Τα μικρότερα γεγονότα κλίμακας έχουν τεράστιες συνέπειες. Και κανένα πεδίο επιστήμης δεν δείχνει ότι είναι καλύτερο από την κβαντική φυσική, η οποία διερευνά τις παράξενες συμπεριφορές - κυρίως - πολύ μικρών πραγμάτων. Το 2019, τα κβαντικά πειράματα πήγαν σε καινούργια και ακόμη πιο περίεργα μέρη και η πρακτική κβαντική πληροφορική εισέβαλε όλο και πιο κοντά στην πραγματικότητα, παρά τις διαμάχες. Αυτά ήταν τα πιο σημαντικά και εκπληκτικά κβαντικά γεγονότα του 2019.
Η Google ισχυρίζεται ότι "η κβαντική υπεροχή"
Εάν ένα κβαντικό στοιχείο ειδήσεων από το 2019 κάνει τα βιβλία ιστορίας, θα είναι πιθανώς μια μεγάλη ανακοίνωση που ήρθε από την Google: Η τεχνολογική εταιρεία ανακοίνωσε ότι είχε επιτύχει "κβαντική υπεροχή". Αυτός είναι ένας φανταχτερός τρόπος να λέει ότι η Google είχε κατασκευάσει έναν υπολογιστή που θα μπορούσε να εκτελέσει ορισμένα καθήκοντα ταχύτερα από ό, τι θα μπορούσε να έχει κάποιος κλασικός υπολογιστής. (Η κατηγορία των κλασσικών υπολογιστών περιλαμβάνει κάθε μηχάνημα που βασίζεται σε κανονικά παλιά 1 και 0, όπως η συσκευή που χρησιμοποιείτε για να διαβάσετε αυτό το άρθρο.)
Η διεκδίκηση της κβαντικής υπεροχής της Google, εάν τεκμηριωθεί, θα σημάνει ένα σημείο καμπής στην ιστορία της πληροφορικής. Οι κβαντικοί υπολογιστές στηρίζονται σε περίεργες φυσικές επιδράσεις μικρής κλίμακας, όπως η εμπλοκή, καθώς και ορισμένες βασικές αβεβαιότητες στο νανοσύμπλοκο, για να πραγματοποιήσουν τους υπολογισμούς τους. Θεωρητικά, η ποιότητα αυτή δίνει ορισμένα πλεονεκτήματα σε σχέση με τους κλασσικούς υπολογιστές. Μπορούν εύκολα να σπάσουν τα κλασικά προγράμματα κρυπτογράφησης, να στείλουν τέλεια κρυπτογραφημένα μηνύματα, να τρέξουν μερικές προσομοιώσεις ταχύτερα από ό, τι οι κλασικοί υπολογιστές μπορούν και γενικά να λύσουν σκληρά προβλήματα πολύ εύκολα. Η δυσκολία είναι ότι κανείς δεν έκανε ποτέ έναν κβαντικό υπολογιστή αρκετά γρήγορο για να εκμεταλλευτεί αυτά τα θεωρητικά πλεονεκτήματα - ή τουλάχιστον κανείς δεν είχε, μέχρι το κατόρθωμα της Google φέτος.
Όλοι δεν αγοράζουν την υπεροχή της τεχνολογίας της εταιρείας. Ο Subhash Kak, ένας κβαντικός σκεπτικός και ερευνητής στο κρατικό πανεπιστήμιο της Οκλαχόμα, περιέγραψε αρκετούς από τους λόγους για αυτό το άρθρο για τη ζωντανή επιστήμη.
Διαβάστε περισσότερα σχετικά με την επίτευξη της κβαντικής υπεροχής από την Google.
Το κιλό πηγαίνει κβαντικό
Ένα άλλο κβαντικό σημείο καμπής του 2019 προήλθε από τον κόσμο των βαρών και των μέτρων. Το πρότυπο κιλό, το φυσικό αντικείμενο που όρισε τη μονάδα μάζας για όλες τις μετρήσεις, ήταν από καιρό ένας κύλινδρος 130 ετών, λευκόχρυσος-ιριδίου που ζυγίζει 2,2 λίβρες. και κάθονται σε ένα δωμάτιο στη Γαλλία. Αυτό άλλαξε φέτος.
Το παλιό κιλό ήταν αρκετά καλό, αλλά μετά από δεκαετίες μεταβαλλόταν μαζικά. Αλλά το νέο κιλό είναι τέλειο: Με βάση τη θεμελιώδη σχέση μεταξύ μάζας και ενέργειας, καθώς και μια ιδιορρυθμία στη συμπεριφορά της ενέργειας σε κβαντικές κλίμακες, οι φυσικοί ήταν σε θέση να φτάσουν στον ορισμό του κιλού που δεν θα αλλάξει καθόλου μεταξύ φέτος και το τέλος του σύμπαντος.
