Väikseima ulatusega sündmustel on hiiglaslikud tagajärjed. Ja ükski teadusvaldkond ei näita seda paremini kui kvantfüüsika, mis uurib - enamasti - väga väikeste asjade kummalist käitumist. 2019. aastal suundusid kvantkatsed uutesse ja veelgi võõrastesse kohtadesse ning praktiline kvantarvutus oli reaalsusele lähemal, hoolimata mõningatest poleemikatest. Need olid 2019. aasta kõige olulisemad ja üllatavamad kvantüritused.
Google väidab "kvant-ülimuslikkust"
Kui üks 2019. aastast pärit kvant-uudis teeb ajalooraamatuid, siis on see tõenäoliselt suur teadaanne, mille Google kätte jõudis: Tehnoloogiaettevõte teatas, et on saavutanud "kvantülemuse". See on väljamõeldud viis öelda, et Google on ehitanud arvuti, mis suudab teatud ülesandeid kiiremini täita, kui ükski klassikaline arvuti suudaks. (Klassikaliste arvutite kategooriasse kuuluvad kõik masinad, mis tuginevad tavalistele vanadele 1 ja 0, näiteks seade, mida kasutate selle artikli lugemiseks.)
Google'i kvantüleensuse nõue, kui seda täidetakse, tähistaks infotehnoloogia ajaloos pöördepunkti. Kvantarvutid tuginevad oma arvutuste tegemisel kummalistele väikesemõõtmelistele füüsikalistele mõjudele, nagu takerdumine, ja nanomaailmas esinevatele teatavatele põhilistele määramatustele. Teoreetiliselt annab see kvaliteet neile masinatele teatud eelised klassikaliste arvutite ees. Nad suudavad hõlpsalt murda klassikalisi krüptimisskeeme, saata täiuslikult krüptitud sõnumeid, käivitada simulatsioone kiiremini kui klassikalised arvutid suudavad ja lahendavad raskeid probleeme üldiselt väga lihtsalt. Keeruline on see, et keegi pole kunagi teinud kvantarvutit piisavalt kiiresti, et neid teoreetilisi eeliseid ära kasutada - või vähemalt kellelgi polnud seda, kuni Google'i selle aasta feat.
Kuid mitte kõik ei osta tehnoloogiaettevõtte ülimuslikkust. Subhash Kak, kvintaskeptik ja Oklahoma osariigi ülikooli teadlane, tõi artiklis välja Live Science'i mitu põhjust.
Lugege lisateavet selle kohta, kuidas Google saavutas kvantüleensuse.
Kilogramm läheb kvantiks
Veel üks 2019. aasta kvantne käänupunkt tuli kaalude ja mõõtmete maailmast. Tavaline kilogramm, füüsiline objekt, mis määratles kõigi mõõtmiste jaoks massiühiku, oli pikka aega olnud 130-aastane plaatina-iriidiumsilindrist, mis kaalus 2,2 naela. ja istub toas Prantsusmaal. See muutus sel aastal.
Vana kilo oli päris hea, muutudes mass aastakümnete jooksul vaevalt. Kuid uus kilo on täiuslik: tuginedes massi ja energia põhimõttelisele suhtele ning ka kvantkaalude energia käitumise nurjumisele, suutsid füüsikud jõuda kilogrammi määratluseni, mis ei muutu vahel see aasta ja universumi lõpp.
Loe lähemalt täiusliku kilogrammi kohta.
Tegelikkus murdis natuke
Füüsikute meeskond kavandas kvantkatse, mis näitas, et faktid muutuvad tegelikult sõltuvalt teie vaatenurgast olukorrale. Füüsikud tegid pisikeses kvantarvutis footonite abil omamoodi "mündi viskamise", leides, et tulemused olid erinevatel detektoritel erinevad, sõltuvalt nende vaatenurgast.
