1920-жылдары кванттык механика, атомдордун жүрүм-турумунан баштап кванттык компьютерлердин иштешине чейин бардык нерсенин негизин түзгөн теория кеңири таралган кабыл алуу жолунда болчу. Бирок бир сыр бойдон калууда: кээде электрондор, атомдор жана молекулалар сыяктуу кванттык объекттер өзүн бөлүкчө, башкалары толкун сыяктуу алып жүрүшөт. Кээде алар өздөрүн бир эле учурда бөлүкчөлөр жана толкундар сыяктуу алып жүрүшөт. Ошондуктан, бул кванттык объектилерди изилдеп жатканда, илимпоздор эсептөөлөрүндө кандай ыкманы колдонушу керектиги эч качан ачыкталган эмес.
Кээде илимпоздор туура жыйынтыкка жетиш үчүн кванттык объектилерди толкундар деп эсептеш керек болчу. Башка учурларда, алар объектилер чындыгында бөлүкчөлөр деп ойлошу керек болчу. Кээде эки ыкма да иштеген. Бирок, башка учурларда, бир гана ыкма туура натыйжа берген, ал эми экинчиси жасалма натыйжа берген. Бул көйгөйдүн тарыхы узакка созулган, бирок акыркы эксперименттер бул эски суроого жаңы жарык чачты.
Кванттык тарых
Биринчи жолу 1801-жылы Томас Янг тарабынан жүргүзүлгөн ушул эле аталыштагы кош жарактуу экспериментте жарык өзүн толкундардай алып жүргөн. Бул экспериментте лазер нуру кош тешикке багытталып, андан кийин пайда болгон үлгү каралат. Эгерде жарык бөлүкчөлөрдөн турган болсо, анда эки жарык түрүндөгү жарык блоктору күтүлөт. Анын ордуна, натыйжада мүнөздүү үлгүдөгү жарыктын көптөгөн кичинекей блоктору пайда болот. Суу агымына кош тешик коюу төмөндөгүдөй эле калыпка алып келет. Ошентип, бул эксперимент жарык толкун деген жыйынтыкка алып келди.
Анан 1881-жылы Генрих Герц күлкүлүү ачылыш жасаган. Ал эки электродду алып, алардын ортосуна жетишерлик жогорку чыңалуу бергенде учкундар пайда болгон. Бул нормалдуу. Бирок Герц бул электроддорго жарык чачканда, учкундун чыңалуусу өзгөргөн. Бул жарыктын электроддук материалдан электрондорду чыгарып жибериши менен түшүндүрүлгөн. Бирок, таң калыштуусу, жарыктын интенсивдүүлүгү өзгөрсө, чыгарылган электрондордун максималдуу ылдамдыгы өзгөргөн жок, бирок жарыктын жыштыгына жараша өзгөрөт. Толкун теориясы чын болгондо бул жыйынтык мүмкүн эмес болмок. 1905-жылы Альберт Эйнштейндин чечими бар: жарык чындыгында бөлүкчө болгон. Мунун баары канааттандырарлык эмес болгон. Окумуштуулар кээде туура болгон эки теорияга дайыма туура болгон бир теорияны артык көрүшөт. Ал эми теория кээде гана чын болсо, анда биз жок дегенде анын кандай шарттарда чындык экенин айта алгыбыз келет.
Бирок бул ачылыштын көйгөйү дал ушул болгон. Физиктер жарыкты же башка нерсени качан толкун, качан бөлүкчө катары кароону билишкен эмес. Алар кээ бир нерселер толкун сымал жүрүм-турумга себеп болорун билишкен, мисалы, тешиктердин четтери. Бирок алар эмне үчүн мындай болгонун жана кайсы бир теорияны качан колдонуу керектиги жөнүндө так түшүндүрмө алышкан эмес.
Бул табышмак деп аталат корпускулярдык-толкундук дуализм, дагы деле сакталып турат. Бирок жаңы изилдөө кырдаалга бир аз жарык чачышы мүмкүн. Кореянын Негизги илимдер институтунун окумуштуулары жарык булагынын касиеттери анын канчалык бөлүкчө жана канчалык толкун экенине таасир этээрин көрсөтүштү. Бул көйгөйдү изилдөөгө жаңы ыкма менен алар кванттык эсептөөнү жакшыртууга алып келиши мүмкүн болгон жолду ачышты. Же ушундай үмүттөр.
Ошондой эле кызыктуу: Google'дун кванттык процессорлору теориядан тышкары убакыт кристаллдарын талап кылат
Бөлүкчөлөрдү жана толкундарды кантип жасоо керек
Экспериментте окумуштуулар лазер нурун эки бөлүккө бөлүү үчүн жарым чагылтуучу күзгү колдонушкан. Бул нурлардын ар бири кристаллга тийип, ал өз кезегинде эки фотонду пайда кылат. Ар бир кристалдан экиден жалпысынан төрт фотон чыгарылат.