Διαβάστε περισσότερα για το τέλειο χιλιόγραμμο.
Η πραγματικότητα έσπασε λίγο
Μια ομάδα φυσικών σχεδίασε ένα κβαντικό πείραμα που έδειξε ότι τα πραγματικά στοιχεία αλλάζουν ανάλογα με την προοπτική σας στην κατάσταση. Οι φυσικοί πραγματοποίησαν ένα είδος "εκτίναξης κερμάτων" χρησιμοποιώντας φωτόνια σε ένα μικροσκοπικό κβαντικό υπολογιστή, βρίσκοντας ότι τα αποτελέσματα ήταν διαφορετικά σε διάφορους ανιχνευτές, ανάλογα με τις προοπτικές τους.
«Δείχνουμε ότι, στον μικρο-κόσμο των ατόμων και των σωματιδίων που διέπεται από τους περίεργους κανόνες της κβαντικής μηχανικής, δύο διαφορετικοί παρατηρητές δικαιούνται τα δικά τους γεγονότα», έγραψαν οι πειραματιστές σε ένα άρθρο για τη ζωντανή επιστήμη. "Με άλλα λόγια, σύμφωνα με την καλύτερη θεωρία μας για τα δομικά στοιχεία της ίδιας της φύσης, τα γεγονότα μπορούν πραγματικά να είναι υποκειμενικά."
Διαβάστε περισσότερα για την έλλειψη αντικειμενικής πραγματικότητας.
Η εμπλοκή πήρε τη λάμψη της
Για πρώτη φορά, οι φυσικοί έκαναν μια φωτογραφία του φαινομένου που ο Αλβέρτος Αϊνστάιν περιγράφει ως «τρομακτική δράση από απόσταση», όπου δύο σωματίδια παραμένουν σωματικά συνδεδεμένα παρά το γεγονός ότι χωρίζονται σε αποστάσεις. Αυτό το χαρακτηριστικό του κβαντικού κόσμου έχει από καιρό πειραματικά επαληθευτεί, αλλά ήταν η πρώτη φορά που το έβλεπε κάποιος.
Διαβάστε περισσότερα για την αξέχαστη εικόνα της εμπλοκής.
Κάτι μεγάλο πήγε σε πολλές κατευθύνσεις
Με κάποιους τρόπους το εννοιολογικό αντίθετο της εμπλοκής, η κβαντική υπέρθεση επιτρέπει σε ένα μόνο αντικείμενο να βρίσκεται σε δύο (ή περισσότερα) σημεία ταυτόχρονα, μια συνέπεια της ύλης που υπάρχει τόσο ως σωματίδια όσο και ως κύματα. Τυπικά, αυτό επιτυγχάνεται με μικροσκοπικά σωματίδια όπως τα ηλεκτρόνια.
Αλλά σε ένα πείραμα του 2019, οι φυσικοί κατάφεραν να βγάλουν την υπέρθεση στην μεγαλύτερη κλίμακα ποτέ: χρησιμοποιώντας μόρια 2.000 ατόμων από τον κόσμο της ιατρικής επιστήμης γνωστά ως "ολιγο-τετραφαινυλοπορφυρίνες εμπλουτισμένες με αλυσίδες φθοροαλκυλοσουλφανυλίου".
Διαβάστε σχετικά με την επίτευξη της υπέρθεσης σε μακροοικονομική κλίμακα.
Η θερμότητα διέσχισε το κενό
Υπό κανονικές συνθήκες, η θερμότητα μπορεί να διασχίσει ένα κενό μόνο με έναν τρόπο: με τη μορφή ακτινοβολίας. (Αυτό είναι που αισθάνεστε όταν οι ακτίνες του ήλιου διασχίζουν χώρο για να κτυπήσουν το πρόσωπό σας σε μια καλοκαιρινή μέρα.) Διαφορετικά, στα πρότυπα φυσικά μοντέλα, η θερμότητα κινείται με δύο τρόπους: Πρώτον, τα ενεργοποιημένα σωματίδια μπορούν να χτυπήσουν σε άλλα σωματίδια και να μεταφέρουν την ενέργεια τους . (Τυλίξτε τα χέρια σας γύρω από ένα ζεστό φλιτζάνι τσάι για να νιώσετε αυτό το αποτέλεσμα.) Δεύτερον, ένα θερμό υγρό μπορεί να μετατοπίσει ένα ψυχρότερο υγρό. (Αυτό συμβαίνει όταν γυρίζετε τον θερμαντήρα στο αυτοκίνητό σας, πλημμυρίζοντας το εσωτερικό με ζεστό αέρα.) Έτσι, χωρίς ακτινοβολία, η θερμότητα δεν μπορεί να περάσει από κενό.
