Свежие комментарии

  • Виктор Шиховцев
    Вот почему я за Байдена! Америка достойна такого маразматика!Байден забыл имя ...
  • Виктор Шиховцев
    А кого интересует мнение радетеля за браки геев?Признает ли Ватик...
  • Людмила Нефедова
    ???Признает ли Ватик...

Повелители времени: российские физики повернули вспять «старение» квантовой системы

Повелители времени: российские физики повернули вспять «старение» квантовой системы


С 5 по 12 октября проходит одно из крупнейших событий научного мира — 119-я Нобелевская неделя. Открылась она объявлением лауреатов премии по медицине и физиологии, 6 октября будут названы лауреаты по физике, 7 октября — по химии, 8-го — по литературе, 9 октября станет известна фамилия обладателя Нобелевской премии мира.

И, признаться, нашим ученым есть чем удивить мир. Например, в "Коньке-горбунке" престарелый царь опробовал на себе смертельный способ омоложения: купание в кипящем молоке. Похожий способ "омоложения с нагреванием" придумали физики Московского физико-технического института Андрей Лебедев и Валерий Винокур, но не для капризных царей, а для квантовых систем.

Швейцарское фондю, встречи в США и мировая известность

Свой типичный рабочий день 40-летний ведущий научный сотрудник лаборатории физики квантовых информационных технологий МФТИ Андрей Лебедев называет непредсказуемым. Около 12 лет он работал в Швейцарской высшей технической школе Цюриха — альма-матер Альберта Эйнштейна, Вильгельма Рентгена и еще двух десятков нобелевских лауреатов.

Суровые Альпы покорили сердце ученого: скалолазание и горные лыжи стали его хобби. А вот к чему Андрей Лебедев так и не смог привыкнуть, так это к специфическому запаху сырного фондю и бытовой расчетливости швейцарцев, и когда представилась возможность заняться интересными проектами, с радостью вернулся на родину.
Сейчас ученый преподает в МФТИ и сотрудничает с госкорпорацией "Росатом".

Повелители времени: российские физики повернули вспять «старение» квантовой системы


Валерий Винокур тоже долгое время находится вдали от родной Москвы, но связей с российскими коллегами и друзьями не теряет. В 1990 году ученый переехал в американский Чикаго, где вскоре создал и возглавил Институт теоретической физики Отделения материаловедения Аргоннской национальной лаборатории.

"Мы с Андреем придерживаемся принципа, что наука не знает границ", — подчеркивает Валерий Винокур.

К черту подробности, вы сможете сделать меня снова молодой?

В избитых сюжетах о путешествиях во времени само время представлено как четвертое измерение, в котором герои с помощью хитроумных машин перемещаются от динозавров к гуманоидам будущего и обратно, объяснил Андрей Лебедев.

После этого понятного тезиса ученый начал произносить совершенно крамольные вещи:

"Вот вы сейчас сидите в своем офисном кресле и попиваете кофе, а если вас взять, разогнать до околосветовой скорости, то время для вас будет идти медленно, а вокруг вас — быстро, и когда вы затормозитесь, вы очутитесь через тысячи лет от отправной точки, а ваш кофе даже не успеет остыть! Правда, в прошлое таким образом не улетишь".

Второе определение времени — не геометрическое, как четвертого измерения, а термодинамическое. "Так, ваше ощущение времени совпадает с разрушением любого физического объекта. Продукты портятся, камни рассыпаются, не успеешь покрасить стены — они уже облупились! В обратную сторону в жизни ничего не происходит, а мы в нашей работе нашли способ повернуть вспять эту хаотизацию", — продолжил Лебедев.

Повелители времени: российские физики повернули вспять «старение» квантовой системы


Авторы исследования доказали, что если взять произвольный объект микромира, совершить над ним некоторые "магические" действия при помощи квантового компьютера, то можно уменьшить степень хаотизации и вернуть объект к первоначальному состоянию.

"Вы уже допили свой кофе? Нет? Отлично! Вот мы берем ваш кофе, кладем туда кусочек сахара и убираем стакан в непроницаемую пустую коробку. Через пять минут сахар растворится. Наша "магическая" процедура позволяет растворенный кубик сахара восстановить в первоначальном состоянии", — описал процесс Андрей Лебедев.

Люди, в общем-то, тоже ветшают.

"Ощущают термодинамическую стрелу времени", — описал процесс ученый.

"Я выступал с отчетом по работе в (Аргоннской. — Прим. ред.) национальной лаборатории, и одна присутствующая дама, видный физик и член комитета, перед которым я выступал, пошутила: "Ладно, Валерий Маркович, с электронами понятно, а вот меня снова молодой вы меня сделать сможете?" На что я ответил, что, конечно, смогу при надлежащем финансировании. Это был забавный диалог", — смеется соавтор исследования Валерий Винокур.

