Događaji u najmanjoj mjeri imaju ogromne posljedice. I nijedno polje znanosti ne pokazuje to bolje od kvantne fizike, koja istražuje čudna ponašanja - uglavnom - vrlo malih stvari. U 2019. godini, kvantni eksperimenti otišli su na nova, još čudnija mjesta i praktično kvantno računanje sve bliže stvarnosti, usprkos nekim kontroverzama. To su bili najvažniji i iznenađujući kvantni događaji 2019. godine.
Google tvrdi "kvantnu nadmoć"
Ako jedna kvantna vijest iz 2019. godine čini povijesne knjige, to će vjerojatno biti velika najava koja je stigla od Googlea: tehnološka kompanija objavila je da je postigla "kvantnu nadmoć". To je fantastičan način da kažemo da je Google sagradio računalo koje može obavljati određene zadatke brže nego što je to moglo činiti bilo koje klasično računalo. (Kategorija klasičnih računala uključuje svaki stroj koji se oslanja na uobičajene stare 1 i 0, poput uređaja koji koristite za čitanje ovog članka.)
Googleova tvrdnja o kvantnoj premoći, ako se tome prikaže, označila bi pregib u povijesti računanja. Kako bi izvršili svoje proračune, kvantna računala oslanjaju se na neobične fizičke efekte male veličine poput zapletenosti, kao i određene osnovne nesigurnosti u nano-svemiru. Teoretski, takva kvaliteta tim strojevima daje određene prednosti u odnosu na klasična računala. Oni lako mogu razbiti klasične sheme šifriranja, poslati savršeno šifrirane poruke, pokrenuti neke simulacije brže od klasičnih računala i općenito vrlo lako mogu riješiti teške probleme. Poteškoća je u tome što nitko nikada nije napravio kvantno računalo dovoljno brzo da iskoristi te teorijske prednosti - ili barem nitko ih nije imao do Googleovog podviga ove godine.
Ipak, ne kupuju svi zahtjeve za nadmoć tehnološke tvrtke. Subhash Kak, kvantni skeptik i istraživač sa Državnog sveučilišta Oklahoma, iznio je nekoliko razloga u ovom članku za Live Science.
Pročitajte više o Google-ovom postignuću kvantne nadmoći.
Kilogram ide kvantno
Još jedna točka kvantnog savijanja 2019. godine stigla je iz svijeta utega i mjera. Standardni kilogram, fizički objekt koji je definirao jedinicu mase za sva mjerenja, odavno je bio 130-godišnji cilindar od platine i iridija, težak 2,2 kilograma. i sjedi u sobi u Francuskoj. To se promijenilo ove godine.
Stari kilogram bio je prilično dobar, jedva mijenjajući masu tijekom desetljeća. No, novi kilogram je savršen: Temeljem temeljnog odnosa mase i energije, kao i pretpostavke u ponašanju energije na kvantnim mjerilima, fizičari su mogli donijeti definiciju kilograma koja se uopće neće mijenjati između ove godine i kraj svemira.
Pročitajte više o savršenom kilogramu.
Stvarnost se malo razbila
Tim fizičara stvorio je kvantni eksperiment koji je pokazao da se činjenice zapravo mijenjaju ovisno o vašoj perspektivi na situaciju. Fizičari su izveli svojevrsno "bacanje novčića" koristeći fotone u malom kvantnom računalu, otkrivši da su rezultati različiti kod različitih detektora, ovisno o njihovoj perspektivi.
"Pokazujemo da u mikro svijetu atoma i čestica koje vladaju čudnim pravilima kvantne mehanike dva različita promatrača imaju pravo na vlastite činjenice", napisali su eksperimentalisti u članku za Live Science. "Drugim riječima, prema našoj najboljoj teoriji o građevnim blokovima same prirode, činjenice zapravo mogu biti subjektivne."
Pročitajte više o nedostatku objektivne stvarnosti.
Entanglement je dobio svoj glamur
Fizičari su prvi put napravili fotografiju fenomena koji je Albert Einstein opisao kao „sablasno djelovanje na daljinu“, u kojem dvije čestice ostaju fizički povezane iako su razdvojene na udaljenosti. Ovo svojstvo kvantnog svijeta dugo je bilo eksperimentalno provjereno, ali ovo je bio prvi put da ga je netko vidio.
Pročitajte više o nezaboravnoj slici zapletenosti.
Nešto veliko išlo je u više smjerova
Na neki način, konceptualna suprotnost zapletenosti, kvantna superpozicija omogućuje da se jedan objekt nalazi na dva (ili više) mjesta odjednom, što je posljedica materije koja postoji i kao čestice i valovi. To se obično postiže sitnim česticama poput elektrona.
No, u eksperimentu iz 2019. godine, fizičari su uspjeli ukloniti superpoziciju u najvećem obimu ikad: koristeći molekule molekula 2.000 atoma iz svijeta medicinske znanosti poznate kao "oligo-tetrafenilporfirini obogaćeni fluoroalkilsulfanilnim lancima".
Pročitajte o postizanju superpozicije na makro-skali.
Toplina je prešla u vakuum
U normalnim okolnostima toplina može prijeći vakuum na samo jedan način: u obliku zračenja. (To je ono što osjećate kada sunčeve zrake prelaze prostor da bi vam ljeti pobijedile lice.) Inače se u standardnim fizičkim modelima toplina kreće na dva načina: Prvo, energizirane čestice mogu upasti u druge čestice i prenijeti svoju energiju , (Omotajte ruke toplom šalicom čaja da osjetite ovaj učinak.) Drugo, topla tekućina može zamijeniti hladniju tekućinu. (To se događa kad uključite grijač u automobilu i preplavite unutrašnjost toplim zrakom.) Dakle, bez zračenja, toplina ne može prijeći vakuum.
