Ҳанӯз дар солҳои 1920-ум, механикаи квантӣ, назарияе, ки ҳама чизро аз рафтори атомҳо то кори компютерҳои квантӣ мегузорад, дар роҳи қабули васеъ қарор дошт. Аммо як сирре боқӣ монд: баъзан объектҳои квантӣ, аз қабили электронҳо, атомҳо ва молекулаҳо, мисли зарраҳо, дигарон мисли мавҷҳо рафтор мекунанд. Баъзан онҳо ҳатто дар як вақт мисли зарраҳо ва мавҷҳо рафтор мекунанд. Аз ин рӯ, ҳангоми омӯзиши ин объектҳои квантӣ ҳеҷ гоҳ маълум набуд, ки олимон бояд дар ҳисобҳои худ кадом усулро истифода баранд.
Баъзан олимон маҷбур мешуданд, ки объектҳои квантӣ мавҷҳо мебошанд, то натиҷаи дуруст ба даст оранд. Дар ҳолатҳои дигар, онҳо бояд гумон мекарданд, ки объектҳо воқеан зарраҳо мебошанд. Баъзан ҳарду усул кор мекард. Аммо дар ҳолатҳои дигар, танҳо як равиш натиҷаи дуруст дод, дар ҳоле ки дигар натиҷаи бардурӯғ баргардонд. Таърихи ин мушкилот хеле пеш меравад, аммо таҷрибаҳои охирин ба ин саволи кӯҳна равшании нав мебахшанд.
Таърихи квантӣ
Дар таҷрибаи дугонаи ҳамон ном, ки бори аввал соли 1801 аз ҷониби Томас Янг гузаронида шуда буд, рӯшноӣ мисли мавҷҳо рафтор мекард. Дар ин таҷриба нури лазерӣ ба сӯрохии дукарата равона карда мешавад ва баъд намунаи ҳосилшуда дида мешавад. Агар рӯшноӣ аз зарраҳо иборат бошад, интизор шудан мумкин аст, ки ду блоки рахнашакли нур. Ба ҷои ин, натиҷа бисёр блокҳои хурди нурест, ки дар шакли хос ҷойгир шудаанд. Ҷойгир кардани сӯрохи дукарата дар ҷараёни об ба ҳамон як намунаи дар поён овардашуда оварда мерасонад. Ҳамин тавр, ин таҷриба ба хулосае овард, ки нур мавҷ аст.
Баъд, дар соли 1881, Генрих Герц як кашфиёти хандоваре кард. Вакте ки вай ду электрод гирифта, дар байни онхо шиддати ба кадри кифоя баланд чорй кард, шарорахо пайдо шуданд. Ин муқаррарӣ аст. Аммо вакте ки Герц ба ин электродхо нур мепошид, шиддати шарора тагьир ёфт. Инро бо он маънидод карданд, ки нур аз материали электрод электронхоро канда мепартофт. Аммо, аҷиб аст, ки суръати максималии электронҳои хориҷшуда дар сурати тағир ёфтани шиддати рӯшноӣ тағир намеёфт, балки бо басомади рӯшноӣ тағир меёфт. Агар назарияи мавҷ дуруст мебуд, ин натиҷа ғайриимкон мебуд. Соли 1905 Алберт Эйнштейн ҳалли худро дошт: рӯшноӣ воқеан як зарра буд. Хамаи ин гайриканоатбахш буд. Олимон як назарияро бартарӣ медиҳанд, ки ҳамеша ба ду назарияе, ки баъзан дурустанд, дурустанд. Ва агар назария танҳо баъзан дуруст бошад, пас мо ҳадди аққал мехостем бигӯем, ки дар кадом шароит дуруст аст.
Аммо ин маҳз мушкили ин кашф буд. Физикҳо намедонистанд, ки кай рӯшноӣ ё ягон чизи дигарро мавҷ ва кай ҳамчун зарра ҳисоб кунанд. Онҳо медонистанд, ки баъзе чизҳо рафтори мавҷро ба вуҷуд меоранд, ба монанди кунҷҳои сӯрохҳо. Аммо онҳо шарҳи возеҳе надоштанд, ки чаро ин тавр аст ва кай кадом назарияро истифода бурдан лозим аст.
