Kvantové previazanie je kvantový mechanický jav, ktorý sa v praxi začal skúmať pomerne nedávno – v 70. rokoch minulého storočia. Je to nasledovné. Predstavme si, že v dôsledku nejakej udalosti sa súčasne zrodili dva fotóny. Dvojicu kvantovo previazaných fotónov je možné získať napríklad žiarením lasera s určitými charakteristikami na nelineárny kryštál. Vygenerované fotóny v páre môžu mať rôzne frekvencie (a vlnové dĺžky), ale súčet ich frekvencií sa rovná frekvencii počiatočnej excitácie. Majú tiež ortogonálne polarizácie na báze kryštálovej mriežky, čo uľahčuje ich priestorové oddelenie. Pri zrode dvojice častíc musia byť splnené zákony zachovania, čo znamená, že celkové charakteristiky (polarizácia, frekvencia) dvoch častíc majú vopred známu, presne definovanú hodnotu. Z toho vyplýva, že keď poznáme vlastnosti jedného fotónu, môžeme určite zistiť vlastnosti druhého fotónu. Podľa princípov kvantovej mechaniky je častica až do okamihu merania v superpozícii viacerých možných stavov a pri meraní sa superpozícia odstráni a častica je v jednom stave. Ak analyzujete veľa častíc, potom v každom stave bude určité percento častíc zodpovedajúce pravdepodobnosti tohto stavu v superpozícii.

Čo sa však stane so superpozíciou stavov v zapletených časticiach v momente merania stavu jedného z nich? Paradoxnosť a kontraintuitívnosť kvantového previazania spočíva v tom, že charakteristika druhého fotónu je určená presne v momente, keď sme zmerali charakteristiku prvého. Nie, toto nie je teoretická konštrukcia, to je krutá pravda okolitého sveta, potvrdená experimentálne. Áno, znamená to prítomnosť interakcie, ktorá sa uskutočňuje nekonečne vysokou rýchlosťou, dokonca presahujúcou rýchlosť svetla. Ako to využiť v prospech ľudstva, zatiaľ nie je celkom jasné. Existujú nápady na aplikácie pre výpočty na kvantovom počítači, kryptografiu a komunikáciu.

Vedcom z Viedne sa podarilo vyvinúť úplne novú a mimoriadne kontraintuitívnu zobrazovaciu techniku ​​založenú na kvantovej povahe svetla. V ich systéme je obraz tvorený svetlom, ktoré nikdy neinteragovalo s objektom. Technológia je založená na princípe kvantového previazania. Článok o tom bol publikovaný v časopise Nature. Na štúdii sa podieľali zamestnanci Inštitútu pre kvantovú optiku a kvantové informácie (IQOQI) Viedenského centra pre kvantovú vedu a techniku ​​(VCQ) a Viedenskej univerzity.

V experimente viedenských vedcov mal jeden z dvojice zapletených fotónov vlnovú dĺžku v infračervenej časti spektra a práve on prešiel vzorkou. Jeho príbuzný mal vlnovú dĺžku zodpovedajúcu červenému svetlu a mohol byť detekovaný kamerou. Lúč svetla generovaný laserom bol rozdelený na dve polovice a polovice boli nasmerované na dva nelineárne kryštály. Predmet bol umiestnený medzi dva kryštály. Bola to vystrihnutá silueta mačky – na počesť postavy špekulatívneho experimentu Erwina Schrödingera, ktorý už migroval do folklóru. Smeroval naň infračervený lúč fotónov z prvého kryštálu. Potom tieto fotóny prešli cez druhý kryštál, kde sa fotóny prechádzajúce cez obraz mačky zmiešali s novonarodenými infračervenými fotónmi, takže bolo úplne nemožné pochopiť, v ktorom z dvoch kryštálov sa zrodili. Navyše kamera vôbec nezaznamenala infračervené fotóny. Oba lúče červených fotónov boli spojené a odoslané do prijímacieho zariadenia. Ukázalo sa, že vďaka efektu kvantového zapletenia uložili všetky informácie o objekte potrebné na vytvorenie obrazu.

K podobným výsledkom viedol experiment, v ktorom obraz nebol nepriehľadnou platňou s vyrezaným obrysom, ale objemovým silikónovým obrazom, ktorý neabsorboval svetlo, ale spomalil prechod infračerveného fotónu a vytvoril fázový rozdiel medzi fotónmi, ktoré prešiel rôznymi časťami obrazu. Ukázalo sa, že takýto plast ovplyvnil aj fázu červených fotónov, ktoré sú v stave kvantového zapletenia s infračervenými fotónmi, no nikdy neprešli cez obraz.

Ak vás ešte neprekvapili zázraky kvantovej fyziky, tak po tomto článku sa vaše myslenie určite obráti hore nohami. Dnes vysvetlím, čo je to kvantové zapletenie, ale jednoduchými slovami aby každý pochopil, čo to je.

Zapletenie ako magické spojenie

Po objavení nezvyčajných efektov, ktoré sa vyskytujú v mikrokozme, vedci prišli so zaujímavým teoretickým predpokladom. Vyplývalo to zo základov kvantovej teórie.

V poslednom som hovoril o tom, ako sa elektrón správa veľmi zvláštnym spôsobom.

Ale spletenie kvantových, elementárnych častíc je vo všeobecnosti v rozpore so všetkými zdravý rozum, je mimo akéhokoľvek chápania.

Ak sa navzájom ovplyvňovali, potom po oddelení medzi nimi zostáva magické spojenie, aj keď sú od seba vzdialené na ľubovoľnú, ľubovoľne veľkú vzdialenosť.

Mágia v tom zmysle, že informácie medzi nimi sa prenášajú okamžite.

Ako je známe z kvantovej mechaniky, častica je pred meraním v superpozícii, to znamená, že má niekoľko parametrov naraz, je rozmazaná v priestore a nemá presnú hodnotu spinu. Ak sa vykoná meranie na jednej z dvojice predtým interagujúcich častíc, to znamená, že dôjde ku kolapsu vlnovej funkcie, potom druhá okamžite, okamžite zareaguje na toto meranie. A je úplne jedno, aká je medzi nimi vzdialenosť. Fantastické, nie?

Ako je známe z Einsteinovej teórie relativity, nič nemôže prekročiť rýchlosť svetla. Aby sa informácia dostala od jednej častice k druhej, je potrebné stráviť aspoň čas prechodu svetla. Jedna častica však okamžite reaguje na meranie druhej. Informácie rýchlosťou svetla by sa k nej dostali neskôr. Toto všetko nezapadá do zdravého rozumu.

Ak oddelíme pár elementárnych častíc s nulovým všeobecným spinovým parametrom, potom jedna musí mať záporný spin a druhá kladný. Ale pred meraním je hodnota rotácie v superpozícii. Hneď ako sme zmerali rotáciu prvej častice, videli sme, že má kladná hodnota, takže druhý okamžite nadobudne záporný spin. Ak naopak prvá častica nadobudne negatívny význam spin, potom je druhý okamžite pozitívny.

Alebo taká analógia.

Máme dve lopty. Jeden je čierny, druhý je biely. Zakryli sme ich nepriehľadnými sklami, nevidíme akými. Miešame ako pri hre náprstky.

