физика

Кванттық компьютерлер жылдар бойы болашақ машиналары ретінде танымал болды. Олар кез келген шифрлауды бұзу, молекулаларды модельдеу және ғылыми жаңалықтарды ондаған жылдарға жеделдету мүмкіндігімен танымал. Бірақ ұзақ уақыт бойы айтылмай келе жатқан мәселе бар. Бұл компьютерлер ешқашан тұрақты емес дерлік.

Кванттық есептеулер кубиттерге – бір уақытта бірнеше күйде бола алатын элементтерге негізделген. Кванттық машиналарды соншалықты қуатты ететін нәрсе осы. Бірақ бұл оларды өте нәзік етеді. Ең аз ауытқу – жылу, діріл, электромагниттік шу – есептеуді бұзуы мүмкін.

Сондықтан, бүгінгі кванттық индустриядағы негізгі жарыс жылдамдықты арттыру емес, есептеулердің істен шығуына жол бермеу болып табылады. Аналитикалық шолуға сәйкес, қателерді түзету бүкіл технологияның негізгі кедергісіне айналды.

Неліктен кванттық компьютерлер кәдімгі компьютерлерге қарағанда жиі қателіктер жібереді?

Кәдімгі компьютер болжамды түрде жұмыс істейді. Егер ол қате жіберсе, бұл әрқашан бағдарламалық жасақтама мәселесі. Кванттық компьютер қателіктерді басқа себеппен жібереді. Ол сөзбе-сөз есептеу мен хаос арасындағы шекарада бар.

Кубиттің күйін бұзбай, оны жай ғана «ұстап» немесе тексеру мүмкін емес. Есептеу жүріп жатқанда, кубиттер ерекше, тұрақсыз күйде қалуы керек. Есептеу неғұрлым ұзақ болса және оған қатысатын кубиттер неғұрлым көп болса, сәтсіздік ықтималдығы соғұрлым жоғары болады.

Инженерлер қарапайым шешім жоқ екенін тез түсінді. Дәстүрлі жүйелердегідей «қателерді тексеруді» қосу мүмкін емес. Кез келген қателерді тексерудің өзі кубиттердің күйін өзгертеді. Сондықтан әзірлеушілер ондаған физикалық кубиттерді бір логикалық кубитке біріктіретін күрделі тізбектерді жасай бастады. Бұл логикалық кубит тұрақтырақ, бірақ үлкен шығынға ұшырайды. Кейде бір сенімді кубит бірнеше ондаған нақты кубиттерді қажет етеді. Сондықтан бүгінгі таңда тіпті ең озық кванттық компьютерлер де өте шектеулі тапсырмаларды орындайды. Олар істен шығудан аулақ болуға тырысып, тым көп уақыт жұмсайды.

Rosetta Stone және инженерлердің таңқаларлық шешімдері

2025 жылы Австралиядан келген зерттеушілер «кванттық есептеулердің Розетта тасы» деп аталатын тәсілді ұсынды. Бұл салыстыру кездейсоқтық емес. Розетта тасы бір кездері ежелгі мәтіндерді шешуге мүмкіндік берген. Мұндағы идея ұқсас - күрделі кванттық тілді басқаруға оңай түрге аудару.

Ғалымдар кубит санын көбейтудің орнына басқаша тәсілді қолданды. Олар арнайы тұзақта ұсталатын жалғыз ионды пайдаланып, оның тербелістерін ақпарат тасымалдаушы ретінде пайдаланды. Бір объект - бірнеше күй.

Бұл кванттық ақпаратты ықшам және аз қателіктермен кодтауға мүмкіндік берді. Маңызды бонус - құрылғы бөлме температурасында, көптеген кванттық жүйелер үшін қажет болатын қатты салқындатудысыз жұмыс істейді.

Дегенмен, бұл тәсілдің шектеулері бар. Ол барлық мәселелерге жарамайды және әмбебап кванттық компьютер жасауға мүмкіндік бермейді. Дегенмен, тұрақтылыққа жету жолы масштабтау арқылы емес, күрделі архитектура арқылы өтуі мүмкін екенін көрсетті.

