Догађаји у најмањој скали имају огромне последице. А ниједно поље науке то не показује боље од квантне физике, која истражује чудна понашања - углавном - врло малих ствари. У 2019. години, квантни експерименти отишли су на нова, па чак и чуднија места и практично квантно рачунање постало је све ближе стварности, упркос неким контроверзама. Ово су били најважнији и изненађујући квантни догађаји 2019. године.
Гоогле тврди да је "квантна надмоћ"
Ако једна квантна вест из 2019. године чини историјске књиге, то ће вероватно бити велика најава која је стигла од Гооглеа: Компанија је објавила да је постигла "квантну надмоћ". То је фенси начин да се каже да је Гоогле саградио рачунар који може обављати одређене задатке брже него што је то могао класични рачунар. (Категорија класичних рачунара укључује сваку машину која се ослања на уобичајене старе 1 и 0, као што је уређај који користите за читање овог чланка.)
Гоогле-ова тврдња о квантној супериорности, ако се то потврди, означила би преломну тачку у историји рачунања. Квантни рачунари се за своје прорачуне ослањају на чудне физичке ефекте малих димензија попут заплетања, као и одређене основне несигурности у нано-универзуму. Теоретски, тај квалитет овим машинама даје одређене предности у односу на класичне рачунаре. Они лако могу разбити класичне шеме шифрирања, послати савршено шифроване поруке, покренути неке симулације брже него што то могу класични рачунари и генерално врло лако решити тешке проблеме. Потешкоћа је у томе што нико никада није направио квантни рачунар довољно брзо да искористи те теоријске предности - или бар нико није имао све до Гооглеовог подвига ове године.
Ипак, не купују сви тврдњу о супериорности те компаније. Субхасх Как, квантни скептик и истраживач са Државног универзитета Оклахома, изнео је неколико разлога у овом чланку за Ливе Сциенце.
Прочитајте више о Гоогле-овом достигнућу квантне надмоћи.
Килограм иде квантно
Још једна тачка квантног прегиба 2019. године стигла је из света утега и мера. Стандардни килограм, физички објекат који је одредио јединицу масе за сва мерења, дуго је био цилиндар од платине-иридијума стар 130 година и тежине 2,2 лбс. и седећи у соби у Француској. То се променило ове године.
Стари килограм је био прилично добар, једва мењајући масу током деценија. Но, нови килограм је савршен: На основу темељног односа масе и енергије, као и претпоставке у понашању енергије на квантним лествицама, физичари су могли да дођу до дефиниције килограма који се неће променити уопште између ове године и краја универзума.
Прочитајте више о савршеном килограму.
Стварност се мало разбила
Тим физичара дизајнирао је квантни експеримент који је показао да се чињенице заправо мењају у зависности од ваше перспективе на ситуацију. Физичари су извели својеврсно „бацање новчића“ користећи фотоне у малом квантном рачунару, откривши да су резултати били различити код различитих детектора, у зависности од њихове перспективе.
"Показујемо да у микро свету атома и честица који влада чудним правилима квантне механике два различита посматрача имају право на сопствене чињенице", написали су експерименталисти у чланку за Ливе Сциенце. "Другим речима, према нашој најбољој теорији о грађевним блоковима саме природе, чињенице могу заправо бити субјективне."
Прочитајте више о недостатку објективне стварности.
Ентанглемент је добио свој гламур
Физичари су први пут направили фотографију феномена који је Алберт Ајнштајн описао као „сабласно деловање на даљину“, у којем две честице остају физички повезане упркос раздвајању на даљине. Ова карактеристика квантног света одавно је експериментално верификована, али ово је био први пут да је неко види.
Прочитајте више о незаборавној слици заплетености.
Нешто велико ишло је у више праваца
На неки начин, концептуална супротност заплетању, квантна суперпозиција омогућава да се један објект налази на два (или више) места одједном, што је последица материје која постоји и као честице и таласи. Ово се обично постиже ситним честицама попут електрона.
Али у експерименту из 2019. године, физичари су успели да повуку суперпозицију у највећем обиму икада: користећи молекулске, молекуле 2.000 атома из света медицинске науке познате као "олиго-тетрафенилпорфирини обогаћени флуороалкилсулфанилним ланцима".
Прочитајте о достизању суперпозиције на макро-скали.
Топлина је прешла у вакуум
У нормалним околностима, топлота може прећи вакуум на само један начин: у облику зрачења. (То је оно што осећате када сунчеве зраке прелазе простор да би вам летњи дан ударали по лицу.) Иначе, у стандардним физичким моделима топлота се креће на два начина: Прво, енергизиране честице могу упасти у друге честице и пренети своју енергију . (Омотајте руке топлом шољом чаја да бисте осетили овај ефекат.) Друго, топла течност може заменити хладнију течност. (То се догађа када укључите грејач у свом аутомобилу и поплавите унутрашњост топлим ваздухом.) Дакле, без зрачења, топлота не може прећи вакуум.