Ak ste otvorili jeden pohár a videli ste, že je tam biela guľa, znamená to, že druhý pohár je čierny. Najprv však nevieme, kde ktorý.

Tak je to aj s elementárnymi časticami. Ale predtým, než sa na ne pozriete, sú v superpozícii. Pred meraním sa guľôčky zdajú byť bezfarebné. Ale keď zničil superpozíciu jednej gule a videl, že je biela, druhá sa okamžite stane čiernou. A to sa stane okamžite, buďte aspoň jednou loptou na Zemi a druhou v inej galaxii. Aby sa svetlo dostalo z jednej gule do druhej v našom prípade, povedzme, trvá to stovky rokov a druhá guľôčka sa dozvie, že urobili meranie cez druhú, opakujem, okamžite. Je medzi nimi zmätok.

Je jasné, že Einstein a mnohí ďalší fyzici neakceptovali takýto výsledok udalostí, teda kvantové zapletenie. Závery kvantovej fyziky považoval za nesprávne, neúplné a predpokladal, že chýbajú niektoré skryté premenné.

Naopak, vyššie popísaný Einsteinov paradox bol vynájdený, aby ukázal, že závery kvantovej mechaniky nie sú správne, pretože zapletenie je v rozpore so zdravým rozumom.

Tento paradox sa nazýval Einsteinov-Podolského-Rosenov paradox, skrátene EPR paradox.

Ale experimenty so zapletením, ktoré neskôr vykonal A. Aspect a ďalší vedci, ukázali, že Einstein sa mýlil. Existuje kvantové zapletenie.

A to už neboli teoretické predpoklady vyplývajúce z rovníc, ale skutočné fakty veľa experimentov s kvantovým zapletením. Vedci to videli naživo a Einstein zomrel bez toho, aby poznal pravdu.

Častice skutočne okamžite interagujú, obmedzenia rýchlosti svetla im nie sú prekážkou. Svet sa ukázal byť oveľa zaujímavejší a komplikovanejší.

Pri kvantovom zapletení, opakujem, dochádza k okamžitému prenosu informácií, vzniká magické spojenie.

Ale ako to môže byť?

Dnešná kvantová fyzika na túto otázku odpovedá elegantným spôsobom. Medzi časticami je okamžité spojenie nie preto, že by sa informácie prenášali veľmi rýchlo, ale preto, že na hlbšej úrovni jednoducho nie sú oddelené, ale sú stále spolu. Sú v takzvanom kvantovom zapletení.

To znamená, že stav zapletenia je stav systému, ktorý podľa niektorých parametrov alebo hodnôt nemožno rozdeliť na samostatné, úplne nezávislé časti.

Napríklad elektróny po interakcii môžu byť oddelené veľkou vzdialenosťou v priestore, ale ich spiny sú stále spolu. Preto sú počas experimentov rotácie okamžite navzájom konzistentné.

Vidíte, kam to vedie?

Dnešné poznatky modernej kvantovej fyziky založené na teórii dekoherencie sa redukujú na jednu vec.

Existuje hlbšia, neprejavená realita. A to, čo pozorujeme ako známy klasický svet, je len malá časť, špeciálny prípad zásadnejšej kvantovej reality.

Neobsahuje priestor, čas, žiadne parametre častíc, ale len informácie o nich, potenciál ich prejavu.

Práve táto skutočnosť elegantne a jednoducho vysvetľuje, prečo dochádza ku kolapsu vlnovej funkcie, o ktorom sme hovorili v predchádzajúcom článku, kvantového prepletenia a iných zázrakov mikrosveta.

Dnes, keď sa hovorí o kvantovom prepletení, človek myslí na druhý svet.

To znamená, že na základnej úrovni je elementárna častica neprejavená. Nachádza sa súčasne v niekoľkých bodoch v priestore, má niekoľko hodnôt rotácií.

Potom sa to podľa niektorých parametrov môže prejaviť v našom klasickom svete pri meraní. Vo vyššie uvažovanom experimente už dve častice majú špecifickú hodnotu pre súradnice priestoru, ale ich rotácie sú stále v kvantovej realite, neprejavené. Neexistuje žiadny priestor a čas, takže rotácie častíc sú spolu spojené, napriek obrovskej vzdialenosti medzi nimi.

A keď sa pozrieme na rotáciu častice, to znamená, že urobíme meranie, tak trochu vytiahneme rotáciu z kvantovej reality do nášho bežného sveta. Ale zdá sa nám, že častice si vymieňajú informácie okamžite. Len boli stále spolu podľa rovnakého parametra, hoci mali od seba ďaleko. Ich oddelenie je vlastne ilúzia.

To všetko pôsobí zvláštne, nezvyčajne, no túto skutočnosť už potvrdili mnohé experimenty. Kvantové počítače sú postavené na základe magického zapletenia.

Realita sa ukázala byť oveľa komplikovanejšia a zaujímavejšia.

Princíp kvantového prepletenia sa nezhoduje s naším zaužívaným pohľadom na svet.


Takto vysvetľuje kvantové zapletenie fyzik-vedec D.Bom.

Povedzme, že sledujeme ryby v akváriu. Ale kvôli určitým obmedzeniam sa nemôžeme pozerať na akvárium tak, ako je, ale len na jeho projekcie, snímané dvoma kamerami spredu a zboku. To znamená, že sledujeme ryby, pozeráme sa na dva televízory. Myslíme si, že ryby sú iné, keďže to natáčame jednou kamerou na celú tvár, druhou z profilu. Ale zázrakom sú ich pohyby jasne koordinované. Hneď ako sa ryba z prvej obrazovky otočí, okamžite sa otočí aj druhá. Sme prekvapení, neuvedomujeme si, že ide o tie isté ryby.

Tak je to v kvantovom experimente s dvoma časticami. Kvôli svojim obmedzeniam sa nám zdá, že spiny dvoch predtým interagujúcich častíc sú na sebe nezávislé, pretože teraz sú častice od seba ďaleko. Ale v skutočnosti sú stále spolu, ale sú v kvantovej realite, v nelokálnom zdroji. Len sa nepozeráme na realitu takú, aká naozaj je, ale skreslene, v rámci klasickej fyziky.

Kvantová teleportácia jednoduchými slovami

Keď sa vedci dozvedeli o kvantovom prepletení a okamžitom prenose informácií, mnohí sa pýtali: je možné teleportovať?

Ukázalo sa, že je to naozaj možné.

Bolo už vykonaných veľa teleportačných experimentov.

Podstatu metódy možno ľahko pochopiť, ak pochopíte všeobecný princíp zapletenie.

Existuje častica, napríklad elektrón A a dva páry zapletených elektrónov B a C. Elektrón A a pár B, C sú v rôzne body priestor, bez ohľadu na to, ako ďaleko. A teraz preložme častice A a B do kvantového zapletenia, čiže ich spojme. Teraz sa C stáva presne rovnakým ako A, pretože ich všeobecný stav sa nemení. To znamená, že častica A sa teleportuje do častice C.

Dnes sa uskutočnili zložitejšie experimenty s teleportáciou.

