Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
Вы когда-нибудь держали в руках настоящий квантовый компьютер? Звучит как фантастика, но на самом деле вы можете прямо сейчас зайти в ювелирный магазин и купить его. Любой кристалл — это уже готовая архитектура для сложнейших вычислений. Просто раньше мы не умели с ней разговаривать.
Но физики из Европы решили, что пора заканчивать с микроскопическими игрушками. Группа профессора Зильке Бюлер-Пашен из Технического университета Вены и аспиранта Федерико Матцы из Института Лауэ-Ланжевена в Гренобле буквально перевернула игру.
Они взяли обычный кусок металла размером с ноготь, который можно спокойно положить в карман, и доказали: внутри него кипит настоящая квантовая жизнь. И речь идет не о паре затерявшихся атомов. Как минимум девять частиц там намертво сцеплены друг с другом законами микромира. Работа этих ребят официально вышла в журнале Nature Physics.
Давайте быстро освежим память, чтобы понять масштаб бедствия для классической науки. Что такое эта ваша квантовая запутанность? Если говорить по-простому, это жуткая мистическая связь между крошечными частичками. Берете две частицы, связываете их невидимой нитью, разносите на разные концы Вселенной.
Тыкаете одну пальцем здесь — вторая мгновенно меняет свое состояние там. Никакой задержки, никакой скорости света, информация передается просто моментально. До этого момента ученые могли показать такой фокус только в идеальных условиях лаборатории. Брали два-три атома, охлаждали их почти до абсолютного нуля, прятали от всего мира в вакуумную камеру, накрывали пятью слоями свинца и кричали: «Смотрите, оно работает!».
А потом выходили к людям и честно говорили: да, в реальном мире, где триллионы атомов постоянно бьются друг об друга и греются от батареи, такая магия жить не может. Слишком шумно, слишком жарко, система развалится за доли секунды.
И вот тут начинается самое интересное. Объектом исследования стал монокристалл соединения церий-палладий-кремний. На вид — обычная серебристая болванка. Но в справочниках физиков этот материал проходит под кодовым названием «странный металл». Почему он странный? Да потому что ведет себя абсолютно не так, как положено порядочному металлу. У обычного провода если растет температура, то и сопротивление растет плавно, квадратично.
А у этого парня график сопротивления выглядит как прямая линия. Оно линейно зависит от нагрева. Это полностью ломает стандартную квантовую теорию металлов, которую выстраивали десятилетиями. Десятки лет лучшие умы планеты смотрели на эти графики и чесали затылок: почему формула Друде и прочие классические модели здесь дают сбой? Эта аномалия интриговала научное сообщество похлеще любого детектива.
Чтобы вытащить скелетов из шкафа этой металлической болванки, Федерико Матца отправился на нейтронный источник в Гренобль. И вот здесь важно понимать один тонкий момент. Мы привыкли, что доказательством квантовости служит интерференция или расщепление уровней. Здесь же ребята пошли обходным путем.
Для оценки запутанности авторы использовали квантовую информацию Фишера. Звучит как заклинание из учебника по высшей математике, но суть проста. Это математический инструмент-индикатор. Представьте, что вы стреляете нейтронами в кристалл, а они отскакивают назад. По тому, как именно они рикошетят, насколько сильно меняется их импульс, этот алгоритм позволяет «считывать» степень коллективного безумия внутри материала. Вы не видите сами частицы, но по следу на стене понимаете, сколько их там танцует в одной связке.
Результат сканирования поразил самих исследователей: в этом сантиметре металла действительно действуют как минимум девять частиц-«сообщников». Девять объектов ведут себя как единый организм. Один дернулся — остальные восемь повторили движение синхронно. И все это происходит при нормальной температуре в обычном твердом теле.
По версии самой Зильке Бюлер-Пашен, разгадка тайны «странных металлов» оказалась пугающе простой. Никаких сложных новых полей искать не нужно. Все дело в том самом коллективном квантовом поведении. Именно эта массовая синхронизация миллиардов частиц и порождает те самые аномальные свойства, которые годами не давали покоя теоретикам. Стандартная физика просто смотрела на толпу людей, а видела лишь статистическую массу. А оказалось, что каждый человек в этой толпе держит за руки соседа.
Почему нам с вами должно быть не все равно до этих девяти связанных частиц? Ответ лежит на поверхности. Открытие группы из Вены и Гренобля приближает нас к созданию материалов с управляемыми квантовыми характеристиками.
Сейчас главная головная боль всех разработчиков настоящих квантовых компьютеров — декогеренция. Стоит чуть задеть кубит, поднять температуру на градус или поймать случайный фотон — вся квантовая магия рассыпается, данные теряются. Инженерам приходится городить вокруг процессоров чудовищные системы охлаждения.
А теперь представьте иную картину. Если мы поняли механику того, как заставить триллионы атомов работать сообща даже в тепле, мы сможем вырастить чипы нового поколения прямо из таких кристаллов. Нам больше не понадобятся громоздкие холодильники размером с комнату.
Мы сможем проектировать сплавы, которые будут проводить ток без потерь или переключать состояния со скоростью мысли просто за счет своей внутренней структуры. Церий-палладий-кремний сегодня — это просто лабораторный образец. Но завтра по этой схеме химики могут смешать другие элементы таблицы Менделеева и получить идеальный проводник или сверхчувствительный датчик гравитации.
Мы стоим на пороге эпохи, когда квантовые эффекты перестанут быть уделом закрытых НИИ с миллиардными бюджетами. Физика перестает быть абстрактной наукой о недостижимых вещах. Она спускается на уровень верстака. Тот самый кусочек «странного металла», который еще вчера был строчкой в таблице свойств, сегодня оказался ключом к пониманию того, как заставить наш макромир подчиняться законам микромира.
И кто знает, вполне возможно, что через пару десятилетий базовым элементом вашего смартфона будет не привычный кремний, а вот такой вот «странный» кристалл, работающий на чистой магии квантовой запутанности. Главное, что ученые наконец-то нашли способ доказать ее наличие простым карандашом, листом бумаги и пучком нейтронов, не прибегая к сложным словесным конструкциям. Теперь мяч на стороне инженеров — им предстоит научиться включать и выключать эту связь по нажатию кнопки.
Поделись видео:
