Квантовая запутанность — квантовомеханическое явление, при котором квантовые состояния двух или большего числа объектов оказываются взаимозависимыми

Тахион – это гипотетическая частица, которая может двигаться со скоростью, превышающую световую.

Впервые подобную частицу рассмотрел в 1904 году немецкий физик Зоммерфельд, а математическое описание поведения таких частиц разработал американский физик Юджин Вигнер.

Чтобы двигаться со сверхсветовой скоростью, тахионам приходится иметь мнимую массу. Тогда в рамках специальной теории относительности тахион обладает весьма интересными свойствами: его нельзя затормозить до скорости света, как обычную частицу нельзя до нее разогнать. Ведь при замедлении тахиона его энергия увеличивается, а при замедлении до скорости света она будет бесконечной.

Увидеть приближение тахиона тоже невозможно. Однако когда он пройдет ближайшую к наблюдателю точку, то можно будет увидеть объект, разделяющийся на две части, которые движутся в противоположных направлениях.

Экспериментально тахионы не обнаружены, и не известно существуют ли они вообще. Поэтому пока ученым приходится строить только гипотезы об их возможных свойствах.

Что почитать тем, кто только знакомиться с миром квантовой физики и тем, кто уже далеко продвинулся в этом деле?

Алена Мастюкова (научный сотрудник группы «Квантовые информационные технологии» РКЦ, аспирант МФТИ кафедры РКЦ) специально для ПостНауки собрала 5 книг о квантовой механике, которые будут полезны любителям квантовой физики, студентам и молодым ученым.

https://postnauka.ru/books/156327

Друзья, у нас хорошие новости: сразу два наших учёных попали в лонг-лист ежегодного рейтинга Forbes «30 до 30»!

Руководитель научной группы QRate (компании — спин-оффа РКЦ) Александр Дуплинский и заместитель руководителя научной группы «Прецизионные квантовые измерения» РКЦ Илья Семериков попали в категорию «Наука и технологии».

Давайте поможем нашим ребятам! Проголосовать можно только за одного кандидата в каждой категории:
https://30-under-30.forbes.ru/#nauka-i-tehnologii

Пришла пора для ЕЖЕНЕДЕЛЬНОГО КВАНТОВОГО ДАЙДЖЕСТА НОВОСТЕЙ

🔬Российские ученые разработают квантовые сенсоры на основе атомного чипа

В Институте спектроскопии РАН под руководством профессора Виктора Былыкина изготовлен портативный «атомный чип», который позволит уменьшить размеры сенсоров, используемых в сверхчувствительных измерительных приборах.

🔬Установлен новый рекорд времени хранения квантовой информации

Ученые из университета Женевы смогли сохранить квантовую информацию в кристалле в течении 20 миллисекунд при температуре 3,5K, что 40 раз превысило предыдущий рекорд для твердотельной квантовой памяти.

🔬Продемонстрирован первый квантово-оптический мемристор

Научные группы из университета Вены и Миланского политехнического института представили интегрально-оптический элемент, способный изменять прозрачность в зависимости от интенсивности потока фотонов и таким образом кодировать передаваемую квантовую информацию.

В настоящее время квантовые вычисления — это передовое и быстро развивающееся направление в современной науке.

Самые именитые научные центры и технические корпорации занимаются разработкой квантового компьютера. Идет гонка за квантовое превосходство. И это понятно, ведь за квантовыми технологиями — будущее!

Но давайте вернемся в самое начало зарождения квантовых вычислений и проследим за важными этапами развития квантового компьютера.

1980 год — Ричард Фейнман и Юрий Манин независимо друг от друга выдвигают идею квантового компьютера.
1982 год — Пауль Бениофф предложил первую теоретическую схему работы квантового компьютера.
1985 год — Дэвид Дойч впервые описал квантовую машину Тьюринга.
1994 год — Питер Шор открыл важнейший квантовый алгоритм, ныне носящий его имя.
1996 год — Лов Гровер создал квантовый алгоритм поиска в базе данных.
1998 год — Первая экспериментальная демонстрация выполнения квантового алгоритма Дойча — Йожи. А также представлен первый работающий трех кубитный ЯМР-компьютер (компьютер работающий на явлении ядерного магнитного резонанса).
2001 год — Первое полное выполнение алгоритма Шора продемонстрировано в исследовательском центре компании IBM.
2007 год — Канадская компания D-Wave Systems заявила о создании 28-кубитного специализированного квантового компьютера.
2008 год — В Национальном институте стандартов и технологий впервые удалось собрать программируемый квантовый компьютер, состоящий из двух кубит.
2011 год — Компания D-Wave Systems продала компьютер со 128-кубитным чипсетом, который выполняет только одну задачу — дискретную оптимизацию.
2015 год — Квантовая информация была закодирована простыми электрическими импульсами.
2016 год — Google, используя массив из 9 сверхпроводящих кубитов, смоделировали молекулу водорода.
2017 год — Microsoft представила язык квантового программирования интегрированный в Visual Studio.
2018 год — В MIT открыли новую форму света, состоящую из двух или трех квантово связанных фотонов (на основе поляритонов), которая в перспективе может быть использована в квантовых компьютерах.
2019 год — IBM представила первый в мире коммерческий квантовый компьютер.
2020 год — Китайский квантовый компьютер «Цзючжан» работающий на запутанных фотонах достиг квантового превосходства.
2021 год — Исследователи из MIT представили программируемый квантовый симулятор, способный работать с 256 кубитами.