Samozrejme, všetky doterajšie experimenty prebiehajú len s elementárnymi časticami. Ale musíte uznať, že toto je už neuveriteľné. Všetci sa predsa skladáme z rovnakých častíc, vedci tvrdia, že teleportácia makroobjektov sa teoreticky nelíši. Potrebujete len vyriešiť množstvo technických problémov a je to len otázka času. Možno vo svojom vývoji ľudstvo dosiahne schopnosť teleportovať veľké predmety a dokonca aj samotného človeka.

Kvantová realita

Kvantové zapletenie je celistvosť, kontinuita, jednota na hlbšej úrovni.

Ak sú častice podľa niektorých parametrov v kvantovom prepletení, potom sa podľa týchto parametrov jednoducho nedajú rozdeliť na samostatné časti. Sú vzájomne závislé. Takéto vlastnosti sú jednoducho fantastické z pohľadu známeho sveta, transcendentálne, dalo by sa povedať nadpozemské a transcendentálne. To je ale fakt, ktorému sa nedá vyhnúť. Je načase si to priznať.

Ale kam toto všetko vedie?

Ukazuje sa, že mnohé duchovné učenia ľudstva už dlho hovorili o tomto stave vecí.

Svet, ktorý vidíme, pozostávajúci z hmotných predmetov, nie je základom reality, ale len jej malou časťou a nie najdôležitejšou. Existuje transcendentálna realita, ktorá určuje, určuje všetko, čo sa deje s naším svetom, a teda aj s nami.

Práve tam sa skrývajú skutočné odpovede na večné otázky o zmysle života, skutočnom rozvoji človeka, nadobudnutí šťastia a zdravia.

A nie sú to prázdne slová.

To všetko vedie k prehodnoteniu životných hodnôt, pochopeniu, ktoré okrem nezmyselného pretekania za hmotné statky existuje niečo dôležitejšie a vyššie. A táto realita nie je niekde tam vonku, všade nás obklopuje, preniká, je, ako sa hovorí, „na dosah ruky“.

Ale o tom si povieme v ďalších článkoch.

Teraz si pozrite video o kvantovom prepletení.

Od kvantového zapletenia plynulo prejdeme k teórii. Viac o tom v ďalšom článku.

Kvantové zapletenie

Kvantové zapletenie (zapletenie) je kvantový mechanický jav, pri ktorom musí byť kvantový stav dvoch alebo viacerých objektov popísaný vo vzájomnom vzťahu, aj keď sú jednotlivé objekty od seba vzdialené. V dôsledku toho vznikajú korelácie medzi pozorovanými fyzikálne vlastnosti predmety. Môžete napríklad pripraviť dve častice, ktoré sú v jedinom kvantovom stave, takže keď je jedna častica pozorovaná v stave s rotáciou smerom nahor, rotácia druhej sa ukáže ako klesajúca a naopak, a to aj napriek skutočnosť, že podľa kvantovej mechaniky predpovedajú, že je nemožné získať smer prakticky zakaždým. Inými slovami, zdá sa, že merania vykonávané na jednom systéme majú okamžitý účinok na systém, ktorý je s ním spojený. Avšak to, čo sa chápe ako informácia v klasickom zmysle, stále nemôže byť prenášané zapletením rýchlejšie ako rýchlosťou svetla.
Predtým sa pôvodný výraz „zapletenie“ prekladal v opačnom zmysle – ako zapletenie, no význam slova je zachovať spojenie aj po zložitom životopise kvantovej častice. Takže v prítomnosti spojenia medzi dvoma časticami v spleti fyzikálneho systému, „trhnutím“ jednej častice, bolo možné určiť druhú.

Kvantové zapletenie je jadrom budúcich technológií, akými sú kvantový počítač a kvantová kryptografia a používal sa aj pri experimentoch s kvantovou teleportáciou. Z teoretického a filozofického hľadiska je tento jav jednou z najrevolučnejších vlastností kvantovej teórie, pretože je možné vidieť, že predpovedané korelácie kvantová mechanika, sú úplne nezlučiteľné s predstavou zdanlivo očividnej lokality skutočný svet, v ktorom sa informácie o stave systému môžu prenášať len cez jeho bezprostredné okolie. Rôzne pohľady na to, čo sa v skutočnosti deje počas procesu kvantového mechanického zapletenia, vedú k rôznym interpretáciám kvantovej mechaniky.

História problému

V roku 1935 Einstein, Podolsky a Rosen sformulovali slávny Einstein-Podolsky-Rosen paradox, ktorý ukázal, že vďaka prepojenosti kvantová mechanika sa stáva nelokálnou teóriou. Einstein je známy tým, že zosmiešňuje koherenciu a nazýva ju „akciou nočnej mory na diaľku. Prirodzene nelokálna konektivita vyvrátila TO postulát o limitnej rýchlosti svetla (prenosu signálu).

Na druhej strane, kvantová mechanika je vynikajúca v predpovedaní experimentálne výsledky a v skutočnosti boli pozorované dokonca silné korelácie v dôsledku fenoménu zapletenia. Existuje spôsob, ktorý sa zdá byť úspešný pri vysvetľovaní kvantového zapletenia - prístup „teórie skrytých parametrov“, v ktorom sú za korelácie zodpovedné určité, ale neznáme mikroskopické parametre. V roku 1964 však JSBell ukázal, že stále nebude možné skonštruovať „dobrú“ lokálnu teóriu týmto spôsobom, to znamená, že zapletenie predpovedané kvantovou mechanikou možno experimentálne odlíšiť od výsledkov predpovedaných širokou triedou teórií. s lokálnymi skrytými parametrami.... Výsledky následných experimentov poskytli ohromujúce potvrdenie kvantovej mechaniky. Niektoré testy ukazujú, že v týchto experimentoch existuje množstvo prekážok, ale všeobecne sa uznáva, že nie sú významné.

Konektivita vedie k zaujímavému vzťahu s princípom relativity, ktorý hovorí, že informácie nemôžu cestovať z miesta na miesto rýchlejšie ako rýchlosťou svetla. Hoci tieto dva systémy môžu byť oddelené na veľkú vzdialenosť a zároveň môžu byť prepletené, prenášajú sa prostredníctvom ich spojenia užitočná informácia nemožné, takže kauzalita nie je narušená zapletením. Stáva sa to z dvoch dôvodov:
1. výsledky meraní v kvantovej mechanike sú v zásade pravdepodobnostné;
2. veta o klonovaní kvantového stavu zakazuje štatistické overovanie zapletených stavov.

Príčiny vplyvu častíc

V našom svete existujú špeciálne stavy niekoľkých kvantových častíc - zapletené stavy, v ktorých sa pozorujú kvantové korelácie (vo všeobecnosti je korelácia vzťah medzi udalosťami nad úrovňou náhodné náhody). Tieto korelácie možno objaviť experimentálne, čo sa prvýkrát uskutočnilo pred viac ako dvadsiatimi rokmi a teraz sa bežne používa v rôznych experimentoch. V klasickom (teda nekvantovom) svete existujú dva typy korelácií – keď jedna udalosť spôsobuje druhú, alebo keď obe majú spoločnú príčinu. V kvantovej teórii vzniká tretí typ korelácií, spojený s nelokálnymi vlastnosťami zapletených stavov niekoľkých častíc. Je ťažké si predstaviť tento tretí typ korelácií pomocou bežných každodenných analógií. Alebo možno sú tieto kvantové korelácie výsledkom nejakej novej, doteraz neznámej interakcie, vďaka ktorej sa zapletené častice (a len ony!) navzájom ovplyvňujú?