Али квантна физика, као и обично, крши правила. У експерименту из 2019. године, физичари су искористили чињеницу да на квантној скали вакууми нису заиста празни. Уместо тога, пуне су ситних, насумичних колебања која искачу у и из њих. Истраживачи су открили да у довољно малом обиму топлота може прећи вакуум скоком из једне флуктуације у другу преко наизглед празног простора.
Прочитајте више о топлини која скаче кроз квантни вакуум простора.
Узрок и последица су можда отишли уназад
Следећи налаз је далеко од експериментално верификованог открића, па је чак и изван подручја традиционалне квантне физике. Али истраживачи који раде с квантном гравитацијом - теоријским конструктом осмишљеним да уједини свет квантне механике и Аинстеинову општу релативност - показали су да под одређеним околностима догађај може изазвати ефекат који се догодио и раније.
Неки тешки предмети могу утицати на проток времена у њиховој непосредној близини због опште релативности. Знамо да је то истина. А квантна суперпозиција диктира да предмети могу бити на више места одједном. Ставите веома тежак предмет (попут велике планете) у стање квантне суперпозиције, написали су истраживачи, и можете да креирате необичне сценарије у којима се узрок и последица одвијају погрешним редоследом.
Прочитајте више о преокрету узрока и последица.
Квантно тунелирање пукло
Физичари су дуго знали за чудан ефекат познат као "квантно тунелирање", у којем честице пролазе кроз наизглед непролазне баријере. Није то зато што су толико мале да могу наћи рупе. 2019. године, експеримент је показао како се то заиста дешава.
Квантна физика каже да су честице такође таласи, а о тим таласима можете мислити као пројекције вероватноће за место честице. Али они су и даље таласи. Ударите талас против баријере у океану и он ће изгубити нешто енергије, али мањи талас ће се појавити на другој страни. Слични ефекти се дешавају и у квантном свету, открили су истраживачи. И док је остало мало таласа вероватноће на супротној страни баријере, честица има шансу да се провуче кроз запреку, пробијање кроз простор где се чини да не би требало да стане.
Прочитајте више о невероватном квантном ефекту тунелирања.
Метални водоник се можда појавио на Земљи
Ово је била велика година за физику ултра-високог притиска. А једна од најсмелијих тврдњи стигла је из француске лабораторије, која је објавила да је створила свету гралошку супстанцу за науку о материјалима: метални водоник. Под довољно високим притисцима, као што су они за које се сматра да постоје у језгру Јупитера, монотонски атоми водика делују као алкални метал. Али никада раније нико није успео да створи притиске да демонстрира ефекат у лабораторији. Ове године, тим је рекао да су га видели на 425 гигапаскала (4,2 милиона пута више од Земљиног атмосферског притиска на нивоу мора). Међутим, не купују сви такве тврдње.
Прочитајте више о металном водонику.
Видјели смо квантну корњачу
Затворите масу прехлађених атома магнетним пољем и видећете "квантни ватромет": млазови атома који пуцају у наизглед насумичним правцима. Истраживачи су сумњали да можда постоји образац у ватромету, али то није било очигледно само гледање. Међутим, уз помоћ рачунара, истраживачи су открили облик ефекта ватромета: квантну корњачу. Ипак, нико још није сигуран зашто поприма такав облик.
Прочитајте више о квантној корњачи.
Мален квантни рачунар вратио се у прошло време
Време треба да се креће у само једном правцу: напред. Сипајте мало млека по земљи и нема начина да савршено осушите прљавштину и вратите исто чисто млеко у чашу. Функција квантног таласа која се шири не шири се.
Осим у овом случају, то и јесте. Користећи сићушни квантни рачунар са два кубита, физичари су могли да напишу алгоритам који би могао да врати сваки талас таласа у честицу која га је створила - одмотавајући догађај и ефективно окрећући стрелицу времена.
Прочитајте више о стрелицу уназад времена.
Још један квантни рачунар имао је 16 будућности
Лепа карактеристика квантних рачунара, који се ослањају на супозиције, а не на 1 и 0, је њихова способност да репродукују више израчуна истовремено. Та предност је у потпуном приказу у новом механизму за квантно предвиђање, развијеном 2019. Симулирајући низ повезаних догађаја, истраживачи који стоје иза мотора били су у могућности да кодирају 16 могућих будућности у један фотон у свом мотору. Сада је то мултитаскинг!
Прочитајте више о 16 могућих будућности.