Ертегісіз сиқыр: кванттық күйлер қалай тазартылады

Кванттық физикада маңызсыз естілетін термин бар: «сиқырлы күйлер». Бірақ оның артында өте нақты идея бар. Бұл кәдімгі компьютерлерде тиімді түрде қайталау мүмкін емес кванттық конфигурациялар.

Олар кванттық машиналарға классикалық машиналар жасай алмайтын нәрсені жасауға мүмкіндік береді. Мәселе мынада, мұндай күйлер өте тұрақсыз. Олар шу шығарады, ыдырайды және дәлдігін жоғалтады.

Шешім дистилляция деп аталады. Бұл көптеген кедей, шулы күйлерді алып, оларды аз мөлшерде әлдеқайда таза күйлерге бөлетін процесс. Бұл спиртті дистилляциялауға немесе суды тазартуға ұқсас. 2025 жылы зерттеушілер бұл тазартуды тек жеке физикалық элементтерге ғана емес, логикалық кубиттерге де қолдануға болатынын көрсетті. Бұл алға жылжудағы маңызды қадам болды. Әзірлеушілердің айтуынша, қателік деңгейі мың операцияның бірінен миллиард операцияның біріне дейін төмендетілді. Кванттық есептеулер үшін бұл іс жүзінде революция.

Прогресстің бағасы және мүмкін болатын шектеулер

Дегенмен, бұл сиқырдың бағасы бар. Бір тұрақты сиқырлы күйге жету үшін басқа көптеген нәрселерді құрбан ету керек. Кванттық компьютер ресурстарының айтарлықтай бөлігі мәселелерді шешуге емес, өзін-өзі қолдауға жұмсалады.

Шын мәнінде, қазіргі заманғы кванттық машиналар уақытының көп бөлігін өз қателіктерін түзетуге жұмсайды. Бірақ әзірге балама жоқ. Онсыз олар зертханалық тәжірибелерден әрі қарай жылжи алмайды.

Зерттеушілер сиқырлы күйлер мен оларды тазарту әдістері болашақ кванттық архитектуралардың негізін құрайтынымен келіседі, тіпті олар бүгінгі стандарттар бойынша қымбат, күрделі және тиімсіз болса да.

Бірақ технология тарихы дәл осы таңқаларлық және ебедейсіз шешімдер көбінесе жетістіктерге негіз болатынын көрсетеді.

Кванттық компьютерлер әлі күнге дейін күнделікті өмірде қолданылмайды. Бірақ ұзақ уақыт ішінде алғаш рет шынайы кванттық үстемдікке жол бар екені айқын болды. Және бұл жылдамдықта емес, қателерді басқаруда жатыр.

Гравитация барлық нысандарды жояды. Кеңістік-уақыт қисықтығы ақырында материяны сәулеленуге айналдырады. Жұмыс жарияланды және Phys.org мақаласында сипатталған.

Осы уақытқа дейін тек қара құрдымдар ғана буланып кетеді деп есептелді. Нейтрон жұлдыздары мен ақ ергежейлілер тұрақты деп саналды. Жаңа есептеулер бұл пікірді жоққа шығарады. Оқиға көкжиегі болмаса да, материя жойылады.

Қара құрдымның ерекшелігінің соңы

1974 жылы Стивен Хокинг қара құрдымдардың сәуле шығаратынын және массасын жоғалтатынын көрсетті. Бұл процесс оқиға көкжиегімен байланысты болды. Онсыз булану мүмкін емес деп есептелді. Хайно Фальке, Майкл Вондрак және Вальтер ван Сулек бұл тәсілді қайта қарастырды. Олар кеңістіктің қисықтығы шешуші фактор екенін көрсетті. Күшті тартылыс күшінің өзі бөлшектердің кванттық пайда болуын тудырады.

Гравитация әмбебап жойғыш ретінде

Зерттеушілер гравитацияны кванттық электродинамикадағы Швингер эффектісімен салыстырды. Онда қуатты электр өрісі вакуумдағы виртуалды бөлшектерді жыртады. Гравитация да солай әрекет етеді, бірақ толқын күштері арқылы. Нейтрондық жұлдыздардың жанында вакуум нақты бөлшектерді жасайды. Олардың кейбіреулері энергияны ғарышқа алып кетеді. Қалғандары нысанды ішінен қыздырады. Жұлдыз массасын баяу жоғалтады және тіпті суық ғаламда да жарқырайды.

