Dogodki najmanjšega obsega imajo velikanske posledice. In nobeno področje znanosti ne dokazuje tega boljšega od kvantne fizike, ki raziskuje čudno vedenje - večinoma - zelo majhnih stvari. V letu 2019 so se kvantni eksperimenti odpravili na nova in še bolj tuja mesta, praktično kvantno računalništvo pa je postalo vse bližje resničnosti, kljub nekaterim polemikam. To so bili najpomembnejši in presenetljivi kvantni dogodki leta 2019.
Google trdi, da je "kvantna premoč"
Če bo ena od kvantnih novic iz leta 2019 ustvarila zgodovinske knjige, bo verjetno to velika napoved, ki je prispela od Googla: Tehnično podjetje je objavilo, da je doseglo "kvantno premoč". To je domišljen način, da lahko rečemo, da je Google zgradil računalnik, ki bi lahko opravljal določena opravila hitreje, kot bi ga lahko kateri koli klasični računalnik. (Kategorija klasičnih računalnikov vključuje vsak stroj, ki se naslanja na običajni stari 1 in 0, na primer napravo, ki jo uporabljate za branje tega članka.)
Googlova trditev o kvantni premoč bi, če bi jo potrdili, pomenila prelomno točko v zgodovini računalništva. Za izvedbo svojih izračunov se kvantni računalniki zanašajo na čudne fizične učinke majhnega obsega, kot so zapletenost, in nekatere osnovne negotovosti v nano-vesolju. Teoretično ta kakovost teh strojev daje določene prednosti pred klasičnimi računalniki. Z lahkoto zlomijo klasične šifrirne sheme, pošiljajo odlično šifrirana sporočila, izvajajo simulacije hitreje kot klasični računalniki in na splošno zelo enostavno rešijo težke težave. Težava je v tem, da nihče nikoli ni naredil kvantnega računalnika dovolj hitro, da bi izkoristil te teoretične prednosti - ali vsaj nihče do Googlovega podviga v letošnjem letu.
Vendar pa vsi ne kupujejo trditve o premoč tehnološkega podjetja. Subhash Kak, kvantni skeptik in raziskovalec na državni univerzi Oklahoma, je v tem članku za Live Science navedel več razlogov.
Preberite več o Googlovem doseganju kvantne prevlade.
Kilogram gre kvantno
Iz sveta uteži in ukrepov je prišla še ena točka kvantnega pregiba v letu 2019. Standardni kilogram, fizični objekt, ki je določil enoto mase za vse meritve, je bil že 130 let star jeklenka platina-iridij, ki je tehtala 2,2 kilograma. in sedel v sobi v Franciji. To se je letos spremenilo.
Stari kilo je bil precej dober, komaj je spreminjal maso v desetletjih. A nov kilogram je popoln: fiziki so na podlagi temeljnega razmerja med maso in energijo ter prepirom v vedenju energije na kvantnih lestvicah lahko dosegli opredelitev kilograma, ki se med seboj sploh ne bo spremenil. letos in konec vesolja.
Preberite si več o popolnem kilogramu.
Resničnost se je malo zlomila
Skupina fizikov je zasnovala kvantni eksperiment, ki je pokazal, da se dejstva dejansko spreminjajo, odvisno od tvojega pogleda na situacijo. Fiziki so izvedli neke vrste "metanje kovancev" z uporabo fotonov v majhnem kvantnem računalniku in ugotovili, da so bili rezultati pri različnih detektorjih različni, odvisno od njihove perspektive.
"Pokažemo, da sta v mikro svetu atomov in delcev, ki ga urejajo čudna pravila kvantne mehanike, dva različna opazovalca upravičena do lastnih dejstev," so eksperimentalisti zapisali v članku za Live Science. "Z drugimi besedami, glede na našo najboljšo teorijo o gradnikih same narave so dejstva dejansko lahko subjektivna."
Preberite več o pomanjkanju objektivne resničnosti.
Entanglement je dobil svoj glamur
Fiziki so prvič naredili fotografijo pojava, ki ga je Albert Einstein opisal kot "grozovito delovanje na daljavo", pri katerem dva delca ostaneta fizično povezana, čeprav sta ločena na razdalji. Ta značilnost kvantnega sveta je bila že dolgo eksperimentalno preverjena, vendar je to prvič kdo videl.
Preberite več o nepozabni podobi zapletenosti.
Nekaj velikega je šlo v več smereh
Na nek način pojmovno nasprotje zapletanja kvantna superpozicija omogoča, da se en predmet nahaja na dveh (ali več) mestih hkrati, kar je posledica snovi, ki obstaja tako kot delci in valovi. Običajno to dosežemo z drobnimi delci, kot so elektroni.
Toda v eksperimentu leta 2019 je fizikom uspelo uničiti superpozicijo v največjem obsegu doslej: z uporabo olupljenih 2000 atomov molekul iz sveta medicinske znanosti, znanih kot "oligo-tetrafenilporfirini, obogateni s fluoroalkilsulfanilnimi verigami."
Preberite si o doseganju superpozicije na makro lestvici.
Toplota je prešla vakuum
V normalnih okoliščinah lahko toplota prečka vakuum samo na en način: v obliki sevanja. (Tako čutite, ko sončni žarki v poletnem dnevu prečkajo prostor, da bi se na vašem obrazu premagali.) V nasprotnem primeru se v običajnih fizičnih modelih toplota premika na dva načina: Prvič, napolnjeni delci lahko trkajo v druge delce in prenesejo svojo energijo . (Zavijte roke okoli tople skodelice čaja, da občutite ta učinek.) Drugič, topla tekočina lahko izpodrine hladnejšo tekočino. (To se zgodi, ko vklopite grelnik v svojem avtomobilu in v notranjost zasipate s toplim zrakom.) Torej brez sevanja toplota ne more prečkati vakuuma.