Okamžite stojí za to zdôrazniť „abnormálnosť“ takejto hypotetickej interakcie. Kvantové korelácie sú pozorované aj vtedy, ak k detekcii dvoch častíc oddelených veľkou vzdialenosťou dôjde súčasne (v rámci experimentálnej chyby). To znamená, že ak k takejto interakcii dôjde, potom sa musí v laboratórnej referenčnej sústave šíriť extrémne rýchlo, nadsvetelnou rýchlosťou. A z toho nevyhnutne vyplýva, že v iných referenčných rámcoch bude táto interakcia vo všeobecnosti okamžitá a bude dokonca pôsobiť z budúcnosti do minulosti (hoci bez porušenia princípu kauzality).

Podstata experimentu

Experimentálna geometria. Páry zapletených fotónov sa vygenerovali v Ženeve, potom sa fotóny poslali po kábloch z optických vlákien rovnakej dĺžky (označené červenou farbou) do dvoch prijímačov (označených písmenami APD) vzdialených od seba 18 km. Obrázok z diskutovaného článku v Nature

Myšlienka experimentu je nasledovná: vytvorte dva zapletené fotóny a pošlite ich dvom detektorom vzdialeným od seba čo najďalej (v opísanom experimente bola vzdialenosť medzi dvoma detektormi 18 km). V tomto prípade budú dráhy fotónov k detektorom čo najidentickejšie, aby boli momenty ich detekcie čo najbližšie. V tejto práci sa momenty detekcie zhodovali s presnosťou asi 0,3 nanosekundy. Kvantové korelácie za týchto podmienok boli stále pozorované. To znamená, že ak predpokladáme, že „fungujú“ vďaka vyššie opísanej interakcii, tak jej rýchlosť by mala stotisíckrát prekročiť rýchlosť svetla.
Takýto experiment v skutočnosti už predtým vykonala rovnaká skupina. Novosť tejto práce je len v tom, že experiment trval dlho. Kvantové korelácie sa pozorovali nepretržite a nezmizli v žiadnu dennú dobu.
Prečo je to dôležité? Ak je hypotetická interakcia prenášaná nejakým médiom, potom toto médium bude mať vyhradený referenčný rámec. V dôsledku rotácie Zeme sa laboratórna referenčná sústava pohybuje vzhľadom na túto referenčnú sústavu rôznymi rýchlosťami. To znamená, že časový interval medzi dvoma udalosťami detekcie dvoch fotónov bude pre toto prostredie neustále odlišný v závislosti od dennej doby. Predovšetkým nastane moment, keď sa tieto dve udalosti pre toto prostredie budú zdať simultánne. (Tu je mimochodom použitý fakt z teórie relativity, že dva súčasné deje budú súčasné vo všetkých inerciálnych vzťažných sústavách pohybujúcich sa kolmo na spojnicu).

Ak sa kvantové korelácie uskutočnia kvôli hypotetickej interakcii opísanej vyššie a ak je rýchlosť tejto interakcie konečná (hoci ľubovoľne vysoká), potom by v tom momente korelácie zmizli. Nepretržité pozorovanie korelácií počas dňa by preto túto možnosť úplne uzavrelo. A opakovanie takéhoto experimentu v rôzne časy rokov by túto hypotézu uzavrela aj s nekonečne rýchlou interakciou v jej vlastnom vyhradenom referenčnom rámci.

Bohužiaľ sa to nepodarilo dosiahnuť kvôli nedokonalosti experimentu. V tomto experimente, aby bolo možné povedať, že korelácie sú skutočne pozorované, je potrebné akumulovať signál počas niekoľkých minút. Zmiznutie korelácií napríklad na 1 sekundu by tento experiment nemohol zaznamenať. Práve preto nemohli autori hypotetickú interakciu úplne uzavrieť, ale dostali len obmedzenie rýchlosti jej šírenia v nimi zvolenom referenčnom rámci, čo samozrejme značne znižuje hodnotu získaného výsledku.

Možno...?

Čitateľ si môže položiť otázku: ak sa aj napriek tomu naplní vyššie opísaná hypotetická možnosť, ale experiment ju jednoducho pre svoju nedokonalosť prehliadne, znamená to, že teória relativity je nesprávna? Dá sa tento efekt využiť na prenos informácií rýchlejšie ako svetlo alebo dokonca na cestovanie vesmírom?

nie Vyššie opísaná hypotetická interakcia konštrukciou slúži jedinému účelu – sú to „ozubené kolesá“, vďaka ktorým kvantové korelácie „fungujú“. Ale už bolo dokázané, že pomocou kvantových korelácií nie je možné sprostredkovať informácie vyššia rýchlosť Sveta. Preto, nech je mechanizmus kvantových korelácií akýkoľvek, nemôže porušovať teóriu relativity.
© Igor Ivanov

Pozri torzné polia.
Základom jemnohmotného sveta sú fyzické vákuum a torzné polia. 4.

Kvantové zapletenie.




Copyright © 2015 Bezpodmienečná láska

Kvantové zapletenie alebo „strašidelné pôsobenie na diaľku“, ako to nazval Albert Einstein, je kvantový mechanický jav, v ktorom sú kvantové stavy dvoch alebo viacerých objektov vzájomne závislé. Táto závislosť pretrváva, aj keď sú objekty od seba vzdialené na mnoho kilometrov. Môžete napríklad zamotať pár fotónov, jeden z nich preniesť do inej galaxie a potom zmerať rotáciu druhého fotónu – a ten bude opačný ako rotácia prvého fotónu a naopak. Uskutočňujú sa pokusy prispôsobiť kvantové zapletenie na okamžitý prenos údajov na obrovské vzdialenosti alebo dokonca na teleportáciu.

Moderné počítače poskytujú najviac možností na modelovanie rôzne situácie... Akékoľvek výpočty však budú trochu "lineárne", pretože sa riadia jasne definovanými algoritmami a nemôžu sa od nich odchýliť. A tento systém neumožňuje simulovať zložité mechanizmy, v ktorých je náhodnosť takmer konštantným javom. to je o simulácii života. A aké zariadenie by vám to umožnilo? Kvantový počítač! Práve na jednom z týchto strojov bol spustený najambicióznejší projekt na simuláciu kvantového života.

  1. 5. Čo je kvantové previazanie? Podstata jednoduchými slovami.
    Je možná teleportácia?

    Sme v tom sci-fi filmy a knihy často vidíme teleportáciu. Premýšľali ste niekedy nad tým, prečo sa to, s čím autori prišli, nakoniec stane našou realitou? Ako sa im darí predpovedať budúcnosť? Myslím, že to nie je náhoda. Spisovatelia sci-fi často disponujú rozsiahlymi znalosťami fyziky a iných vied, ktoré im v kombinácii s ich intuíciou a mimoriadnou predstavivosťou pomáhajú vytvárať retrospektívnu analýzu minulosti a simulovať budúce udalosti.

    Z článku sa dozviete:
    Čo je kvantové zapletenie?
    Einsteinov spor s Bohrom. kto má pravdu?
    Bellova veta. Je spor vyriešený?
    Je teleportácia experimentálne potvrdená?

