![]() |
Журнал для честолюбцев
Издается с мая 1924 года
Студенческий меридиан |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
Рубрики журнала
40 фактов
alma mater
vip-лекция
абитура
адреналин
азбука для двоих
актуально
актуальный разговор
акулы бизнеса
акция
анекдоты
афиша
беседа с ректором
беседы о поэзии
благотворительность
боди-арт
братья по разуму
версия
вечно молодая античность
взгляд в будущее
вопрос на засыпку
встреча
вузы online
галерея
главная тема
год молодежи
год семьи
гражданская смена
гранты
дата
дебют
девушка с обложки
день влюбленных
диалог поколений
для контроля толпы
добрые вести
естественный отбор
живая классика
загадка остается загадкой
закон о молодежи
звезда
звезды
здоровье
идеал
инженер года
инициатива
интернет-бум
инфо
инфонаука
история рока
каникулы
коллеги
компакт-обзор
конкурс
конспекты
контакты
креатив
криминальные истории
ликбез
литературная кухня
личность
личность в истории
личный опыт
любовь и муза
любопытно
мастер-класс
место встречи
многоликая россия
мой учитель
молодая семья
молодая, да ранняя
молодежный проект
молодой, да ранний
молодые, да ранние
монолог
музей
на заметку
на заметку абитуриенту
на злобу дня
нарочно не придумаешь
научные сферы
наш сериал: за кулисами разведки
наша музыка
наши публикации
наши учителя
новости онлайн
новости рока
новые альбомы
новый год
НТТМ-2012
обложка
общество равных возможностей
отстояли москву
официально
память
педотряд
перекличка фестивалей
письма о главном
поп-корнер
портрет
посвящение в студенты
посмотри
постер
поступок
поход в театр
поэзия
праздник
практика
практикум
пресс-тур
приключения
проблема
прогулки по москве
проза
профи
психологический практикум
публицистика
путешествие
рассказ
рассказики
резонанс
репортаж
рсм-фестиваль
с наступающим!
салон
самоуправление
след в жизни
со всего света
событие
советы первокурснику
содержание номера
социум
социум
спешите учиться
спорт
стань лидером
страна читателей
страницы жизни
стройотряд
студотряд
судьба
театр художника
техно
традиции
тропинка
тропинка в прошлое
тусовка
увлечение
уроки выживания
фестос
фильмоскоп
фитнес
фотокласс
фоторепортаж
хранители
чарт-топпер
что новенького?
шаг в будущее
экскурс
экспедиция
эксперимент
экспо-наука 2003
экстрим
электронная москва
электронный мир
юбилей
юридическая консультация
юридический практикум
язык нашего единства
От редакции
Выпуском журнала занимался коллектив журналистов, литераторов, художников, фотографов. Мы готовим рассказ о коллегах и об их ярких, заметных публикациях. А сейчас назову тех, кто оформлял СтМ с 1990-х до 2013-го. Большая часть обложек и фоторепортажей – творческая работа Игоря Яковлева. Наши партнеры
![]() ![]() ![]() ![]() |
Номер 03, 2009ВТОРАЯ КВАНТОВАЯ РЕВОЛЮЦИЯМы вступаем в новую эру – эру второй революции квантовой механики, описывающей микроскопический мир атомов, электронов или частиц света, фотонов. Она основана на таких особенностях энергии, как способность быть одновременно в двух состояниях, мгновенное взаимодействие на расстоянии, неразрушимая и невидимая связь. Результат: более надежные и быстрые средства связи. Более эффективные компьютеры. Высокоточная томография. Даже азартные игры, основанные на подлинной случайности! В новой эре происходит переход от квантовой «механики» к квантовой «информации». Минувшей осенью в Вене сорок европейских лабораторий развернули систему связи, которую невозможно взломать и которая использует традиционное оптоволокно. Во время докладов и бесед в кулуарах участники конференции говорили о еще неопубликованных результатах в области квантовой памяти, создания кьюбитов, или новых источников фотонов... Три фирмы уже продают системы квантовой криптографии (швейцарская id Quantique, американская MagiQ и французская SmartQuantum). Задуман квантовый компьютер. Ученые работают во всех направлениях: создают искусственные атомы, сражаются с некогерентностью, уничтожают шумы-паразиты. На подходе альтернативные постквантовые теории... Семь основных понятий, чтобы перейти от классического мира к миру квантовому Квантирование Двойственность волна-частицаВторая разница – квантовая теория описывает объекты иначе. В классическом мире положение и скорость, к примеру, машины, четко определены. Без этого радары были бы бесполезны... В квантовом мире все не совсем так. К примеру, невозможно одновременно и точно знать положение частицы и ее скорость. Математически теория описывает состояние не парой точек, а так называемой волновой функцией, которая позволяет рассчитать вероятность обнаружить частицу в одной или другой точке. Отсюда вероятностный характер квантовой механики.
|
Сравнительная информатика | |
Состояние | |
Классическая | Квантовая |
![]() |
|
0 или 1 | 0 или 1, а также наложение 0 на 1 |
Свойства | |
Возможное копирование | Копирование запрещено. |
Отсутствие воздействия измерения: 0 остается нулем, 1 – 1. | Измерение разрушает наложенное состояние. |
Нет смешения нескольких битов. | Возможно смешение. |
Размер | |
Если есть N бит, имеем 2n комбинаций | Если есть N кьюбитов, есть столько же возможностей, сколько есть точек в пространстве с 2n измерениями. |
Расчет | |
Последовательный | Параллельный |
![]() |
|
Для расчета 2n значений одной функции классический компьютер произведет 2n операций. | Входящие кьюбиты смешиваются и обрабатываются одновременно. Результат содержит все значения функции. |
Несколько примеров кьюбитов
Самые эффективные
Атомы в молекулах
Они содержат нечто вроде маленьких магнитов, которые можно повернуть. Магнитно-резонансный томограф детектирует атомы, используя это качество. Но это также помогает формировать кьюбиты, несущие различные магнитные состояния. Недостаток: трудно увеличить размер таких систем.