Toda kvantna fizika kot običajno krši pravila. V eksperimentu leta 2019 so fiziki izkoristili dejstvo, da na kvantni lestvici vakuumi niso resnično prazni. Namesto tega so polna drobnih, naključnih nihanj, ki se pojavljajo v obstoju in zunaj njega. Raziskovalci so ugotovili, da v dovolj majhnem obsegu lahko toplota prestopi vakuum s skokom iz enega nihanja v drugega čez navidez prazen prostor.
Preberite več o toploti, ki skače skozi kvantni vakuum prostora.
Vzrok in posledica sta morda šla nazaj
Naslednja ugotovitev še zdaleč ni eksperimentalno preverjeno odkritje in je celo zunaj področja tradicionalne kvantne fizike. Toda raziskovalci, ki delajo s kvantno gravitacijo - teoretični konstrukt, zasnovan za poenotenje svetov kvantne mehanike in Einsteinove splošne relativnosti - so pokazali, da lahko dogodek v določenih okoliščinah povzroči učinek, ki se je zgodil že prej.
Nekateri zelo težki predmeti lahko vplivajo na pretok časa v njihovi neposredni bližini zaradi splošne relativnosti. Vemo, da je to res. In kvantna superpozicija narekuje, da so predmeti lahko na več mestih hkrati. Postavite zelo težak predmet (na primer velik planet) v stanje kvantne superpozicije, so zapisali raziskovalci, in lahko oblikujete nenavadne scenarije, kjer vzrok in posledica poteka v napačnem vrstnem redu.
Preberite več o vzvratni in vzročni vzvratni spremembi.
Kvantno tuneliranje počilo
Fiziki že dolgo poznajo čuden učinek, znan kot "kvantno tuneliranje", v katerem delci na videz prehajajo skozi na videz neprehodne ovire. Pa ne zato, ker so tako majhne, da najdejo luknje. Leta 2019 je poskus pokazal, kako se to v resnici dogaja.
Kvantna fizika pravi, da so delci tudi valovi, na te valove pa lahko mislite kot na verjetnostne projekcije lokacije delca. Ampak še vedno valovijo. Udarite val proti oviri v oceanu in izgubil bo nekaj energije, na drugi strani pa se bo pojavil manjši val. Podoben učinek se pojavlja v kvantnem svetu, so ugotovili raziskovalci. In dokler je na skrajni strani ovire ostalo malo valovitega vala, ima delec možnost, da se prebije skozi oviro, tunelira skozi prostor, kjer se zdi, da ne bi smel stati.
Preberite več o neverjetnem učinku kvantnega tuneliranja.
Kovinski vodik se je morda pojavil na Zemlji
To je bilo veliko leto za fiziko ultra visokega tlaka. In ena najbolj drznih trditev je prišla iz francoskega laboratorija, ki je sporočil, da je ustvaril sveto grailno snov za znanost o materialih: kovinski vodik. Pod dovolj visokimi pritiski, kot so tisti, za katere velja, da obstajajo v jedru Jupitra, enoprotonski vodikovi atomi veljajo kot alkalna kovina. Toda še nikoli nihče ni uspel ustvariti dovolj visokih pritiskov, da bi pokazal učinek v laboratoriju. Letos je ekipa dejala, da so jo videli pri 425 gigapaskalih (4,2 milijona krat večjih od zemeljskega atmosferskega tlaka na morju). Vendar pa vsi ne kupujejo teh trditev.
Preberite več o kovinskem vodiku.
Vidli smo kvantno želvo
Zaprite maso prehladjenih atomov z magnetnim poljem in videli boste "kvantni ognjemet": curki atomov streljajo v navidez naključnih smereh. Raziskovalci so sumili, da je v ognjemetu mogoče videti vzorec, vendar to ni bilo očitno samo iz pogleda. S pomočjo računalnika pa so raziskovalci odkrili obliko ognjemetnega učinka: kvantno želvo. Vendar še nihče ni prepričan, zakaj ima takšno obliko.
Preberite več o kvantni želvi.
Majhen kvantni računalnik se je vrnil nazaj
Čas naj bi se premikal v samo eno smer: naprej. Nekaj mleka nalijte po tleh in ne morete popolnoma izsušiti umazanije in vrniti istega čistega mleka nazaj v skodelico. Funkcija kvantnih valov se ne širi.
Razen v tem primeru je šlo. S pomočjo drobnega dvobitnega kvantnega računalnika so fiziki lahko napisali algoritem, ki bi lahko vrzel vsakega valovanja vrnil delcu, ki ga je ustvaril - odvijal dogodek in učinkovito obrnil puščico časa.
Preberite več o povratni puščici časa.
Drug kvantni računalnik je videl 16 prihodnosti
Lepa lastnost kvantnih računalnikov, ki se zanašajo na superpozicije in ne na 1 in 0, je njihova sposobnost predvajanja več izračunov hkrati. Ta prednost je v celoti prikazana v novem motorju za kvantno napovedovanje, ki je bil razvit leta 2019. Raziskovalci, ki so za motorjem simulirali vrsto povezanih dogodkov, so lahko v svojem motorju zakodirali 16 možnih prihodnosti v en sam foton. Zdaj je to večopravilnost!
Preberite več o 16 možnih terminih.