    Čo je kvantové zapletenie?

    koncepcia "Kvantové zapletenie" vyplynul z teoretického predpokladu vyplývajúceho z rovníc kvantovej mechaniky. Znamená to, že ak sa ukáže, že 2 kvantové častice (môžu to byť elektróny, fotóny) sú vzájomne závislé (zapletené), spojenie je zachované, aj keď sú prenášané do rôznych častí vesmíru.


    Objav kvantového zapletenia vysvetľuje do určitej miery teoretickú možnosť teleportácie.

    Ak získate niekoľko fotónov súčasne, budú spojené (zamotané). A ak zmeriate rotáciu jedného z nich a ukáže sa, že je kladná, potom sa rotácia 2. fotónu – buďte si istý – okamžite stane zápornou. A naopak.

    Skrátka teda točiť kvantová častica (elektrón, fotón) sa nazýva jej vlastný moment hybnosti. Spin môže byť reprezentovaný ako vektor a samotná kvantová častica môže byť reprezentovaná ako mikroskopický magnet.
    Je dôležité pochopiť, že keď nikto nepozoruje kvantum, napríklad elektrón, potom má všetky hodnoty spinu súčasne. Tento základný koncept kvantovej mechaniky sa nazýva „superpozícia“.​


    Predstavte si, že sa váš elektrón otáča v smere a proti smeru hodinových ručičiek súčasne. To znamená, že je súčasne v oboch spinových stavoch (spin up vector / spin down vector). Prezentovali ste? OK Ale akonáhle sa objaví pozorovateľ a zmeria svoj stav, elektrón sám určí, ktorý spinový vektor má vziať - hore alebo dole.

    Chcete vedieť, ako sa meria spin elektrónu? Je umiestnený v magnetickom poli: elektróny so spinom proti smeru poľa a so spinom v smere poľa sa budú vychyľovať do rôznych smerov. Spiny fotónov sa merajú ich nasmerovaním do polarizačného filtra. Ak je spin (alebo polarizácia) fotónu "-1", potom cez filter neprejde a ak "+1", potom áno.

    Zhrnutie. Akonáhle ste zmerali stav jedného elektrónu a určili, že jeho spin je "+1", potom elektrón s ním viazaný alebo "zapletený" nadobudne hodnotu spinu "-1". A to okamžite, aj keď je na Marse. Hoci pred meraním stavu 2. elektrónu mal obe hodnoty spinu súčasne ("+1" a "-1").

    Tento paradox, dokázaný matematicky, sa Einsteinovi veľmi nepáčil. Pretože odporoval svojmu objavu, že neexistuje väčšia rýchlosť ako rýchlosť svetla. Ale koncept zapletených častíc sa ukázal: ak je jedna zo zamotaných častíc na Zemi a druhá na Marse, potom prvá častica v okamihu merania svojho stavu okamžite (rýchlejšie ako rýchlosť svetla) prenáša informáciu o druhej častici. , aká je hodnota otočky vezmite si ju. Totiž: opačný význam.

    Einsteinov spor s Bohrom. kto má pravdu?

    Einstein nazval „kvantové zapletenie“ SPUCKHAFTE FERWIRKLUNG (nem.) resp. desivá, prízračná, nadprirodzená akcia na diaľku.​


    Einstein nesúhlasil s Bohrovou interpretáciou kvantového prepletenia častíc. Pretože to odporoval jeho teórii, že informácie nemožno prenášať rýchlosťou väčšou ako je rýchlosť svetla. V roku 1935 publikoval článok popisujúci myšlienkový experiment. Tento experiment sa nazýval „Paradox Einstein-Podolského-Rosen“.

    Einstein súhlasil s tým, že viazané častice môžu existovať, ale prišiel s iným vysvetlením pre okamžitý prenos informácií medzi nimi. Povedal, že "zapletené častice" skôr pripomínajú rukavice. Predstavte si, že máte pár rukavíc. Ľavý dáte do jedného kufra a pravý do druhého. Prvý kufor si poslal priateľovi a druhý na Mesiac. Keď kamarát dostane kufor, bude vedieť, že v kufri je buď ľavá alebo pravá rukavica. Keď otvorí kufor a uvidí, že je v ňom ľavá rukavica, okamžite bude vedieť, že tá pravá je na Mesiaci. A to neznamená, že priateľ ovplyvnil skutočnosť, že ľavá rukavica je v kufri a neznamená to, že ľavá rukavica okamžite preniesla informácie tej pravej. Znamená to len, že vlastnosti rukavíc boli pôvodne rovnaké od momentu ich rozdelenia. Tie. zapletené kvantové častice spočiatku obsahujú informácie o ich stavoch.

    Kto mal teda pravdu Bohr, ktorý veril, že naviazané častice si navzájom okamžite prenášajú informácie, aj keď sú od seba vzdialené obrovské vzdialenosti? Alebo Einstein, ktorý veril, že neexistuje žiadne nadprirodzené spojenie a všetko bolo vopred dané dávno pred okamihom merania.


    Tento spor sa na 30 rokov presunul do oblasti filozofie. Vyriešil sa odvtedy spor?

    Bellova veta. Je spor vyriešený?

    John Clauser, ešte ako postgraduálny študent na Kolumbijskej univerzite, v roku 1967 našiel zabudnuté dielo írskeho fyzika Johna Bella. Bola to senzácia: ukázalo sa Bellovi sa podarilo prelomiť patovú situáciu Bohr-Einsteinovho sporu... Navrhol experimentálne otestovať obe hypotézy. Na tento účel navrhol postaviť stroj, ktorý by vytvoril a porovnal veľa párov zapletených častíc. John Klauser sa pustil do vývoja takéhoto stroja. Jeho stroj dokázal vytvoriť tisíce párov zapletených častíc a porovnať ich rôznymi spôsobmi. Experimentálne výsledky ukázali, že Bohr mal pravdu.

    A čoskoro francúzsky fyzik Alain Aspe uskutočnil experimenty, z ktorých jeden sa týkal samotnej podstaty sporu medzi Einsteinom a Bohrom. V tomto experimente by meranie jednej častice mohlo priamo ovplyvniť druhú len vtedy, ak by signál z 1. do 2. prechádzal rýchlosťou presahujúcou rýchlosť svetla. Ale sám Einstein dokázal, že to nie je možné. Zostávalo jediné vysvetlenie – nevysvetliteľné, nadprirodzené spojenie medzi časticami.

    Výsledky experimentov dokázali, že teoretický predpoklad kvantovej mechaniky je správny. Kvantové previazanie je realita (Quantum entanglement Wikipedia). Kvantové častice môžu byť viazané aj napriek obrovským vzdialenostiam. Meranie stavu jednej častice ovplyvňuje stav druhej častice ďaleko od nej, ako keby vzdialenosť medzi nimi neexistovala. V skutočnosti dochádza k nadprirodzenej komunikácii na diaľku.


    Otázkou zostáva, je teleportácia možná?

    Je teleportácia experimentálne potvrdená?