К сожалению, омолаживать людей или какие-либо объекты вне микромира с помощью предложенного в исследовании алгоритма еще нельзя. Пока практическое применение этой теории другое, и завязано оно на использовании квантового компьютера.

Заря новой компьютерной эры

Квантовая механика как раздел физики появилась в 1920-е годы для описания того, как работает пространство в масштабах микромира. Через какое-то время эта теоретическая отрасль пришла к вполне практическим результатам: в 90-е годы обнаружилось, что квантовые системы можно использовать для вычисления — так родилась идея о квантовом компьютере. Андрей Лебедев считает это одним из важнейших открытий конца прошлого века, которое в XXI веке предопределит развитие нашего общества.

Сейчас все — и условная студентка Лена, и ученые NASA — пользуются компьютерами, работающими на полупроводниках. В свое время их открытие произвело настоящий фурор и, по сути, создало жизнь, какой мы ее знаем сейчас. А теперь представьте, что человечество разработало новую машину, вычислительная мощность которой в тысячу раз больше самого мощного обычного компьютера!

"Еще десять лет назад некоторые крупные ученые считали, что создание квантового компьютера невозможно, а сейчас этих компьютеров довольно много. На столе у каждой домохозяйки он пока не стоит, но крупнейшие компании сейчас ведут гонку, кто построит самый большой квантовый компьютер", — сказал Валерий Винокур.

Повелители времени: российские физики повернули вспять «старение» квантовой системы


Повелители времени: российские физики повернули вспять «старение» квантовой системы


Такие машины уже есть, например, у компаний IBM, Google, Microsoft. Лучшие ученые мира работают над эволюцией этих огромных установок. Создается квантовый компьютер, правда, пока меньшей мощности, чем у корпораций-гигантов, и в России.

Работа Андрея Лебедева и Валерия Винокура помимо безусловной теоретической ценности важна для практического применения новых квантовых компьютеров. Дело в том, что проверить правильность расчетов квантового компьютера на обычных компьютерах невозможно.

Например, чтобы проверить результаты 200-секундных расчетов квантового компьютера IBM потребуется работа всех существующих на планете компьютеров в течение 10 тыс. лет! Поэтому камертоном работы квантового компьютера может выступить только он сам. Но как?

"В нашей работе предложен алгоритм действий, как, имея в руках квантовую систему (например, квантовый компьютер), вернуть ее к первоначальной точке. Если процедура такого обращения прошла успешно, то можно с высокой степенью вероятности говорить, что произведенные машиной вычисления правильные. В первой работе, опубликованной в 2019 году, мы предложили процедуру, как это сделать, но для этого необходимо было иметь полную информацию о состоянии квантовой системы перед началом операции. На это требуется очень много компьютерной памяти, из-за чего этот алгоритм действий на практике почти невозможно реализовать. Тем не менее мы успешно проверили эту теорию в квантовом компьютере IBM на трех кубитах (минимальных квантовых объектах, входящих в состав квантового компьютера; в мощном квантовом компьютере IBM 52 кубита. — Прим. ред.). Во второй работе, опубликованной в этом году, уже нет необходимости знать квантовое состояние системы перед обращением. Это очень большой апгрейд!" — рассказал Лебедев.

Повелители времени: российские физики повернули вспять «старение» квантовой системы


Практическую реализацию этой теории очень сложно описать и осмыслить не физику. Вкратце она выглядит так: половину кубитов, находящихся в квантовом компьютере, нагревают, они хаотизируются, а затем происходит так называемая процедура частичного квантового переноса с ненагретыми кубитами, после чего они разъединяются. Эта процедура повторяется много раз. Через определенное время ученые проверяют систему и видят, что она вернулась к началу. Бинго!

Правильность алгоритма, описанного в первой статье, ученые успешно доказали на компьютере IBM, вторую статью ждет проверка боем в ближайшее время. Для этого не нужен очень мощный квантовый компьютер, достаточно четырехкубитного: два кубита будут нагревать, два — обращать. Проблема в том, что существующие квантовые компьютеры не оборудованы системой нагрева, поэтому для проверки теории придется проектировать такую систему дополнительно.

"Работы по созданию квантового компьютера ведутся в России: в МФТИ, НИТУ "МИСиС", МГТУ им. Баумана, Росатоме. Разработка темы и инвестиции начались пять-шесть лет назад. Кубиты в Физтехе уже есть, но пока нет необходимых квантовых чипов, где кубиты объединены в единую схему. Я думаю, с их появлением мы сможем еще раз успешно доказать свою теорию", — поделился ожиданиями Андрей Лебедев.


Ссылка на первоисточник

Картина дня

наверх