Наиболее многообещающие
Атомы и ионы
Вместо использования атомов, связанных в молекулы, физики берут их по одному с помощью электромагнитных полей для ионов или лазеров для атомов. Как только атомы застывают в неподвижности, свет контролирует состояние этих кьюбитов и смешивает их между собой. Рекорд – 8 кьюбитов из ионов. У них замечательно долгая жизнь (несколько секунд) и надежность измерения состояния (близкая к 100%).
Самые выносливые
Искусственные атомы
Возможно получить кьюбиты, гравируя крохотные электрические сверхпроводящие цепи с помощью технологии производства современных микропроцессоров. Сравнение на этом заканчивается, поскольку эти цепи совершенно иные и ведут себя, как искусственные атомы. Удалось добиться продолжительности жизни более микросекунды. Возможность контроля нескольких кьюбитов в одном чипе – ближайшая задача.
В 1982 году физик Ричард Фейнман выдвинул идею моделирования природы машинами. А поскольку природа имеет квантовый характер, и машины должны быть квантовыми. Машина должна делать точно то, что делает природа.
Память необходима и для криптографии. Проблема в том, что информация теряется на стокилометровом отрезке оптоволкна. Для дальнейшей передачи нужны промежуточные узлы, чтобы принимать, складировать и отсылать информацию дальше. Поскольку задача не особенно трудная, физики пошли дальше, пытаясь смешать промежуточные узлы, чтобы в надлежащий момент информация прошла с одного конца цепи на другой без риска перехвата!
Квантовое изображение – нечто новое, но за последние пять лет успехи удивительны. Цель? Устранение шума, который искажает изображение, усиление слабых сигналов, чтобы увидеть невидимое. Каким образом? Смешивая два лазерных пучка, используемых для получения изображения.
Это самый безумный проект новых покорителей квантовой физики. Они хотят наблюдать и контролировать квантовое поведение макроскопических объектов – рычагов, балок, весов! То есть наблюдать за колеблющимися механическими системами. Тяжелые макроскопические объекты, состоящие из миллиардов атомов, имеют такую же квантовую природу, как фотоны, электроны или атомы. То есть мы имеем дело с той же прекрасной и истинной квантовой механикой.
Надо создать технику замера малейших колебаний, вызванных квантовой флуктуацией, которые в миллиард раз меньше самого маленького атома... В принципе этот последний аспект проблемы решен после создания инструментов детектирования гравитационных волн, Вирго и Лиго.
Квантовая механика приносит и доход. Она становится основой казино, покера, лотерей и прочих линейных азартных игр. Эйнштейну не понравилось бы такое применение, ибо он критиковал теорию, говоря, что Бог не играет в кости. Но система работает. Швейцарская фирма idQuantique продает идеальные генераторы случайных чисел. Это не самое лучшее применение квантовой механики, но оно хорошо продается.
Случайность присуща квантовой механике, хотя Эйнштейн это не ценил.
Это
может быть научная иллюстрация года. Миллиарды и миллиарды кошек представлены
здесь десятком фотонов, подпрыгивающих с течение нескольких десятков микросекунд
между двумя почти идеальными зеркалами.
Фотоны пойманы в ловушку в состоянии наложения и смешивания, а потому каждый в отдельности различить невозможно. Синие пики под поверхностью изображения показывают состояния, не существующие в классическом мире. Постепенно из-за взаимодействия со средой (у ловушки есть утечки) квантовые наложения исчезают. Высота нижних пиков уменьшается, оставляя только верхние пики, а это классические состояния.
Понадобились годы, чтобы создать резонатор, могущий надолго поймать фотоны, и придумать измерения, практически не нарушающие хрупкие состояния. За «замедлением» некогерентности последует возможность помешать ее возникновению.
Эра квантовой информатики началась с квантовой криптографии, искусства гарантировать безопасность связи на основе фундаментальных физических принципов. Нет смысла посылать все больше данных с увеличением скорости передачи, если нет доверия к системе связи. Но осенью 2008 года в Австрии 40 лабораторий доказали могущество теории. По 200 км давно проложенных оптоволокон зашифрованная информация проходила через шесть узлов. Любое проникновение в сеть тут же детектировалось, а связь переходила на другой, более надежный канал.
Явление можно описать, сравнивая теннисные мячи и мыльные пузыри. Классическая информация записана на теннисных мячах, которые легко перехватить, прочесть информацию и снова отправить в приемник так, что никто этого не заметит. Квантовая информация записывается на мыльных пузырях. Остановка их уничтожает и возбуждает тревогу в приемнике. Эти мыльные пузыри есть наложенные или смешанные состояния, разрешенные квантовой механикой.
Техника работает, но требует улучшения. Будем ждать.
К началу ^