"Näitame, et aatomite ja osakeste mikromaailmas, mida juhivad kvantmehaanika veidrad reeglid, on kahel erineval vaatlejal õigus oma faktidele," kirjutasid eksperimenteerijad artiklis Live Science. "Teisisõnu, vastavalt meie parimatele looduse enda tugielementide teooriatele võivad faktid olla tegelikult subjektiivsed."
Loe lähemalt objektiivse reaalsuse puudumise kohta.
Entanglement sai oma glamuuri võtte
Füüsikud tegid esimest korda foto nähtusest, mida Albert Einstein kirjeldas kui "õudset toimingut vahemaa tagant", milles kaks osakest püsivad füüsiliselt seotud, hoolimata sellest, et nad on üksteisest eraldatud. Seda kvantmaailma omadust oli juba ammu eksperimentaalselt kontrollitud, kuid see oli esimene kord, kui keegi seda nägi.
Lisateavet takerdumise unustamatu pildi kohta.
Midagi suurt läks mitmes suunas
Mõnes mõttes on takerdumise kontseptuaalne vastand - kvantne superpositsioon - võimaldab ühel objektil olla korraga kahes (või enamas) kohas, mis on nii osakeste kui lainetena eksisteeriva aine tagajärg. Tavaliselt saavutatakse see väikeste osakeste, näiteks elektronide abil.
Kuid 2019. aasta eksperimendis suutsid füüsikud superpositsiooni kõigi aegade suurimal skaalal ära tõmmata: kasutades meditsiiniliste teaduste maailmast 2000 koomilises koguses 2000 aatomiga molekule, mida tuntakse "fluoroalküülsulfanüülahelatega rikastatud oligotetüülfenüülporfüriinidena".
Lugege superpositsiooni saavutamist makromõõtmetes.
Kuumus ületas vaakumi
Tavaolukorras võib soojus vaakumit ületada ainult ühel viisil: kiirguse vormis. (See on see, mida tunnete, kui päikesekiired ristavad suvepäeval teie näo peal ruumi.) Muidu liigub soojus tavapärastes füüsilistes mudelites kahel viisil: esiteks võivad energia saanud osakesed koputada teistesse osakestesse ja edastada oma energia . (Selle efekti tundmiseks mähkige käed sooja tassi ümber.) Teiseks võib soe vedelik külmema vedeliku välja tõrjuda. (Nii juhtub, kui lülitate autos oleva kütteseadme sisse, ujutades salongi sooja õhuga üle.) Nii et ilma kiirguseta ei saa kuumus vaakumit ületada.
Kuid kvantfüüsika, nagu tavaliselt, rikub reegleid. 2019. aasta katses kasutasid füüsikud ära asjaolu, et kvantvaates pole vaakumid tegelikult tühjad. Selle asemel on nad täis pisikesi, juhuslikke kõikumisi, mis hüppavad olemasolu sisse ja välja. Teadlased leidsid, et piisavalt väikeses skaalas võib soojus ületada vaakumi, hüpates ühest kõikumisest teise läbi näiliselt tühja ruumi.
Lisateavet soojuse hüppe kohta kogu kosmose kvantvaakumis.
Põhjus ja tagajärg võivad olla tagurpidi
See järgmine leid pole kaugel eksperimentaalselt tõestatud avastusest ja on isegi väljaspool traditsioonilise kvantfüüsika valdkonda. Kuid kvantgravitatsiooniga töötavad teadlased - kvantmehaanika ja Einsteini üldrelatiivsuse maailma ühendamiseks loodud teoreetiline konstruktsioon - näitasid, et teatavatel asjaoludel võib sündmus põhjustada mõju, mis ilmnes ajas varem.
Teatud väga rasked objektid võivad üldrelatiivsuse tõttu mõjutada ajavoogu nende vahetus läheduses. Me teame, et see on tõsi. Ja kvantne superpositsioon dikteerib, et objektid võivad olla korraga mitmes kohas. Pange väga raske objekt (nagu suur planeet) kvant-superpositsioonile, kirjutasid teadlased ja saate kujundada veidrikujulisi stsenaariume, kus põhjus ja tagajärg toimuvad vales järjekorras.