Αλλά η κβαντική φυσική, όπως συνήθως, σπάει τους κανόνες. Σε ένα πείραμα του 2019, οι φυσικοί εκμεταλλεύτηκαν το γεγονός ότι στην κβαντική κλίμακα τα κενά δεν είναι πραγματικά κενά. Αντ 'αυτού, είναι γεμάτες μικροσκοπικές, τυχαίες διακυμάνσεις που εμφανίζονται και ξεφεύγουν από την ύπαρξη. Σε μια αρκετά μικρή κλίμακα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η θερμότητα μπορεί να διασχίσει ένα κενό, μεταπηδώντας από τη μια διακύμανση στην επόμενη σε ολόκληρο τον φαινομενικά κενό χώρο.
Διαβάστε περισσότερα σχετικά με τη διάχυση της θερμότητας σε όλο το κβαντικό κενό του χώρου.
Η αιτία και η επίδραση μπορεί να έχουν πάει πίσω
Αυτό το επόμενο εύρημα απέχει πολύ από μια πειραματικά εξακριβωμένη ανακάλυψη και είναι ακόμη πολύ έξω από τη σφαίρα της παραδοσιακής κβαντικής φυσικής. Αλλά οι ερευνητές που εργάζονται με την κβαντική βαρύτητα - ένα θεωρητικό κατασκεύασμα που σχεδιάστηκε για να ενοποιήσει τους κόσμους της κβαντικής μηχανικής και της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν - έδειξε ότι κάτω από ορισμένες συνθήκες ένα γεγονός μπορεί να προκαλέσει ένα φαινόμενο που συνέβη νωρίτερα στο χρόνο.
Ορισμένα πολύ βαριά αντικείμενα μπορούν να επηρεάσουν τη ροή του χρόνου στο άμεσο περιβάλλον τους λόγω γενικής σχετικότητας. Γνωρίζουμε ότι αυτό είναι αλήθεια. Και η κβαντική υπέρθεση υπαγορεύει ότι τα αντικείμενα μπορούν να βρίσκονται σε πολλαπλά σημεία ταυτόχρονα. Βάλτε ένα πολύ βαρύ αντικείμενο (σαν έναν μεγάλο πλανήτη) σε μια κατάσταση κβαντικής υπέρθεσης, οι ερευνητές έγραψαν και μπορείτε να σχεδιάσετε σενάρια σενάριο όπου αιτία και αποτέλεσμα λαμβάνουν χώρα με λάθος τάξη.
Διαβάστε περισσότερα σχετικά με την αντιστροφή αιτίας και αποτελέσματος.
Κβαντική σήραγγα ραγισμένη
Οι φυσικοί έχουν γνωρίσει εδώ και καιρό ένα περίεργο φαινόμενο γνωστό ως "κβαντική σήραγγα", στο οποίο τα σωματίδια φαίνεται να περνούν μέσα από φαινομενικά αδιαπέραστα εμπόδια. Δεν είναι επειδή είναι τόσο μικρός που βρίσκουν τρύπες, όμως. Το 2019, ένα πείραμα έδειξε πώς συμβαίνει αυτό πραγματικά.
Η κβαντική φυσική λέει ότι τα σωματίδια είναι επίσης κύματα και μπορείτε να σκεφτείτε αυτά τα κύματα ως προβλέψεις πιθανότητας για την τοποθεσία του σωματιδίου. Αλλά είναι ακόμα κύματα. Καταστρέψτε ένα κύμα ενάντια σε ένα εμπόδιο στον ωκεανό και θα χάσει κάποια ενέργεια, αλλά ένα μικρό κύμα θα εμφανιστεί στην άλλη πλευρά. Παρόμοιο φαινόμενο συμβαίνει στον κβαντικό κόσμο, διαπίστωσαν οι ερευνητές. Και όσο υπάρχει ένα πιθανό κύμα πιθανότητας στην άκρη του φραγμού, το σωματίδιο έχει την πιθανότητα να περάσει μέσα από το εμπόδιο και να το κάνει να διανοίξει ένα χώρο όπου φαίνεται ότι δεν πρέπει να ταιριάζει.