Сөзсіз ақырдың математикасы

Ғалымдар нысанның өмір сүру ұзақтығын оның тығыздығымен байланыстыратын формула шығарды. Зат неғұрлым тығыз болса, булану соғұрлым жылдам болады. Процесс өте баяу, бірақ тоқтаусыз. Нейтрондық жұлдыздар шамамен 10⁶⁸ жылдан кейін жоғалып кетеді. Ақ ергежейлілер шамамен 10⁷⁸ жыл бойы өмір сүреді. Тіпті аса үлкен қара құрдымдар да 10⁹⁶ жылдан кейін жоғалып кетеді. Бұл Әлемнің «жылу өлімі» туралы түсінігін өзгертеді.

зерттеуге сәйкес жарияланған , Әлемнің эволюциясы туралы есептеулер енді нақты бақылаулармен сәйкес келмейді. Ғалымдар алғашқы ғарыштан алынған деректерді миллиардтаған жылдар бойы болашаққа экстраполяциялаған кезде теория телескоптардан өзгеше нәтиже беретінін мойындайды.

Физиктер алғашқы Әлемнің өте дәл картасына ие. Ол ғарыштық микротолқынды фонға негізделген және стандарт болып саналады. Дегенмен, Стандартты модель мен Эйнштейн теңдеулерін қолдана отырып, қазіргі ғарыш «кесек» болуы керек. Шындық басқаша болып шықты.

S8 кернеуі: теорияның бұзылуы

Космологтар өз модельдерін екі жолмен тексереді. Біріншісі Планк серігі жазып алған ғарыштық микротолқынды фон сәулеленуін талдауға негізделген. Бұл деректер 380 000 жыл бұрынғы ғаламды сипаттайды және олардың болашағын есептеуге мүмкіндік береді.

Екінші әдіс - қазіргі Әлемді тікелей бақылау. Бұл әдіс әлсіз гравитациялық линзалау әдісін қолданады. Масса, негізінен қараңғы материя, кеңістік-уақытты бұрмалайды және алыс галактикалардың жарығын бұрмалайды. Бұл бұрмалаулар материяның таралу картасын құру үшін қолданылады.

Мәселе әдістердің енді сәйкес келмеуінде. Қазіргі өлшемдер заттың біркелкі таралуын көрсетеді. S8 параметрінің мәні күтілгеннен төмен. Айырмашылық 2-3 сигмаға жетеді. Физика үшін бұл жүйелі қатені немесе толық емес модельді көрсетеді.

Күтпеген байланысы бар қараңғы сектор

Стандартты космологияда қараңғы материя суық және пассивті болып саналады. Ол қоршаған әлеммен тек гравитация арқылы әрекеттеседі. Нейтринолар сонымен қатар кеңістікке еркін енетін іс жүзінде тәуелсіз бөлшектер болып саналады.

Жаңа мақаланың авторлары басқа сценарий ұсынды. Олар қараңғы материя мен нейтринолар арасында серпімді шашырауға мүмкіндік берді. Алғашқы ғаламда нейтринолар өте тығыз және жылдам болды. Тіпті әлсіз өзара әрекеттесу оларға қараңғы материя бөлшектеріне импульс беруге мүмкіндік берді.

Бұл процесс диффузиялық демпферлеу деп аталатын құбылысқа әкеледі. Гравитация қараңғы материяны тығыз галоға жинауға бейім, ал нейтрино шашырауы бұған жол бермейді. Нәтижесінде құрылымдардың өсуі баяулайды және тығыздықтың шағын ауытқулары тегістеледі.

Есептеулерге сәйкес, бұл S8 параметрін төмендетеді. Әлем бүгінгі таңда өзара әрекеттесусіз стандартты модель болжағаннан гөрі біртекті болып көрінеді.

