Организация Объединённых Наций объявила 2025 год Международным годом квантовой науки и технологий. 🎉 Это событие стоит отметить, особенно если учесть, что электронные устройства, которые вы используете для чтения этой статьи, зависят от передовых приложений квантовых явлений.
Этот год выбран не случайно: 2025 отмечает столетие публикации первых статей по квантовой механике, также известной как квантовая физика. В этих статьях были определены научные принципы, описывающие движение и взаимодействие субатомных частиц, таких как фотоны и электроны — частицы, из которых состоит всё, что мы знаем о материи.
Квантовые технологии повсюду
Сто лет спустя технологии, основанные на квантовой механике, стали неотъемлемой частью нашей жизни. Такие устройства, как мобильные телефоны, зависят от продвинутых приложений теории квантовой электродинамики, которая описывает взаимодействие между материей и электромагнитным излучением на уровне отдельных атомов.
Для конечного пользователя электронные устройства представляют собой вершину современных технологий. Ваш мобильный телефон — это машина, которая, кажется, способна делать почти всё и с кажущейся непогрешимой уверенностью. Однако иллюзия простоты исчезает, когда дело доходит до понимания того, как эти устройства работают на атомном уровне.
Принцип неопределённости
В основе квантовой механики лежит принцип неопределённости. Существуют некоторые фундаментальные величины, такие как положение и импульс частицы, которые мы не можем одновременно измерить точно. Если мы знаем точное местоположение электрона, например, мы ничего не можем сказать о его импульсе. И наоборот, если мы знаем его импульс, мы не можем сделать никаких определённых заявлений о его местоположении.
Принцип неопределённости накладывает ограничения на точность одновременных измерений некоторых физических величин. Никакие экспериментальные стратегии, какими бы хитрыми или гениальными они ни были, не могут обойти это фундаментальное правило природы.
Квантовые компьютеры
Одной из самых удивительных следствий математической структуры квантовой механики является то, что квантовые системы могут быть использованы для создания новых типов информационных технологий. Теоретическая мощность этих так называемых квантовых компьютеров намного превосходит возможности самых мощных современных суперкомпьютеров.
Сегодня в Школе физики Мельбурнского университета под руководством научных руководителей студенты разрабатывают вычислительные алгоритмы, которые выполняются на первом поколении функциональных квантовых компьютеров в рамках сотрудничества с IBM.
Исследователи также занимаются экспериментальными исследованиями по разработке следующего поколения квантовых вычислительных устройств и устройств, использующих квантовую механику для обнаружения крошечных электромагнитных полей.
Поиск тёмной материи обещает расширить наше понимание субатомных частиц во Вселенной. Возможно, это даже приведёт к формулировке неуловимой «теории всего», которая полностью примирит теории квантовой механики и общей теории относительности.
То, что мы достигли такого прогресса в первый век квантовой механики, безусловно, стоит отметить.
Предоставлено:
[Университет Мельбурна](https://phys.org/partners/university-of-melbourne/)