основами квантовой механики, в частности ЭПР-парадоксом. Результатом этих раздумий стало строгое математической доказательство возможности надежной экспериментальной проверки гипотезы существования спутанных состояний J. Bell, 1964. On the Einstein Podolsky Rosen paradox. Его иногда именуют теоремой Белла, хотя он сам в своей статье это название не использовал.
Джон Белл 1979 год. Фото с сайта en. Белл сформулировал первое из названных его именем неравенств, которые в принципе как раз и позволяют осуществить проверку гипотезы скрытых параметров. В содержательном плане суть его выводов состоит в утверждении, что никакое описание микропроцессов, основанное на этой гипотезе, не может объяснить все без исключения статистические результаты, получаемые в рамках стандартной квантовой механики. Со временем в теоретической физике возникло целое направление, посвященное поиску новых вариантов теоремы Белла. Математика первой статьи Белла в принципе не слишком сложна, но для воспроизведения в популярном тексте, конечно, не подходит. Однако суть его выводов можно передать и без технических деталей.
Белл показал, как можно подтвердить или опровергнуть реальность спутанных состояний на основе бомовской версии мысленного эксперимента ЭПР. Во-первых, нужно использовать не два детектора спина, а не меньше трех, а еще лучше — четыре. Во-вторых, детекторы следует располагать не параллельно или ортогонально, а под произвольными углами. Вот идеальная схема такого контрольного эксперимента. Пусть вновь имеется источник электронных пар с нулевым суммарным спином, посылающий частицы в противоположных направлениях, скажем влево и вправо. Поставим там по паре магнитных детекторов, повернув их по отношению друг к другу на произвольный угол. После каждого «включения» источника срабатывает один левый и один правый детектор, но какие именно — заранее не известно.
А дальше — самое главное. В итоге получим функцию назовем ее S , зависящую от угла, под которым установлены детекторы для интересующихся, речь идет о математическом ожидании. Из теоремы Белла следует, что для неспутанных частиц значения этой функции при любом расположении детекторов всегда лежат в промежутке от минус двух до плюс двух это и есть одна из версий неравенства Белла. Такой вывод следует лишь из предположения, что каждый член любой электронной пары, уйдя от источника, сохраняет свое собственное состояние, не подвергаясь воздействию далекого близнеца. Если же это не так, если электроны-партнеры даже вдали от источника не локализованы в полностью автономных состояниях, а связаны друг с другом квантовомеханической спутанностью, то выполнение неравенства Белла не гарантируется. Более того, из квантовомеханических вычислений следует, что при каких-то ориентациях детекторов численное значение функции S может быть как больше двух, так и меньше минус двух. Следовательно, экспериментальная проверка неравенства Белла в принципе открывает путь к решению проблемы существования спутанных состояний.
Однако это было только начало длинной цепочки исследований. Белл в своей статье описал мысленный эксперимент, в котором могли бы быть проверены сделанные им выводы, однако его схема не годилась для реализации «в железе». Holt опубликовали работу с новой версией белловского неравенства, которая уже допускала экспериментальную проверку J. Clauser et al. Proposed experiment to test local hidden-variable theories. Эта статья, известная по ссылкам как CHSH, стала важным этапом в развитии белловского подхода к проверке основ квантовой механики. Клаузер, Аспе и другие Выполнить такую проверку удалось далеко не сразу.
Поиск аксионов
- Квантовая физика |
- ПРИЗРАЧНО ВСЕ
- Сообщить об ошибке
- Любопытные новости квантовой физики - Эзопланета - Форум о магии
- Сломали систему
Международная гонка кубитов
- Смотрите также
- Экспериментаторы надеются зафиксировать колебания массы атомов / Наука / Независимая газета
- ПУБЛИКАЦИИ
- Планетарная теория. Волна или частица
Нобелевская премия по физике — 2022
Главным научным прорывом 2023 года в области квантовой физики стала разработка и проверка работы сразу нескольких квантовых компьютеров, способных автоматически. События и новости 24 часа в сутки по тегу: ФИЗИКА. В частности, в квантовой физике постулируется, что квантовые законы реализуются на сверхмалых расстояниях и в мире сверхмалых частиц. Изучение суперхимии открывает дорогу к ускорению химических реакций, а суперпарамагнетизма — к созданию очень мощных и быстрых компьютеров, работающих при комнатной температуре. Подробности — в обзоре новостей квантовой физики.
Эфир существует! Российские ученые совершили прорыв в фундаментальной физике
Квантовая физика – это раздел физики, который изучает поведение элементарных частиц на микроуровне, используя квантовую механику. Главным научным прорывом 2023 года в области квантовой физики стала разработка и проверка работы сразу нескольких квантовых компьютеров, способных автоматически корректировать случайные ошибки, возникающие в процессе их работы. В этой теме собраны новости о теоретических и практических достижениях квантовой физики. Новости физики в Интернете — раздел журнала Успехи физических наук, ежемесячно публикующего обзоры современного состояния наиболее актуальных проблем физики и смежных с нею наук. В данном обзоре новостей представлены последние открытия в физике.