Lisateave põhjuse ja tagajärje ümberpööramise kohta.
Kvanttunneldus pragunenud
Füüsikud on juba ammu teadnud kummalisest mõjust, mida tuntakse kui "kvanttunneldamist", milles osakesed läbivad näiliselt läbimatuid tõkkeid. See pole põhjus, et nad on nii väikesed, et leiavad auke. 2019. aastal näitas eksperiment, kuidas see tegelikult juhtub.
Kvantfüüsika ütleb, et osakesed on ka lained ja võite mõelda nendele lainetele osakese asukoha tõenäosusprojektsioonidena. Aga nad on ikka lained. Purustage laine ookeanis asuva tõkke vastu ja see kaotab natuke energiat, kuid teisele poole ilmub väiksem laine. Sarnane mõju avaldub kvantmaailmas, leidsid teadlased. Ja niikaua kui tõkke kõige kaugemale küljele on jäänud natuke tõenäosuslainet, on osakesel võimalus see takistuse kaudu läbi viia, tunneldades seda ruumi, kuhu tundub, et see ei peaks sobima.
Lisateavet hämmastava kvantunneldamise efekti kohta.
Metalliline vesinik võib olla ilmunud Maa peale
See oli ülikõrge rõhuga füüsika jaoks suur aasta. Ja üks julgemaid väiteid tuli Prantsuse laborist, mis teatas, et on loonud materjaliteaduse jaoks püha graali aine: metallilise vesiniku. Piisavalt kõrge rõhu korral, nagu näiteks need, mis arvatakse eksisteerivat Jupiteri tuumas, arvatakse, et ühe prootoniga vesinikuaatomid toimivad leelismetallidena. Kuid keegi polnud kunagi varem suutnud tekitada piisavalt kõrget rõhku, et seda varem laboris näidata. Sel aastal ütles meeskond, et nad nägid seda 425 gigapaskali juures (4,2 miljonit korda suurem kui Maa atmosfäärirõhk merepinnal). Kuid mitte kõik ei osta seda nõuet.
Lisateavet metallilise vesiniku kohta.
Me nägime kvantkilpkonda
Lükake kokku jahutatud aatomite mass magnetväljaga ja näete "kvant-ilutulestikku": nähtavasti juhuslikes suundades väljuvate aatomite joad. Teadlased kahtlustasid, et ilutulestikul võib olla muster, kuid see ei olnud ilmne ainult otsimise põhjal. Kuid arvuti abil avastasid teadlased ilutulestiku efekti kuju: kvantkilpkonna. Keegi pole veel kindel, miks see selle kuju võtab.
Loe lähemalt kvantkilpkonna kohta.
Pisike kvantarvuti pööras aega tagasi
Aeg peaks liikuma ainult ühes suunas: edasi. Piserdage pisut piima maapinnale ja pole nii, et mustus saaks ideaalselt kuivada ja sama puhas piim tassi tagasi viia. Leviv kvantlaine funktsioon ei ole levinud.
Välja arvatud see juhtum, tegi. Pisikese, kahebbitise kvantarvuti abil suutsid füüsikud kirjutada algoritmi, mis võimaldaks tagastada iga laine pulbri selle loonud osakesele - sündmuse lahti kerida ja aja noolt tõhusalt tagasi pöörata.
Lisateavet aja noole pööramise kohta.
Veel üks kvantarvuti nägi 16 futuuri
Kvantarvutite, mis tuginevad 1 ja 0 asemel pigem superpositsioonidele, kena omadus on nende võime esitada mitu arvutust korraga. See eelis on täies ekraanil 2019. aastal välja töötatud uues kvantprognoosimootoris. Seotud sündmuste jada simuleerides suutsid mootori taga olevad teadlased kodeerida 16 võimalikku tulevikku oma mootori üheks footoniks. Nüüd on see multitasking!
Loe lähemalt 16 võimaliku futuuri kohta.