Рекомендуем вам посмотреть очень занимательный видеоролик, в котором доктор физико-математических наук Алексей Рубцов объясняет парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена.

Также Алексей Рубцов расскажет о поведении фотона в интерферометре и о том, почему наша привычная логика отказывает, когда мы начинаем думать про квантово-механические свойства.

Сегодня мы расскажем историю, как физик Джон Белл придумал пример для упрощенного понимания парадокса Эйнштейна-Подольского-Розена.

В своей статье «Носки Бертлмана и природа реальности» Белл использовал пример своего коллеги по работе в CERN доктора Рейнхолда Бертлмана. Отличаясь своей рассеянностью, Бертлман нередко приходил на работу в разных носках. Предугадать заранее, на какой ноге какого цвета носок окажется сегодня, было невозможно. Однако достаточно было увидеть, допустим, розовый носок на левой ноге, чтобы заключить, что на правой ноге носок будет каким угодно, но не розовым — даже если правая нога ещё не видна.

Аналогично происходит и в ЭПР-парадоксе. Если в квантово-запутанной паре фотонов один фотон «розовый» (имеет спин с позитивной спиральностью), то второй очевидным образом «не розовый» (негативная спиральность). Это весьма логично, и Белл делает вывод: «Мы словно бы пришли к отрицанию реальности носков Бертлмана. Откуда второй носок знает, что творится с первым?»

Термин «Аромат» используют для названия ряда квантовых чисел, которые характеризуют тип кварка или лептона.

Всего существует шесть кварковых ароматов: верхний, нижний, странный, очаровательный, прелестный и истинный.

Первая открытая частица получила название «странной». Два самых легких кварка были названы «верхний» и «нижний». Частица, состоящая из c-кварка и антикварка, была названа «очаровательной». b-кварк назвали «прелестным» . А самый тяжелый кварк получил название «истинный»

Сам термин «аромат» впервые появился в кварковой модели адронов в 1970 году. Такое название, согласно легенде, придумали Мюрреей Гелл-Манн и Гаральд Фрич, вдохновившись рекламой популярного кафе, слоган которого гласил: «Оцените ароматы. Аромат имеет значение».

Квантовая флуктуация — отклонение от среднего значения случайной величины, характеризующей систему из большого числа хаотично взаимодействующих частиц

Сегодня мы расскажем о шуточной физической теории, которая носит название «Слон фон Неймана».

Суть этой теории заключается в том, что она содержит так много параметров, которые можно произвольно варьировать, что какая-то их комбинация неизбежно будет соответствовать любым экспериментальным результатам.

Происхождение этой теории берет свое начало в 1953 году, когда Фримен Дайсон приехал к Энрико Ферми рассказать ему о своих результатах работы над псевдоскалярной мезонной теорией. Ферми скептически отнесся к ней, даже несмотря на то, что экспериментальные значения сошлись с теоретическими.

Чтобы объяснить свою позицию обескураженному Дайсону, он указал на наличие произвольных параметров в модели и отметил:
«Мой друг Джонни фон Нейман говорил, что с четырьмя параметрами он может описать слона, а с пятым — заставить его махать хоботом»

Как известно, существует всего четыре типа фундаментальных взаимодействий. Сильное, где частицей-переносчиком является глюон; слабое, переносимое W и Z бозонами, электромагнитное, переносимое фотонами и гравитационное взаимодействие, у которой на данной момент нет своей частицы-переносчика.

На роль такой частицы претендует гравитон. Гравитон – это только гипотетическая безмассовая частица, которая должна всегда двигаться со скоростью света. Попытки расширить Стандартную модель гравитонами заканчиваются серьёзными теоретическими сложностями, но в рамках теории струн и других квантовых теорий гравитон имеет место на существование.

Однако из-за чрезвычайной слабости гравитационных взаимодействий экспериментальное подтверждение существования гравитона в настоящее время не представляется возможным.

Несмотря на это, термин гравитон часто используют в научной фантастике. Так, в фантастическом сериале «Star Trek» зведолёты снабжены технологиями на основе гравитонов.

Сегодня мы расскажем вам о шуточном эффекте Паули, который прочно вошел в обиход ученых-физиков.

Эффект Паули утверждает, что присутствие некоторых людей (в особенности — самого нобелевского лауреата Вольфганга Паули) способно негативно влиять на ход экспериментов и работу точных приборов.

Один из наиболее ярких случаев проявления эффекта Паули, согласно легенде, был таков. Однажды в лаборатории Джеймса Франка в Гёттингене сложный экспериментальный прибор для изучения атомных явлений по совершенно необъяснимой причине вышел из строя. Франк написал о случившемся Паули в Цюрих.