Деректер, модельдеу және ашылу шектері

Гипотезаны тексеру үшін ғалымдар бірнеше тәуелсіз бақылау көздерін біріктірді:

• Планк спутнигінің деректері
• ACT телескопының жоғары бұрыштық ажыратымдылықтағы өлшемдері
• DES Y3 затының таралу картасы

Талдау күрделі компьютерлік модельдеуді және сызықтық емес гравитацияны қарастыруды қамтыды. Статистикалық талдау стандартты Lambda-CDM моделі деректер жиынтығының нашар сипаттамасын беретінін көрсетті. Қараңғы материя мен нейтрино өзара әрекеттесуі бар модель сәйкессіздікті жояды.

Оңтайлы өзара әрекеттесу күші шамамен 10^-4 деп бағаланады. Статистикалық маңыздылығы 3 сигма деңгейіне жетеді. Физикада бұл маңызды дәлел болып саналады, бірақ әлі жаңалық емес.

Егер зерттеу нәтижелері расталса, қараңғы материя пассивті фондық құбылыс болудан қалады. Ол Әлемдегі процестердің белсенді қатысушысына айналады. Вера Рубин обсерваториясы мен CSST телескопының болашақ бақылаулары соңғы жауапты беруі керек.

Нобель комитетінің мәліметі бойынша, 2025 жылғы физика бойынша Нобель сыйлығы британдық Джон Кларкқа, американдық Джон М. Мартиниске және француз Мишель Х. Деворға берілді.

Ғалымдар алғаш рет кванттық механикалық әсерлердің макроскопиялық жүйелерде – оларды қолмен ұстауға болатындай үлкен жүйелерде – көрінуі мүмкін екенін көрсетті.

Зерттеушілер электр тізбегіндегі макроскопиялық кванттық механикалық туннельдеу және энергия кванттау құбылысын көрсетті. Осы уақытқа дейін мұндай әсерлер тек атомдар мен субатомдық бөлшектер деңгейінде ғана мүмкін деп есептелді.

Баспасөз хабарламасында физикадағы негізгі сұрақтардың бірі - кванттық механика заңдары әлі де қолданылатын жүйенің максималды өлшемі екені атап өтілген. Бұл тәжірибелер бізді бұл сұраққа жауап беруге жақындатты. Лауреаттар жасаған кванттық жүйе «микро» және «макро» әлемдер арасындағы шекаралардың соншалықты өтпейтін емес екенін көрсетті.

Кембриджде туылған, қазір Калифорния университетінің профессоры Джон Кларк өмірін асқын өткізгіштік пен кванттық эффектілерді зерттеуге арнады. Туған жері Парижде тұратын Мишель Х. Девор Йель университетінде және Санта-Барбарадағы Калифорния университетінде жұмыс істейді. Санта-Барбара профессоры, американдық Джон М. Мартинис кванттық процессорларды жасауымен танымал.

Ғалымдардың үштігі физикадағы жаңа дәуірдің – кванттық құбылыстар мен күнделікті өмір арасындағы шекара бұлыңғырлана бастаған дәуірдің символына айналды. Олардың жаңалықтары қазірдің өзінде болашақ кванттық технологиялардың негізі деп аталуда.

хабарланғандай . журналында Physical Review Letters, ғалымдар тағы да Антарктида мұзының астынан келетін жұмбақ радиосигналдарға тап болды

Мәселе мынада, олар қазіргі заманғы бөлшектер физикасының белгілі моделіне сәйкес келмейді. Аргентинадағы Пьер Оже обсерваториясының деректерін қамтитын талдау жағдайды одан сайын күрделендірді.

Пьер Оже обсерваториясындағы 1600 детекторлық бактың бірі

Сигналдар алғаш рет NASA-ның ANITA жобасы арқылы анықталды — Антарктидадан 40 шақырымға дейінгі биіктікте қалықтап жүрген стратосфералық шарлардағы антенналар. Олар әдетте ғарыштық сәулелерден радиотолқындарды қабылдайды, бірақ кейбір сигналдар... төменнен келеді. Олар бүкіл Жерді — кем дегенде 6000–7000 шақырым планеталық затты — аралап өткен нейтринолардан пайда болған сияқты.