Ин муаммо номида мешавад дуализми корпускулярӣ-мавҷӣ, то ҳол нигоҳ дошта мешавад. Аммо як таҳқиқоти нав метавонад вазъиятро каме равшан кунад. Олимони Институти илмҳои бунёдии Корея нишон доданд, ки хосиятҳои манбаи рӯшноӣ ба он таъсир мерасонанд, ки чӣ қадар зарра ва чӣ қадар мавҷ аст. Бо як равиши нав ба омӯзиши ин мушкилот, онҳо роҳеро кушоданд, ки ҳатто метавонад ба беҳбудиҳо дар ҳисоббарории квантӣ оварда расонад. Ё чунин умедҳо.
Инчунин ҷолиб: Протсессорҳои квантии Google кристаллҳои вақтро берун аз назария мегиранд
Чӣ тавр сохтани зарраҳо ва мавҷҳо
Дар озмоиш олимон аз оинаи нимтаъкидкунанда истифода бурда, шуои лазерро ба ду қисм тақсим карданд. Ҳар яке аз ин шуоъҳо ба кристалл мерасанд, ки дар навбати худ ду фотон тавлид мекунанд. Ҳамагӣ чор фотон аз ҳар як кристалл дутоӣ бароварда мешавад.
Олимон аз ҳар кристалл як фотонро ба интерферометр фиристоданд. Ин дастгоҳ ду манбаи рӯшноиро муттаҳид мекунад ва намунаи интерференсия эҷод мекунад. Ин намунаро бори аввал Томас Янг дар таҷрибаи дар боло зикршудааш кашф кардааст. Ин ҳам он чизест, ки шумо ҳангоми ба ҳавз партофтан ду санг мебинед: мавҷҳои об, ки баъзеи онҳо якдигарро мустаҳкам мекунанд ва дигарон якдигарро безарар мегардонанд. Ба ибораи дигар, интерферометр табиати мавҷи нурро муайян мекунад.
Роҳҳои ду фотонҳои дигар барои муайян кардани хусусиятҳои корпускулярии онҳо истифода шуданд. Ҳарчанд муаллифони коғаз мушаххас накардаанд, ки онҳо ин корро чӣ гуна анҷом додаанд, он одатан тавассути гузариши фотон аз маводе сурат мегирад, ки ба куҷо рафтани фотонро нишон медиҳад. Масалан, шумо метавонед як фотонро тавассути газ парронед, ки баъдан дар он ҷое, ки фотон мегузарад, оташ мегирад. Бо таваҷҷӯҳ ба траектория, на ба макони ниҳоӣ, фотон метавонад мавҷ бошад. Сабаб дар он аст, ки агар шумо макони дақиқи фотонро дар ҳар лаҳзаи вақт чен кунед, он гоҳ ба нуқта монанд аст ва ба худаш зада наметавонад.
Ин яке аз мисолҳои зиёди физикаи квантӣ мебошад, ки дар он андозагирӣ ба натиҷаи ченкунии зикршуда фаъолона таъсир мерасонад. Аз ин рӯ, дар ин қисми таҷриба намунаи интерференсия дар охири траекторияи фотон мавҷуд набуд. Ҳамин тариқ, муҳаққиқон фаҳмиданд, ки чӣ гуна фотон метавонад зарра бошад. Ҳоло мушкилот муайян кардани он буд, ки чӣ қадар ин зарра аст ва чӣ қадар хислати мавҷ боқӣ мондааст.
Азбаски ҳарду фотонҳои як кристалл якҷоя истеҳсол мешаванд, онҳо як ҳолати квантиро ташкил медиҳанд. Ин маънои онро дорад, ки формулаи математикиро пайдо кардан мумкин аст, ки дар як вақт ҳардуи ин фотонҳоро тавсиф мекунад. Дар натиҷа, агар муҳаққиқон муайян кунанд, ки то чӣ андоза қавӣ будани "қисмият" ва "дарозии мавҷ"-и ду фотон, ин миқдорро метавон ба тамоми чӯбе, ки ба кристалл мерасад, татбиқ кард.