В ответ пришло письмо с датской маркой, в котором Паули писал, что он ездил проведать Нильса Бора, и во время загадочного происшествия в лаборатории Франка поезд, в котором ехал Паули, как раз совершал остановку в Гёттингене.

Руководитель проектного офиса по квантовым технологиям Госкорпорации «Росатом» Руслан Юнусов сходил в гости в подкаст о науке и технологиях «Будь что будет» и максимально просто рассказал о квантовом компьютере.

Когда вместо обычного ноутбука мы начнем работать на квантовом? На какие фундаментальные вопросы о Вселенной поможет ответить квантовый компьютер? Почему никто до сих пор не знает, как он работает? Почему квантовая физика это мистика? Как компьютер будущего делают из атомов и вакуума и какие задачи ученые мечтают решить с помощью него? Ответы на все эти вопросы вы узнаете из подкаста:

https://podcast.ru/e/8~nzleO-fmw

Сегодня мы поговорим про экзотические WIMP частицы.

Вимп — это гипотетическая слабовзаимодействующая массивная частица, которая является кандидатами на роль основного компонента холодной тёмной материи, дающей четверть вклада в общую плотность Вселенной.

Термин WIMP был предложен в 1986 году американским космологом Майклом Тернером, который является также автором термина «тёмная материя». Этот акроним связан со значением английского слова wimp — «зануда, слабак». В русскоязычной литературе нет устоявшегося термина для этого понятия, однако он широко используется в разговорной речи специалистов.

Масса вимпов должна быть как минимум в несколько десятков раз больше массы протона. Также предполагается, что из четырёх фундаментальных взаимодействий вимпы участвуют только в слабом и гравитационном. Поэтому реликтовые вимпы очень трудно обнаружить экспериментально.

Было принято множество попыток обнаружения вимпов, но достоверных данных о точной регистрации этих экзотических частиц на данный момент нет

Сегодня мы расскажем одну интересную историю, связанную с увлечением Альберта Эйнштейна игрой на скрипке.

Однажды Эйнштейн выступал на благотворительном концерте вместе с известным виолончелистом Григорием Пятигорским. Журналист, который должен был написать отчет о концерте, обратился к одной из слушательниц и, указывая на Эйнштейна, шепотом спросил:
«Вы не знаете, как зовут этого человека с усами и скрипкой?» - «Вы что! – воскликнула дама – ведь это сам великий Эйнштейн!»

Смутившись, журналист поблагодарил ее и принялся что-то писать в блокнот. На следующий день в газете появилась статья о том, что на концерте выступал выдающийся композитор и несравненный скрипач-виртуоз по фамилии Эйнштейн, который своим мастерством затмил самого Пятигорского.

Это настолько позабавило Эйнштейна, что он вырезал эту заметку и при случае говорил своим знакомым: «Вы думаете, что я ученый? Это глубокое заблуждение! На самом деле я знаменитый скрипач!»

В сегодняшнем посте мы затронем тему моделей атомов. А именно историческую последовательность развития основных моделей атомов.

Еще в V веке до н.э. древнегреческий философ Демокрит выделял некие «кусочки материи». По его мнению, свойства того или иного вещества определяются формой, массой и прочими характеристиками образующих его «атомов».

Далее, на протяжении десятков веков философы, естествоведы и физики выдвигали свои предположения о том, из чего состоит наш мир.

Первую структурированную модель предложил Джозеф Томпсон в 1904 году, где предложил рассматривать атом как некоторое положительно заряженное тело с заключёнными внутри него электронами.

В том же 1904 году японский физик Хантаро Нагаока предложил модель атома, построенную по аналогии с планетой Сатурн. В этой модели вокруг маленького положительного ядра по орбитам вращались электроны, объединённые в кольца.

Опроверг все имеющиеся до этого модели Эрнест Резерфорд в 1911 году. Проделав ряд экспериментов, он пришёл к выводу, что атом представляет собой подобие планетной системы, в которой электроны движутся по орбитам вокруг расположенного в центре атома тяжёлого положительно заряженного ядра.

Однако описание атома Резерфордом вошло в противоречие с классической электродинамикой, согласно которой электрон должен был упасть на ядро, быстро растеряв энергию

Объяснил все противоречия Нильс Бор со своими постулатами, которые сводились к тому, что электрон в атоме, находясь в некоторых специальных энергетических состояниях, не излучает энергию.

Дальнейшее изучение излучения атома привело к созданию квантовой механики, которая позволила объяснить подавляющее большинство наблюдаемых фактов.

Современная модель атома является развитием планетарной модели Бора-Резерфорда. Согласно современной модели, ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов и окружено отрицательно заряженными электронами.

Электроны обладают как свойствами частицы, так и свойствами волны. Другими словами, о местоположении электрона в определенной точке можно судить не точно, а с определенной долей вероятности. В процессе своего движения в атоме они формируют электронное облако - модель состояния электрона в атоме. Вращающийся вокруг ядра электроны, движутся в определенной области пространства, являющейся наиболее энергетически выгодной.