    V roku 2011 japonskí vedci po prvý raz na svete teleportovali fotóny! Okamžite presunul lúč svetla z bodu A do bodu B.
    Na to Noriyuki Li a jeho kolegovia rozložili svetlo na častice - fotóny. Jeden fotón bol „kvantovo zapletený“ s iným fotónom. Fotóny boli navzájom prepojené, hoci boli v rôznych bodoch. Vedci zničili 1. fotón v bode A, ale ten bol okamžite znovu vytvorený v bode B kvôli ich „kvantovému zapleteniu“. Pred teleportáciou Schrödingerovej mačky je to samozrejme ešte ďaleko, ale prvý krok už bol urobený.

    Ak chcete, aby sa všetko, čo čítate o kvantovom prepletení, vyriešilo za 5 minút, pozrite si toto skvelé video.

    Tu je verzia jednoduchého popisu experimentu Schrödingerova mačka:

    V uzavretej oceľovej krabici bola umiestnená mačka.
    V „Schrödingerovej skrinke“ je v nádobe umiestnený prístroj s rádioaktívnym jadrom a jedovatým plynom.
    Jadro sa môže rozpadnúť do 1 hodiny alebo nie. Pravdepodobnosť rozpadu je 50%.
    Ak sa jadro rozpadne, Geigerov počítač to zaznamená. Relé bude fungovať a kladivo rozbije nádobu s plynom. Schrödingerova mačka zomrie.
    Ak nie, Schrödingerova mačka bude žiť.

    Podľa zákona „superpozície“ kvantovej mechaniky je v čase, keď systém nepozorujeme, jadro atómu (a teda aj mačka) v 2 stavoch súčasne. Jadro je v dezintegrovanom/nedezintegrovanom stave. A mačka je zároveň živá / mŕtva.

    S istotou však vieme, že ak sa otvorí „Schrödinger box“, mačka môže byť iba v jednom zo stavov:

    Ak sa jadro nerozpadlo, naša mačka žije,
    ak sa jadro rozpadlo, mačka je mŕtva.

    Paradoxom experimentu je to podľa kvantovej fyziky: pred otvorením krabice je mačka živá aj mŕtva zároveň, ale podľa fyzikálnych zákonov nášho sveta - to je nemožné. kat môže byť v jednom konkrétnom stave – byť nažive alebo byť mŕtvy... Neexistuje žiadny zmiešaný stav "mačka živá / mŕtva" súčasne.


    Predtým, ako získate vodítko, pozrite si toto nádherné video ilustrujúce paradox experimentu so Schrödingerovou mačkou (menej ako 2 minúty):

    Riešenie Schrödingerovho paradoxu mačiek - Kodaňská interpretácia

    Teraz odpoveď. Venujte pozornosť špeciálnej hádanke kvantovej mechaniky - pozorovateľský paradox... Objekt mikrosveta (v našom prípade jadro) sa nachádza súčasne vo viacerých stavoch len kým nebudeme sledovať systém.

    Napríklad známy experiment s 2 štrbinami a pozorovateľom. Keď bol elektrónový lúč nasmerovaný na nepriehľadnú platňu s 2 zvislými štrbinami, potom na obrazovke za platňou elektróny namaľovali "vlnový vzor" - vertikálne striedajúce sa tmavé a svetlé pruhy. Ale keď chceli experimentátori „vidieť“, ako elektróny prelietavajú cez štrbiny a nastaviť „pozorovateľa“ zo strany obrazovky, elektróny na obrazovke nenakreslili „vlnový vzor“, ale 2 zvislé pruhy. Tie. sa nesprávali ako vlny, ale ako častice.


    Zdá sa, že kvantové častice samy rozhodujú o tom, aký stav nadobudnú v momente, keď sú „merané“.

    Na základe toho znie moderné kodanské vysvetlenie (interpretácia) fenoménu „Schrödingerovej mačky“ takto:

    Pokiaľ nikto nesleduje systém „cat-core“, jadro je súčasne v rozpadnutom/nerozpadnutom stave. Ale je nesprávne povedať, že mačka je živá / mŕtva súčasne. prečo? Pretože kvantové javy sa v makrosystémoch nepozorujú. Správnejšie by bolo hovoriť nie o systéme „cat-core“, ale o systéme „core-detector (Geiger counter)“.

    Jadro si v čase pozorovania (alebo merania) vyberie jeden zo stavov (rozpadnutý/nerozpadnutý). K tejto voľbe ale nedochádza v momente, keď experimentátor škatuľku otvára (otváranie škatuľky prebieha v makrokozme, veľmi ďaleko od sveta jadra). Jadro si vyberá svoj stav v momente, keď vstupuje do detektora. Ide o to, že systém nebol v experimente dostatočne opísaný.

    Kodanská interpretácia paradoxu Schrödingerovej mačky teda popiera, že pred otvorením škatule bola Schrödingerova mačka v stave superpozície – bola zároveň v stave živej / mŕtvej mačky. Mačka v makrokozme môže a je len v jednom stave.


    Zhrnutie. Schrödinger experiment úplne neopísal. Nie sú to správne (presnejšie povedané, nemožno ich prepojiť) makroskopické a kvantové systémy. V našich makrosystémoch neplatia kvantové zákony. V tomto experimente neinteraguje „mačacie jadro“, ale „mačacie jadro-detektor“. Mačka je z makrokozmu a systém "jadro detektora" je z mikrokozmu. A len v jeho kvantovom svete môže byť jadro súčasne v 2 stavoch. K tomu dochádza až do okamihu merania alebo interakcie jadra s detektorom. Mačka vo svojom makrokozme môže a je len v jednom stave. Preto sa len na prvý pohľad zdá, že stav mačky „živá-mŕtva“ je určený v momente otvorenia boxu. V skutočnosti je jeho osud určený vo chvíli, keď detektor interaguje s jadrom.

    Záverečné zhrnutie. Stav systému "detektor-jadro-mačka" je spojený NIE s osobou - pozorovateľom krabice, ale s detektorom - pozorovateľom jadra.


    Fuh. Skoro sa mi uvaril mozog! Ale aké príjemné je pochopiť odpoveď na paradox! Ako v starom študentskom vtipe o učiteľovi: "Kým som hovoril, sám som to pochopil!"

    Sheldonova interpretácia paradoxu Schrödingerovej mačky

    Teraz si môžete oddýchnuť a vypočuť si najnovšiu interpretáciu Schrödingerovho myšlienkového experimentu od Sheldona. Podstatou jeho výkladu je, že ho možno aplikovať vo vzťahoch medzi ľuďmi. Rozumieť dobrý vzťah medzi mužom a ženou alebo zlé - musíte otvoriť krabicu (ísť na rande). A predtým sú dobrí aj zlí zároveň.

    odkaz
    .

  2. 7. Čo je kvantový počítač a na čo slúži? Len je to komplikované.

    Ak vás kvantová mechanika nešokovala, potom ste jej nerozumeli.- Niels Bohr


    Tajomné a nepochopiteľné zákony kvantovej fyziky – zákony mikrosveta – chcú vedci dať do služieb nášho makrosveta. Neverím, že v poslednej dobe bola kvantová fyzika len v matematických výpočtoch, sporoch medzi fyzikmi a myšlienkových experimentoch a teraz hovoríme o aktívnom uvoľnení kvantových počítačov! Jednou z najmódnejších a avantgardných tém fyziky súčasnosti je vytvorenie kvantového počítača ako skutočného zariadenia.