Дегенмен, мұндай нейтринолардың антенналарға жетуі үшін олардың ағыны орасан зор болуы керек еді. Сонда оларды Антарктидада орналасқан IceCube детекторы анықтар еді. Бірақ IceCube үнсіз қалды.

Ғалымдар 10 экзаэлектронвольтқа дейінгі бөлшектер энергиясымен модельдеу жүргізді. Дегенмен, ANITA-дан басқа ешбір обсерватория ұқсас сигналдарды тіркеген жоқ. Тіпті Пьер-Оже обсерваториясы да осындай аномалиялардың бар-жоғын растай алмады. Бұл мұзда толқындардың шағылысуы немесе қайта шағылысуы мүмкіндігіне күмән келтірді.

Зерттеу авторларының қорытындысы айқын: стандартты модель аномалияны түсіндірмейді. Бұл мұздағы күрделі радиотолқындық интерференция сияқты ерекше құбылыс болуы мүмкін, бірақ тіпті мұндай сценарийлер есептеулермен расталмайды.

ANITA сигналы қазіргі уақытта «ауытқушылық» болып саналады және қосымша бақылауларды қажет етеді. Осы мақсатта Оңтүстік жарты шарда жаңа обсерватория, PUEO, салынып жатыр. Дегенмен, ғалымдар өткен жағдайларды, мысалы, жабдықтың қателігі болып шыққан OPERA экспериментінде суперлюминальды нейтринолардың анықталуы туралы жалған дабылды еске түсіре отырып, сақ болуға шақырады.

Колорадо пасторы Уилл Даффи ұйымдастырған «Соңғы эксперимент» деп аталатын эксперименттің бөлігі ретінде жазық Жерге сенушілер тобы Антарктидаға жіберілді.

Жобаның мақсаты Жердің пішіні туралы пікірталастарға нүкте қою болды. Қатысушыларға ерекше табиғи құбылыстар, соның ішінде тек сфералық планетада ғана мүмкін болатын 24 сағаттық күн тәулігі көрсетілді.

Экспериментке ұйымдастырушының есебінен сапарларын төлеген үш жазық Жер сенушісі және сапарларын өздері төлеген он екі дәстүршіл қатысты. Даффидің айтуынша, бұл объективтілік үшін қажет болды.

Нәтижелер әртүрлі болды. Ең көрнекті жазық Жер теоретиктерінің бірі Геран Кампанелла қателескенін мойындап, былай деп атап өтті: «Өмірде кейде қателесесіз. Күн шынымен де жазық Жер теоретиктері айтқандай әрекет етеді». Дегенмен, басқа қатысушылар өз пікірлерінде тұрып, бақылауларды «бірыңғай деректер нүктесі» деп атады.

Айқын дәлелдерге қарамастан, скептиктер Жердің пішінін растайтын айқын фактілерді елемей келеді, бұл жалған ғылыми сенімдермен күресудің қиындығын көрсетеді.

Ғалым гипердыбыстық жүйелерді әзірлеуге қатысты.

Санкт-Петербургте гипердыбыстық жүйелерді жасаған физик Александр Куранов мемлекетке опасыздық жасады деген айыппен жеті жылға қатаң режимдегі түрмеде отыруға сотталды. Ол сондай-ақ 100 000 рубль айыппұл төлеуі керек. Сот отырысы «өте құпия» деп жіктелгендіктен жабық есік артында өтті. Іс екі отырыста қаралды, ал судья жеңіл жаза тағайындау үшін ескіру мерзімін қолданды, деп хабарлады Санкт-Петербург соттарының бірлескен баспасөз қызметі.

Инженерия ғылымдарының докторы, Hypersonic Systems Research Enterprise компаниясының бұрынғы бас директоры және бас дизайнері Александр Куранов 2021 жылы ұсталды.Интерфаксдереккөздерге сілтеме жасай отырып, оның гипердыбыстық технологиялық әзірлемелер туралы құпия ақпаратты шетелдік азаматқа бергенін хабарлады. Агенттіктің мәліметінше, ғалым АҚШ пен Қытайдың қызығушылығын тудырған жоба - Аякс гипердыбыстық ұшағын жасап жатқан.

Дереккөзді оқыңыз