Διαβάστε περισσότερα για το καταπληκτικό φαινόμενο κβαντικής σήραγγας.
Μεταλλικό υδρογόνο μπορεί να εμφανίστηκε στη Γη
Αυτό ήταν ένα μεγάλο έτος για τη φυσική υψηλής πίεσης. Και μία από τις πιο τολμηρές αξιώσεις προέρχεται από ένα γαλλικό εργαστήριο, το οποίο ανακοίνωσε ότι δημιούργησε μια άγια ουσία γκραλ για την επιστήμη των υλικών: μεταλλικό υδρογόνο. Υπό αρκετά υψηλές πιέσεις, όπως αυτές που πιστεύεται ότι υπάρχουν στον πυρήνα του Δία, πιστεύεται ότι τα άτομα υδρογόνου μονού πρωτονίου ενεργούν ως μέταλλο αλκαλίων. Αλλά κανείς δεν κατάφερε ποτέ να δημιουργήσει πιέσεις αρκετά υψηλές ώστε να αποδείξουν την επίδραση σε ένα εργαστήριο πριν. Φέτος, η ομάδα είπε ότι το είδαν σε 425 gigapascals (4,2 εκατομμύρια φορές την ατμοσφαιρική πίεση της Γης σε επίπεδο θάλασσας). Δεν το αγοράζουν όλοι, ωστόσο.
Διαβάστε περισσότερα για το μεταλλικό υδρογόνο.
Είδαμε την κβαντική χελώνα
Zap μια μάζα υπερψυχθέντων ατόμων με ένα μαγνητικό πεδίο, και θα δείτε "κβαντικά πυροτεχνήματα": τα αεριωθούμενα άτομα που εκτοξεύονται σε προφανώς τυχαίες κατευθύνσεις. Οι ερευνητές υποψιαζόταν ότι μπορεί να υπάρχει ένα πρότυπο στα πυροτεχνήματα, αλλά δεν ήταν προφανές μόνο από την εμφάνιση. Με τη βοήθεια ενός υπολογιστή, όμως, οι ερευνητές ανακάλυψαν ένα σχήμα στο φαινόμενο των πυροτεχνημάτων: μια κβαντική χελώνα. Κανείς δεν είναι ακόμα σίγουρος γιατί παίρνει αυτό το σχήμα, ωστόσο.
Διαβάστε περισσότερα για την κβαντική χελώνα.
Ένας μικρός κβαντικός υπολογιστής γύρισε πίσω το χρόνο
Ο χρόνος υποτίθεται ότι κινείται προς μία μόνο κατεύθυνση: προς τα εμπρός. Πετάξτε λίγο γάλα στο έδαφος και δεν υπάρχει τρόπος να στεγνώσετε τελείως τη βρωμιά και να επιστρέψετε το ίδιο καθαρό γάλα πίσω στο κύπελλο. Μια λειτουργία εξαγωγής κβαντικού κύματος δεν διαδίδεται.
Εκτός από αυτήν την περίπτωση, το έκανε. Χρησιμοποιώντας ένα μικροσκοπικό κβαντικό υπολογιστή με δύο τετράγωνα, οι φυσικοί μπόρεσαν να γράψουν έναν αλγόριθμο ο οποίος θα μπορούσε να επιστρέψει κάθε κυμάτωση ενός κύματος στο σωματίδιο που το δημιούργησε - να ξετυλίξει το γεγονός και να γυρίσει το βέλος του χρόνου.
Διαβάστε περισσότερα σχετικά με το βέλος της ώρας αντιστροφής.
Ένας άλλος κβαντικός υπολογιστής είδε 16 μέλλοντα
Ένα ωραίο χαρακτηριστικό των κβαντικών υπολογιστών, που βασίζονται σε υπερθέσεις αντί των 1s και 0s, είναι η ικανότητά τους να παίζουν πολλαπλούς υπολογισμούς ταυτόχρονα. Αυτό το πλεονέκτημα είναι σε πλήρη εμφάνιση σε μια νέα μηχανή κβαντικής πρόβλεψης που αναπτύχθηκε το 2019. Προσομοποιώντας μια σειρά από συνδεδεμένα γεγονότα, οι ερευνητές πίσω από τον κινητήρα μπόρεσαν να κωδικοποιήσουν 16 πιθανά συμβόλαια μελλοντικής εκπλήρωσης σε ένα μόνο φωτόνιο στον κινητήρα τους. Τώρα αυτό είναι multitasking!
Διαβάστε περισσότερα για τα 16 πιθανά μελλοντικά συμβόλαια μελλοντικής εκπλήρωσης.