    Kvantový počítač dokáže vyriešiť problém okamžite také úlohy, na riešenie ktorých aj najviac moderný a výkonný počítač trávi roky... Vyzerá to tak, že vy a ja môžeme byť svedkami ďalšej technologickej revolúcie – kvantovej!


    Internetové vyhľadávače sú zahltené dopytmi: "novinky z vedy a techniky", "novinky z kvantových počítačov", "čo je to qubit, superpozícia qubitov?", "Čo je to kvantový paralelizmus?" Chcete na ne poznať odpovede aj vy?

    V tomto článku spoločne nájdeme odpovede na tieto záhadné otázky:

    Ako funguje kvantový počítač?
    Čo je to qubit a superpozícia qubitov?
    Na aké úlohy potrebujete kvantový počítač?
    Problém obchodného cestujúceho a problém s batohom
    Prečo sa obávajú vzniku kvantového počítača?
    Kedy očakávať masovú výrobu kvantových počítačov?
    Poslúži kvantový počítač ako náhrada obyčajného?

    Ako funguje kvantový počítač?

    Aký je rozdiel medzi prácou kvantového počítača a počítačmi, s ktorými pracujeme?

    Bežný počítač má bit ako logickú jednotku informácie. Bity môžu mať iba 2 hodnoty - 0 alebo 1. A kvantový počítač funguje kvantové bity- qubity (skrátene). Qubity nie sú hmotnej (fyzickej), ale kvantovej povahy. Preto môžu súčasne nadobúdať hodnoty 0 aj 1 a všetky hodnoty kombinácií týchto 2 hlavných.

    Je to kvôli kvantovej povahe qubitu a jeho schopnosti naberať viacero hodnôt súčasne, že kvantové počítače majú schopnosť riešiť veľké množstvoúlohy paralelne, t.j. súčasne. Zatiaľ čo trochu obyčajný počítač prechádza postupne všetkými možnými hodnotami. Problém, ktorý bežnému počítaču zaberie niekoľko desaťročí, teda dokáže vyriešiť kvantový počítač za pár minút.

    Ale je pre nás ťažké predstaviť si, ako môže jeden objekt (qubit). mať veľa hodnôt súčasne? Nebuďte naštvaní – nikto si to nevie predstaviť. Zákony nášho makrokozmu sa predsa líšia od zákonov mikrokozmu. V našom svete, ak vložíme loptu do jedného z boxov, potom v jednom boxe bude lopta (hodnota "1") a v druhej - prázdna (hodnota "0"). Ale v mikrosvete (predstavte si atóm namiesto gule) môže byť atóm súčasne v 2 krabiciach.

    Vynikajúci fyzik Richard Feynman napísal: "Dá sa povedať, že nikto nerozumie kvantovej fyzike." Richard Feynman bol prvým fyzikom, ktorý predpovedal možnosť kvantového počítača


    Takže sa nebojte, po zhliadnutí tohto videa všetko zapadne na svoje miesto. Jednoduché - o komplexe: ako funguje kvantový počítač - video vám povie za 2 minúty:

    Čo je to qubit a superpozícia qubitov?

    Qubit je kvantový výboj. Ako sme povedali vyššie, qubit môže byť súčasne v oboch stavoch jednoty a nuly a nemusí byť „čistý“ 1 a 0, ale môže mať všetky hodnoty ich kombinácií. V skutočnosti je počet stavov alebo hodnôt qubitu nekonečný. Je to možné vďaka jeho kvantovej povahe.

    Qubit, keďže je kvantovým objektom, má vlastnosť „superpozície“, t.j. môže súčasne akceptovať všetky stavy jedna a nula a ich kombinácie


    V našom hmotnom svete to nie je možné, preto je také ťažké si to predstaviť. Poďme analyzovať koncept superpozície qubit na príklade z nášho fyzického makrokozmu.

    Predstavme si, že máme jednu guľu a tá je ukrytá v jednej z 2 krabičiek. S istotou vieme, že loptička môže byť iba v jednej z boxov a druhá je prázdna. Ale v mikrokozme nie je všetko tak. Predstavme si, že krabica obsahuje namiesto gule atóm. V tomto prípade by bolo nesprávne predpokladať, že náš atóm je v jednom z 2 políčok. Podľa zákonov kvantovej mechaniky môže byť atóm v 2 krabiciach súčasne - byť v superpozícii.

    Na aké úlohy potrebujete kvantový počítač?

    Na základe vlastnosti superpozície môže qubit vykonávať výpočty paralelne. A bit je len sekvenčný. Bežný počítač postupne prechádza všetkými možnými kombináciami (možnosťami), napríklad stavom systému. Pre presný popis stavu 100-zložkového systému kvantový počítač potrebuje 100 qubitov... A bilióny biliónov bitov pravidelne(veľké množstvo pamäte RAM).

    Na pozeranie videí či komunikáciu na sociálnych sieťach teda ľudstvo nepotrebuje kvantový počítač. Bežný počítač si s tým dokonale poradí.

    Kvantový počítač je potrebný na riešenie problémov, kde je potrebné prejsť veľkým množstvom možností, aby ste dostali správnu odpoveď.


    Toto je vyhľadávanie podľa obrovské základne dáta, okamžité plánovanie optimálnej trasy, výber liekov, vytváranie nových materiálov a mnoho ďalších dôležitých úloh pre ľudstvo.

    Ako názorné príklady môžeme uviesť 2 problémy, ktoré sa v matematike nazývajú problémy s batohom a cestujúcim obchodníkom.

    Problém obchodného cestujúceho a problém s batohom

    Problém obchodného cestujúceho. Predstavte si, že zajtra idete na dovolenku a dnes musíte urobiť veľa vecí, napr.: dokončiť reportáž v práci, kúpiť masku a plutvy, naobedovať sa, ostrihať sa, vyzdvihnúť balík z pošty, zastaviť sa v kníhkupectve a nakoniec si zbaliť kufor. Je tu veľa vecí, ktoré treba robiť a deň si musíte naplánovať tak, aby ste stihli navštíviť všetky miesta za minimálny čas. Zdalo by sa, že je to jednoduchá úloha.

    Tento viacbodový problém optimalizácie cestovania sa v matematike nazýva problém cestujúceho obchodníka. Je úžasné, že sa to nedá vyriešiť v rozumnom čase. Ak nie je veľa miest, napríklad 5, potom nie je ťažké vypočítať optimálnu trasu. A ak je 15 bodov, počet možností trasy bude 43 589 145 600. Ak strávite sekundu hodnotením 1 možnosti, potom strávite 138 rokov analyzovaním všetkých možností! Toto je len pre 15 trasových bodov!

    Úloha batohu. Tu je príklad ďalšej takejto úlohy. Pravdepodobne ste na to narazili pri výbere toho, čo si z výletu priniesť najcennejšie, s prihliadnutím na to, že váha batožiny je obmedzená. Nenechajte sa odradiť: toto nie je triviálna úloha. Ťažko sa to rieši nielen pre vás, ale aj pre výkonný počítač. Ako sa rozhodnúť, čo si zbaliť do batohu na najviac nákupov. Zároveň neprekračovať váhový limit? Na vyriešenie tohto problému, ako aj úlohy obchodného cestujúceho, nie je dostatok ľudského života.