Ali kvantna fizika, kao i obično, krši pravila. U pokusu 2019. fizičari su iskoristili činjenicu da na kvantnoj skali vakuumi nisu uistinu prazni. Umjesto toga, pune su sitnih, nasumičnih fluktuacija koje iskaču u i izvan postojanja. Istraživači su ustanovili, da u dovoljno malom razmaku toplina može prijeći vakuum skakanjem iz jedne fluktuacije u drugu kroz naizgled prazan prostor.
Pročitajte više o toplini koja skače kroz kvantni vakuum prostora.
Uzrok i posljedica možda su krenuli unatrag
Ovo je sljedeće otkriće daleko od eksperimentalno provjerenog otkrića, a čak je i izvan područja tradicionalne kvantne fizike. No, istraživači koji rade s kvantnom gravitacijom - teorijski konstrukt osmišljen za objedinjavanje svjetova kvantne mehanike i Einsteinove opće relativnosti - pokazali su da bi pod određenim okolnostima događaj mogao izazvati učinak koji se dogodio i ranije.
Neki teški predmeti mogu utjecati na protok vremena u njihovoj neposrednoj blizini zbog opće relativnosti. Znamo da je to istina. A kvantna superpozicija diktira da objekti mogu biti na više mjesta odjednom. Stavite veoma težak predmet (poput velike planete) u stanje kvantne superpozicije, napisali su istraživači, i možete dizajnirati neobične scenarije u kojima se uzrok i posljedica odvijaju pogrešnim redoslijedom.
Pročitajte više o preokretu uzroka i posljedica.
Kvantno tuneliranje puklo
Fizičari su dugo znali za čudan učinak poznat kao "kvantno tuneliranje", u kojem čestice prolaze kroz naizgled neprolazne barijere. Nije to zato što su toliko male da mogu naći rupe. 2019. eksperiment je pokazao kako se to zaista događa.
Kvantna fizika kaže da su čestice također valovi, a te valove možete smatrati projekcijama vjerojatnosti za mjesto čestice. Ali oni su i dalje valovi. Udarajte val protiv barijere u oceanu i on će izgubiti nešto energije, ali manji se val pojavit će na drugoj strani. Sličan učinak javlja se i u kvantnom svijetu, otkrili su istraživači. I dok preostaje malo vala vjerojatnosti s druge strane barijere, čestica ima šansu da se probije kroz zapreku, probije tunel kroz prostor gdje se čini da se ne bi trebala uklopiti.
Pročitajte više o nevjerojatnom učinku kvantnog tunela.
Metalni vodik se možda pojavio na Zemlji
Bila je ovo velika godina za fiziku ultra-visokog pritiska. A jedna od najhrabrijih tvrdnji stigla je iz francuskog laboratorija, koji je objavio da je stvorio svetu gralošku tvar za znanost o materijalima: metalni vodik. Pod dovoljno visokim pritiscima, poput onih za koje se smatra da postoje u jezgri Jupitera, smatra se da će jednoprotonski vodikovi atomi djelovati kao alkalni metal. No, nikad nitko nije uspio stvoriti dovoljno visoke pritiske da demonstrira učinak u laboratoriju. Ove godine, tim je rekao kako su ga vidjeli 425 gigapaskala (4,2 milijuna puta više od Zemljine atmosferskog tlaka na razini mora). Međutim, ne kupuju svi te tvrdnje.
Pročitajte više o metalnom vodiku.
Vidjeli smo kvantnu kornjaču
Zatvorite masu prehlađenih atoma magnetskim poljem i vidjet ćete "kvantni vatromet": mlaz atoma koji pucaju u naizgled nasumičnim smjerovima. Znanstvenici su sumnjali da bi vatromet mogao postojati uzorak, ali to nije bilo očito samo gledanje. Uz pomoć računala, istraživači su otkrili oblik efekta vatrometa: kvantnu kornjaču. Ipak, još nitko nije siguran zašto poprima takav oblik.
Pročitajte više o kvantnoj kornjači.
Malen kvantno računalo vratilo je vrijeme unatrag
Vrijeme se treba kretati u jednom smjeru: naprijed. Izlijte malo mlijeka na zemlju i ne postoji način da savršeno isušite prljavštinu i vratite isto čisto mlijeko u čašu. Kvantna valna funkcija koja se širi ne širi se.
Osim u ovom slučaju, uspjelo je. Koristeći sićušno kvantno računalo s dva kbita, fizičari su bili u mogućnosti napisati algoritam koji bi mogao vratiti svako malo vala na česticu koja ga je stvorila - odmotavajući događaj i učinkovito vraćajući strelicu vremena.
Pročitajte više o strelicu unatrag.
Još jedno kvantno računalo vidjelo je 16 budućnosti
Lijepa osobina kvantnih računala, koja se oslanjaju na supozicije, a ne na 1 i 0, je njihova sposobnost da istodobno reproduciraju više izračuna. Ta je prednost u punom prikazu u novom mehanizmu za kvantno predviđanje razvijenom 2019. Simulirajući niz povezanih događaja, istraživači koji stoje iza motora uspjeli su kodirati 16 mogućih budućnosti u jedan foton u svom motoru. Sada je to multitasking!
Pročitajte više o 16 mogućih budućnosti.