Окумуштуулар интерферометрге ар бир кристалдан бирден фотон жөнөтүштү. Бул аппарат эки жарык булагын бириктирип, интерференция үлгүсүн түзөт. Бул үлгү биринчи жолу Томас Янг тарабынан жогоруда айтылган эки жарактуу экспериментинде ачылган. Эки ташты көлмөгө ыргытканыңызда да мына ушуну көрөсүз: суунун толкундары, алардын кээ бирлери бири-бирин бекемдеп, башкалары бири-бирин нейтралдаштырат. Башкача айтканда, интерферометр жарыктын толкун мүнөзүн аныктайт.
Калган эки фотондун жолдору алардын корпускулярдык мүнөздөмөлөрүн аныктоо үчүн колдонулган. Кагаздын авторлору муну кантип жасашканын так айтышпаса да, ал көбүнчө фотондун кайда кеткенин көрсөткөн материал аркылуу фотонду өткөрүү жолу менен жасалат. Мисалы, сиз фотонду газ аркылуу атсаңыз болот, ал фотон өткөн жерден күйөт. Акыркы көздөгөн жерге эмес, траекторияга көңүл буруу менен фотон толкун боло алат. Себеби фотондун так ордун убакыттын ар бир көз ирмеминде өлчөп көрсөңүз, ал чекит сымал болот жана өзүнө тийе албайт.
Бул кванттык физикадагы көптөгөн мисалдардын бири, анда өлчөө аталган өлчөөнүн жыйынтыгына активдүү таасир этет. Ошондуктан, эксперименттин бул бөлүгүндө фотон траекториясынын аягында интерференция үлгүсү жок болгон. Ошентип, изилдөөчүлөр фотон кантип бөлүкчө болоорун аныкташты. Эми анын канчасы бөлүкчө экенин жана толкун табиятынан канчасы калганын сандык жактан аныктоо милдети турду.
Бир эле кристаллдын эки фотон тең чогуу өндүрүлгөндүктөн, алар бирдиктүү кванттык абалды түзөт. Бул бир эле учурда бул эки фотонду сүрөттөгөн математикалык формуланы табуу мүмкүн экенин билдирет. Натыйжада, эгерде изилдөөчүлөр эки фотондун "жарым-жартылай" жана "толкун узундугу" канчалык күчтүү экенин сандык түрдө аныктай алышса, бул сандык көрсөткүчтү кристаллга жеткен нурга колдонсо болот.
Чынында эле, изилдөөчүлөр ийгиликке жетишкен. Алар интерференциянын көрүнүшүн текшерүү менен фотондун канчалык толкундуу экенин өлчөгөн. Көрүү мүмкүнчүлүгү жогору болгондо фотон абдан толкун сымал болгон. Үлгү араң көрүнгөндө, фотон бөлүкчө сыяктуу болушу керек деген жыйынтыкка келишкен.
Жана бул көрүнүш кокусунан болгон. Бул эки кристалл тең лазер нурунун бирдей интенсивдүүлүгүн алганда эң жогорку болгон. Бирок, эгерде бир кристаллдан келген нур экинчисине караганда алда канча күчтүү болсо, үлгүнүн көрүнүүсү абдан начар болуп, фотондор бөлүкчөлөргө окшошуп калган.
Бул натыйжа таң калыштуу, анткени көпчүлүк эксперименттерде жарык толкундар же бөлүкчөлөр түрүндө гана өлчөнөт. Бүгүн, бир нече эксперименттерде, эки параметр бир эле учурда өлчөнгөн. Бул жарык булагынын ар бир касиетинин канчалык экенин аныктоо оңой экенин билдирет.
Ошондой эле кызыктуу: QuTech кванттык интернет үчүн браузерди ишке киргизди
Теориялык физиктер кубанып жатышат
Бул жыйынтык теоретиктердин мурда айткан божомолуна дал келет. Алардын теориясы боюнча кванттык объекттин толкун сымал жана корпускулярдуу болушу булактын тазалыгынан көз каранды. Бул контексттеги тазалык - бул белгилүү бир кристаллдык булак жарык чыгаруучу болуу ыктымалдыгын билдирүүнүн кооз ыкмасы. Формула төмөнкүчө: V2 + P2 = µ2, мында V - багыттык схеманын көрүнүшү, P - жолдун көрүнүшү, µ - булактын тазалыгы.
Бул жарык сыяктуу кванттык объект кандайдыр бир деңгээлде толкун сымал жана кандайдыр бир деңгээлде бөлүкчө сыяктуу болушу мүмкүн дегенди билдирет, бирок бул булактын тазалыгы менен чектелет. Эгерде интерференция көрүнүшү көрүнсө же V мааниси нөлгө барабар болбосо, кванттык объект толкун сымал болот. Ошондой эле, эгерде жол байкалса же P нөлдөн башка болсо, ал бөлүкчө сыяктуу.
Бул божомолдун дагы бир натыйжасы, тазалык, эгерде кванттык жолдун чырмалышуусу жогору болсо, тазалык аз болот жана тескерисинче. Эксперимент жүргүзгөн илимпоздор муну математикалык түрдө өз иштеринде көрсөтүштү. Кристаллдардын тазалыгын тууралоо жана натыйжаларды өлчөө менен алар бул теориялык божомолдор чындыгында туура экенин көрсөтө алышты.