Дар ҳақиқат, тадқиқотчиён муваффақ шуданд. Онҳо тавассути тафтиши намуди интерференсия то чӣ андоза мавҷнок будани фотонро чен карданд. Вақте ки намоён баланд буд, фотон хеле мавҷ монанд буд. Вақте ки намуна базӯр намоён буд, онҳо ба хулосае омаданд, ки фотон бояд ба зарра хеле монанд бошад.
Ва ин аёният тасодуфй буд. Ин баландтарин буд, вақте ки ҳарду кристалл шиддати якхелаи шуои лазерро гирифтанд. Аммо, агар шуои як кристалл нисбат ба дигараш хеле шадидтар бошад, намоёнии намуна хеле суст шуд ва фотонҳо эҳтимол ба зарраҳо монанд буданд.
Ин натиҷа тааҷҷубовар аст, зеро дар аксари таҷрибаҳо нур танҳо дар шакли мавҷҳо ё зарраҳо чен карда мешавад. Имрӯз, дар якчанд таҷрибаҳо, ҳарду параметр дар як вақт чен карда шуданд. Ин маънои онро дорад, ки муайян кардани он, ки чӣ қадар аз ҳар як манбаи рӯшноӣ дорад, осон аст.
Инчунин ҷолиб: QuTech браузери интернети квантиро оғоз мекунад
Физикхои назариявй хурсанданд
Ин натиҷа ба пешгӯии қаблан назариячиён мувофиқат мекунад. Тибқи назарияи онҳо, чӣ гуна мавҷӣ ва корпускулярӣ будани объекти квантӣ аз тозагии манбаъ вобаста аст. Покӣ дар ин замина танҳо як роҳи афсонавии ифодаи эҳтимолияти он аст, ки манбаи мушаххаси кристаллӣ, ки нур мепошад. Формула чунин аст: V2 + P2 = µ2, ки дар он V - намоён будани намунаи самт, P - намоён будани роҳ ва µ - покии манбаъ.
Ин маънои онро дорад, ки объекти квантӣ ба монанди рӯшноӣ метавонад то андозае мавҷӣ ва то андозае зарра монанд бошад, аммо ин бо покии манбаъ маҳдуд аст. Объекти квантӣ ба мавҷ монанд аст, агар шакли интерференсия намоён бошад ё арзиши V ба сифр баробар набошад. Инчунин, он ба зарра монанд аст, агар роҳ мушоҳидашаванда бошад ё P сифр набошад.
Натиҷаи дигари ин пешгӯӣ ин аст, ки покӣ он аст, ки агар печидагии роҳи квантӣ зиёд бошад, покӣ паст аст ва баръакс. Олимоне, ки тачриба гузаронданд, инро дар кори худ ба таври математикй нишон доданд. Бо танзими тозагии кристаллҳо ва чен кардани натиҷаҳо онҳо тавонистанд нишон диҳанд, ки ин пешгӯиҳои назариявӣ воқеан дурустанд.
Инчунин ҷолиб: NASA компютерҳои квантиро барои коркард ва нигоҳ доштани "кӯҳҳо"-и додаҳо ба кор медарорад
Компютерҳои квантӣ тезтар?
Робитаи байни печида шудани объекти квантй ва корпускулярй ва мавчнокии он махсусан чолиби диккат аст. Таҷҳизоти квантӣ, ки метавонанд ба интернети квантӣ қудрат диҳанд, ба печидан асос ёфтаанд. Интернети квантӣ аналогияи квантии он чизест, ки Интернет барои компютерҳои классикӣ аст. Бо пайваст кардани бисёр компютерҳои квантӣ ва ба онҳо имкон додани мубодилаи маълумот, олимон умедворанд, ки қудрати бештареро ба даст оранд, ки бо як компютери квантӣ ба даст овардан мумкин аст.
Аммо ба ҷои фиристодани битҳо ба нахи оптикӣ, ки мо барои қувват додани интернети классикӣ мекунем, мо бояд қубитҳоро печида, интернети квантиро ташкил кунем. Қобилияти чен кардани печиши зарра ва мавҷнокии фотон маънои онро дорад, ки мо метавонем роҳҳои оддии назорати сифати интернети квантиро пайдо кунем.