    Problémy podobné cestovnému predajcovi a batohu problém, že sa nedajú vyriešiť v primeranom čase ani s použitím najvýkonnejších počítačov, sa nazývajú NP-kompletné. Sú veľmi dôležité v bežný život osoba. Ide o optimalizačné úlohy od umiestňovania tovaru do regálov obmedzeného skladu až po výber optimálnej investičnej stratégie.


    Teraz má ľudstvo nádej, že sa takéto problémy rýchlo vyriešia pomocou kvantových počítačov.

    Prečo sa obávajú vzniku kvantového počítača?

    Väčšina kryptografických technológií, napríklad na ochranu hesiel, osobnej korešpondencie, finančných transakcií, bola vytvorená na princípe, ktorý moderný počítač nedokáže krátky čas vyriešiť konkrétny problém. Počítač dokáže napríklad rýchlo vynásobiť dve čísla, no nie je pre neho jednoduché rozložiť výsledok na prvočísla (presnejšie to trvá dlho).

    Príklad. Trvalo by niekoľko desaťročí, kým by najmodernejší počítač rozdelil 256-miestne číslo na dve časti. Tu prichádza kvantový počítač podľa algoritmu anglického matematika Petra Shorea tento problém dokáže vyriešiť za pár minút.


    Vzhľadom na zložitosť tejto úlohy pre bežný počítač môžete bezpečne vyberať peniaze z bankomatu a platiť za nákupy platobnou kartou. Okrem PIN kódu je k nemu pripojené veľké číslo. Bezo zvyšku sa delí podľa vášho PIN kódu. Keď zadáte kód PIN, bankomat vydelí vaše veľké číslo zadaným kódom PIN a skontroluje odpoveď. Na výber správneho čísla by útočník potreboval čas, po ktorom by vo vesmíre nezostala planéta Zem ani platobná karta.

    Ale na radosť všetkých kryptografov sériový kvantový počítač ešte nebol vytvorený. Na žiadosť „novinky z kvantových počítačov“ však už dnes zaznieva odpoveď: „Toto nie je záležitosť vzdialenej budúcnosti.“ Vývoj aktívne vykonávajú najväčšie korporácie ako IBM, Intel, Google a mnohé ďalšie.

    Kedy očakávať masovú výrobu kvantových počítačov?

    Jedna vec je vyvinúť teóriu qubitu a celkom iná vec je previesť ju do reality. Na tento účel je potrebné nájsť fyzikálny systém s 2 kvantovými úrovňami, ktorý použijeme ako 2 základné stavy qubitu – jeden a nula. Ak chcete vyriešiť tento problém vedeckých skupín rozdielne krajiny využiť fotóny, ióny, elektróny, atómové jadrá, defekty v kryštáloch.

    Pri prevádzke qubitov existujú dve hlavné obmedzenia:

    Počet qubitov, ktoré môžu spolupracovať
    a čas ich života.

    V 2001 rok IBM testovalo 7-qubitový kvantový počítač. Kvantový počítač IBM vykonal prvočíselnú faktorizáciu 15 pomocou Shorovho algoritmu.

    V rok 2005 Ruskí vedci spolu s japonskými zostrojili 2-qubitový procesor založený na supravodivých prvkoch.

    V rok 2009 fyzici Amerického národného inštitútu pre štandardy a technológie vytvorili programovateľný kvantový počítač, ktorý pozostával z 2 qubitov.

    V rok 2012 IBM pokročilo v implementácii výpočtov pomocou supravodivých qubitov. V tom istom roku vedci z niekoľkých americké univerzity podarilo postaviť 2-qubitový počítač na diamantovom kryštáli.

    Lídrom vo vytváraní kvantových zariadení je Kanadská spoločnosť Systém D-Wave. Od roku 2007 D-Wave rokov oznamuje vytvorenie takýchto kvantových počítačov: 16 qubitov, 28 qubitov v roku 2007, 128 qubitov v roku 2011, 512 qubitov v roku 2012, viac ako 1000 qubitov v júni 2015.

    Mimochodom, kvantový počítač od D-Wave si môžete kúpiť už dnes. za 11 miliónov dolárov​


    Takýto počítač už kúpil Google, hoci samotný internetový gigant pracuje na vytvorení vlastného kvantového počítača.

    Kvantový počítač D-Wave nie je univerzálny, ale je navrhnutý tak, aby riešil jeden konkrétny problém – nájsť minimum niektorých veľmi komplexná funkcia... Funkcia môže byť reprezentovaná ako horský systém... Cieľom optimalizácie je nájsť najhlbšie údolie v horskom systéme.

    Úloha nájsť minimálnu funkciu je pre ľudstvo veľmi dôležitá a rieši problémy od hľadania minimálnych nákladov v ekonomike až po analýzu procesov fotosyntézy.

    Google informoval, že počítač D-Wave dokázal tento problém vyriešiť (nájsť minimálnu funkciu) približne 100 miliónov krát rýchlejšie než klasický počítač


    Vedci sa domnievajú, že aktívne uvoľnenie kvantových počítačov na riešenie konkrétnych problémov možno očakávať o 10 rokov. Je nepravdepodobné, že by sa vo veľmi blízkej budúcnosti objavili univerzálne kvantové počítače.

    Debata Bohr-Einstein – Existuje objektívna realita?
    Film rozpráva pozadie vzniku kvantovej mechaniky, počnúc vynálezom Edisonovej žiarovky.

    naozaj kvantový svet existuje len pri pozeraní?
    John Bell sa o túto problematiku začal zaujímať v 60. rokoch.
    Pri hľadaní riešenia sa obrátil na fyziku New Age, kde sa kvantová mechanika zmiešala s východnou mystikou. V dôsledku experimentov sa ukázalo, že Einsteinova verzia reality nemôže byť pravdivá! Vlastnosti fotónov vznikli až vtedy, keď boli zmerané.
    Fotóny sa stávajú skutočnými, až keď ich pozorujeme!

    Začiatkom 20. storočia vedci prenikli do skrytých hlbín hmoty, subatomárnych stavebných kameňov sveta okolo nás. Objavili javy, ktoré sa líšili od všetkého, čo predtým videli. Svet, kde môže byť všetko súčasne na mnohých miestach, kde realita skutočne existuje len vtedy, keď ju pozorujeme. Albert Einstein sa bránil iba myšlienke, že podstata prírody je založená na náhode. Jim sa podelí o to, ako sa v 30. rokoch Einstein rozhodol, že našiel veľkú chybu v kvantovej fyzike. Kvantová fyzika naznačuje, že subatomárne častice môžu interagovať rýchlejšie ako rýchlosť svetla, čo je v rozpore s jeho teóriou relativity. V šesťdesiatych rokoch fyzik John Bell ukázal, že existuje spôsob, ako otestovať, či mal Einstein pravdu a či sa mýlila kvantová mechanika.


    Jim vám povie, že keď rastliny a stromy v procese fotosyntézy zachytia slnečné svetlo, riadia sa známym zákonom kvantovej fyziky – princípom neurčitosti.

    Na rozdiel od zdravého rozumu, úžasné zákony subatomárny svet umožňuje elementárnym časticiam prekonávať bariéry skrz naskrz, ako keby cez tunel.

    Možno majú vplyv na mechanizmy modifikácie živých organizmov?

    Kliknutím rozbalíte...