Ошондой эле кызыктуу: НАСА маалыматтарды "тоолорду" иштеп чыгуу жана сактоо үчүн кванттык компьютерлерди ишке киргизет
Тезирээк кванттык компьютерлер?
Кванттык объектинин чырмалышуусу менен анын корпускулярдуулугу менен толкундуулугунун ортосундагы байланыш өзгөчө кызыктуу. Кванттык интернетти кубаттай турган кванттык түзүлүштөр чырмалышка негизделген. Кванттык Интернет - бул классикалык компьютерлер үчүн Интернеттин кванттык окшоштугу. Көптөгөн кванттык компьютерлерди бириктирип, аларга маалыматтарды бөлүшүүгө мүмкүндүк берүү менен, окумуштуулар бир кванттык компьютер менен жетишилгенден да көбүрөөк күчкө ээ болууга үмүттөнүшөт.
Бирок биттерди оптикалык була аркылуу жөнөтүүнүн ордуна, биз классикалык интернетти кубаттандыруу үчүн жасайбыз, биз кванттык интернетти түзүү үчүн кубиттерди бириктиришибиз керек. Бөлүкчөнүн чырмалышуусун жана фотондун толкундуулугун өлчөй билүү биз кванттык интернеттин сапатын башкаруунун жөнөкөй жолдорун таба алабыз дегенди билдирет.
Мындан тышкары, кванттык компьютерлер бөлүкчө-толкун дуализмин колдонуу менен жакшыраак болушу мүмкүн. Кытайдын Цинхуа университетинин изилдөөчүлөрүнүн сунушуна ылайык, кичинекей кванттык компьютердин кубаттуулугун жогорулатуу үчүн көп тилкелүү тор аркылуу иштетүүгө болот. Кичинекей кванттык компьютер кубит катары колдонулган бир нече атомдон турат жана мындай түзүлүштөр мурунтан эле бар.
Бул атомдорду көп тилкелүү тор аркылуу өткөрүү, албетте, бир аз татаалыраак болсо да, жарыкты кош тешиктен өткөрүүгө абдан окшош. Бул дагы мүмкүн болгон кванттык абалдарды түзүүгө мүмкүндүк берет, бул болсо, өз кезегинде, "от" компьютеринин күчүн жогорулатат. Мунун артында турган математика бул макалада түшүндүрүү үчүн өтө татаал, бирок маанилүү жыйынтык мындай эки кванттык компьютер кадимки кванттык компьютерлерге караганда параллелдүү эсептөөдө жакшыраак болот. Параллель эсептөө классикалык эсептөөдө да кеңири таралган жана негизинен компьютердин бир эле учурда бир нече эсептөөлөрдү жүргүзүү жөндөмүн билдирет, бул аны жалпысынан ылдамыраак кылат.
Ошентип, бул абдан негизги изилдөө болсо да, мүмкүн болгон колдонмолор горизонтто. Учурда муну далилдөө мүмкүн эмес, бирок бул ачылыштар кванттык компьютерлерди тездетип, кванттык интернеттин пайда болушун бир аз тездете алат.
Ошондой эле кызыктуу: Кытай Google компаниясынан миллион эсе күчтүү кванттык компьютерди жаратты
Абдан негизги, бирок абдан кызыктуу
Ушунун бардыгын чоң шектенүү менен кабыл алуу керек. Изилдөө бекем, бирок бул да абдан негизги. Адатта, илим жана технологияда болгондой эле, фундаменталдык изилдөөлөрдөн реалдуу дүйнөдөгү тиркемелерге чейин узак жол бар.
Бирок Кореядан келген изилдөөчүлөр абдан кызыктуу бир нерсени табышты: бөлүкчө-толкун дуализминин сыры жакын арада жок болбойт. Тескерисинче, ал бардык кванттык объекттерде ушунчалык терең тамырлашкандыктан, аны колдонуу жакшыраак көрүнөт. Булактын тазалыгына байланыштуу жаңы сандык негиз менен муну жасоо оңой болот.
Биринчи колдонуу учурларынын бири кванттык эсептөөдө болушу мүмкүн. Окумуштуулар көрсөткөндөй, кванттык чырмалышып, бөлүкчө-толкун дуализми өз ара байланышта. Ошентип, чырмалышуунун ордуна толкундун жана корпускулярдуулуктун көлөмүн өлчөөгө болот. Бул кванттык интернетти түзүү боюнча иштеген окумуштууларга жардам бере алат. Же колдоно аласыз экилик кванттык компьютерлерди өркүндөтүү жана аларды ылдамдатуу. Кандай болгон күндө да, кызыктуу кванттык убакыттар жакындап калды окшойт.
Ошондой эле окуңуз:
макала үчүн рахмат! "Мүмкүн программалар мурунтан эле горизонтто" - балким, программалар эмес, тиркемелерби?
Рахмат, абдан кызыктуу. Дагы ушундай макалалар.
Рахмат сага! аракет кылабыз;)