Илова бар ин, худи компютерҳои квантӣ метавонанд бо истифода аз дуализми мавҷи зарраҳо беҳтар шаванд. Тибқи пешниҳоди пажӯҳишгарони Донишгоҳи Тсинхуаи Чин, имкон дорад, як компютери квантиро тавассути як торчаи бисёрқабата идора карда, қудраташро афзоиш диҳад. Компютери хурди квантӣ аз чанд атом иборат хоҳад буд, ки худашон ҳамчун кубит истифода мешаванд ва чунин дастгоҳҳо аллакай вуҷуд доранд.
Гузаронидани ин атомҳо аз як торчаи бисёрсоҳа ба гузариши рӯшноӣ аз сӯрохии дукарата хеле монанд аст, гарчанде албатта каме мураккабтар аст. Ин холатхои имконпазири квантиро ба вучуд меоваранд, ки ин дар навбати худ иктидори компютери «корзананда»-ро зиёд мекунад. Математикаи паси ин барои шарҳ додани ин мақола хеле мураккаб аст, аммо натиҷаи муҳим ин аст, ки чунин як компютери ду квантӣ метавонад дар ҳисоббарории параллелӣ нисбат ба компютерҳои муқаррарии квантӣ беҳтар бошад. Ҳисобкунии параллелӣ дар компютерҳои классикӣ низ маъмул аст ва асосан ба қобилияти компютер дар як вақт иҷро кардани ҳисобҳои сершумор ишора мекунад ва онро дар маҷмӯъ тезтар мекунад.
Ҳамин тавр, дар ҳоле ки ин тадқиқоти хеле асосӣ аст, барномаҳои имконпазир аллакай дар уфуқ ҳастанд. Дар айни замон исбот кардан ғайриимкон аст, аммо ин кашфиёт метавонад компютерҳои квантиро суръат бахшад ва пайдоиши интернети квантиро каме суръат бахшад.
Инчунин ҷолиб: Чин як компютери квантиро офаридааст, ки аз компютери Google миллион маротиба пурқувваттар аст
Хеле асосӣ, вале хеле ҷолиб
Хамаи инро бо шубхаи калон кабул кардан лозим аст. Таҳқиқот устувор аст, аммо он ҳам хеле асосӣ аст. Тавре ки маъмулан дар илм ва технология мушоҳида мешавад, аз тадқиқоти асосӣ то татбиқи ҷаҳонии воқеӣ роҳи дуру дарозе вуҷуд дорад.
Аммо муҳаққиқон аз Корея як чизи хеле ҷолибро кашф карданд: сирри дуализми зарраҳо ва мавҷҳо ҳеҷ гоҳ аз байн нахоҳад рафт. Баръакс, ба назар чунин менамояд, ки он дар хамаи объектхои квантй чунон чукур чой гирифтааст, ки онро истифода бурдан бехтар аст. Бо заминаи нави миқдорӣ, ки ба тозагии манбаъ алоқаманд аст, ин кор осонтар мешавад.
Яке аз ҳолатҳои аввалини истифода метавонад дар ҳисоббарории квантӣ рух диҳад. Чунон ки олимон нишон доданд, дуализми квантӣ ва дуализми мавҷи зарраҳо алоқаманданд. Ҳамин тариқ, ба ҷои печидан, миқдори мавҷнокӣ ва корпускуляриро метавон чен кард. Ин метавонад ба олимоне, ки дар эҷоди интернети квантӣ кор мекунанд, кӯмак кунад. Ё шумо метавонед истифода баред дутарафа ки компютерхои квантиро такмил дода, онхоро тезтар кунанд. Дар ҳар сурат, чунин ба назар мерасад, ки вақтҳои ҳаяҷонбахши квантӣ дар наздикии кунҷ ҳастанд.
Ҳамчунин хонед:
Ташаккур барои мақола! "Барномаҳои имконпазир аллакай дар уфуқ ҳастанд" - шояд барномаҳо не, балки барномаҳо?
Ташаккур, хеле ҷолиб. Бештар чунин мақолаҳо.
Сипос! Мо кӯшиш мекунем;)