Evenimentele la scară mai mică au consecințe uriașe. Și niciun domeniu al științei nu demonstrează asta mai bine decât fizica cuantică, care explorează comportamentele ciudate ale - mai ales - lucruri foarte mici. În 2019, experimentele cuantice au mers către locuri noi și chiar mai ciudate, iar calculul cuantic practic s-a întemeiat tot mai aproape de realitate, în ciuda unor controverse. Acestea au fost cele mai importante și surprinzătoare evenimente cuantice din 2019.
Google susține „supremația cuantică”
Dacă o știre cuantică din 2019 face cărțile de istorie, probabil va fi un mare anunț care a venit de la Google: Compania tehnologică a anunțat că a obținut „supremația cuantică”. Acesta este un mod fantezist de a spune că Google a construit un computer care putea efectua anumite sarcini mai repede decât orice computer clasic. (Categoria calculatoarelor clasice include orice mașină care se bazează pe 1s și 0s vechi, cum ar fi dispozitivul pe care îl utilizați pentru a citi acest articol.)
Cererea de supremație cuantică a Google, dacă este luată în considerare, ar marca un punct de inflexiune în istoria informaticii. Calculatoarele cuantice se bazează pe efecte fizice ciudate la scară mică, cum ar fi încurcarea, precum și anumite incertitudini de bază din nano-univers, pentru a-și efectua calculele. În teorie, această calitate oferă acestor mașini anumite avantaje față de calculatoarele clasice. Acestea pot rupe cu ușurință schemele clasice de criptare, pot trimite mesaje perfect criptate, pot rula unele simulări mai repede decât pot calculatoarele clasice și, în general, rezolva foarte ușor problemele grele. Dificultatea este că nimeni nu a făcut vreodată un computer cuantic suficient de rapid pentru a profita de acele avantaje teoretice - sau cel puțin nimeni nu a avut, până la faza Google de anul acesta.
Cu toate acestea, nu toată lumea cumpără cererea de supremație a companiei tehnologice. Subhash Kak, un sceptic cuantic și cercetător la Universitatea de Stat din Oklahoma, a expus mai multe motive din acest articol pentru Știința Live.
Citiți mai multe despre realizarea Google de supremație cuantică.
Kilogramul merge cuantic
Un alt punct de inflexiune cuantică din 2019 a venit din lumea greutăților și a măsurilor. Kilogramul standard, obiectul fizic care a definit unitatea de masă pentru toate măsurătorile, a fost mult timp un cilindru de 130 de ani, platină-iridiu, care cântărea 2,2 kg. și stând într-o cameră din Franța. Asta s-a schimbat anul acesta.
Kilo-ul vechi era destul de bun, abia se schimba masa de-a lungul deceniilor. Însă noul kilogram este perfect: pe baza relației fundamentale dintre masă și energie, precum și o evitare a comportamentului energiei la scări cuantice, fizicienii au putut ajunge la o definiție a kilogramului care nu se va schimba deloc între anul acesta și sfârșitul universului.
Citiți mai multe despre kilogramul perfect.
Realitatea s-a rupt puțin
O echipă de fizicieni a proiectat un experiment cuantic care a arătat că faptele se schimbă de fapt în funcție de perspectiva dvs. asupra situației. Fizicienii au efectuat un fel de „aruncare de monedă” folosind fotoni într-un computer cuantic minuscul, descoperind că rezultatele erau diferite la diferiți detectori, în funcție de perspectivele lor.
„Arătăm că, în micro-lumea atomilor și a particulelor care este guvernată de regulile ciudate ale mecanicii cuantice, doi observatori diferiți au dreptul la propriile fapte”, au scris experimentaliștii într-un articol pentru Știința Live. „Cu alte cuvinte, conform celei mai bune teorii noastre despre blocurile de natură în sine, faptele pot fi de fapt subiective”.
Citiți mai multe despre lipsa realității obiective.
Entanglement a primit lovitura de glamour
Pentru prima dată, fizicienii au făcut o fotografie cu fenomenul pe care Albert Einstein l-a descris ca fiind „acțiunea înfricoșătoare la distanță”, în care două particule rămân legate fizic, în ciuda faptului că sunt separate pe distanțe. Această caracteristică a lumii cuantice a fost mult timp verificată experimental, dar aceasta a fost prima dată când cineva a apucat să o vadă.
Citiți mai multe despre imaginea de neuitat a înțelegerii.
Ceva mare a mers în mai multe direcții
În unele moduri opusul conceptual al înțelegerii, suprapunerea cuantică permite unui singur obiect să se afle în două (sau mai multe) locuri simultan, o consecință a materiei existente atât ca particule cât și ca unde. De obicei, acest lucru se realizează cu particule minuscule precum electronii.
Însă, într-un experiment din 2019, fizicienii au reușit să extragă superpoziția la cea mai mare scară din toate timpurile: folosind hulking, molecule de 2.000 de atomi din lumea științei medicale, cunoscute sub numele de „oligo-tetraphenilporfirine îmbogățite cu lanțuri de fluoroalchilsulfanil”.
Citiți despre realizarea pe scară macro a superpoziției.
Căldura a traversat vidul
În condiții normale, căldura poate traversa vidul într-o singură manieră: sub formă de radiații. (Asta simți când razele soarelui traversează spațiul pentru a-ți bate pe față într-o zi de vară.) În caz contrar, în modelele fizice standard, căldura se mișcă în două maniere: În primul rând, particulele energizate pot bate în alte particule și își pot transfera energia . (Înfășurați-vă mâinile în jurul unei cani calde de ceai pentru a simți acest efect.) În al doilea rând, un fluid cald poate înlocui un fluid mai rece. (Asta se întâmplă când porniți încălzitorul în mașina dvs., inundând interiorul cu aer cald.) Deci, fără radiații, căldura nu poate trece prin vid.
Dar fizica cuantică, ca de obicei, încalcă regulile. Într-un experiment din 2019, fizicienii au profitat de faptul că la scara cuantică, vacuurile nu sunt cu adevărat goale. În schimb, sunt pline de fluctuații minuscule, aleatorii, care apar și ies din existență. La o scară suficient de mică, au descoperit cercetătorii, căldura poate traversa un vid sărind de la o fluctuație la alta în spațiul aparent gol.
Citiți mai multe despre căldura care trece prin vidul cuantic de spațiu.
Cauza și efectul s-ar fi putut întoarce
Această următoare descoperire este departe de o descoperire verificată experimental și este chiar în afara domeniului fizicii cuantice tradiționale. Dar cercetătorii care lucrează cu gravitația cuantică - o construcție teoretică concepută să unifice lumile mecanicii cuantice și relativitatea generală a lui Einstein - au arătat că în anumite circumstanțe un eveniment ar putea provoca un efect care a avut loc mai devreme în timp.
Anumite obiecte foarte grele pot influența fluxul de timp în imediata lor apropiere datorită relativității generale. Știm că acest lucru este adevărat. Iar suprapunerea cuantică dictează că obiectele pot fi în mai multe locuri simultan. Puneți un obiect foarte greu (ca o planetă mare) într-o stare de suprapunere cuantică, au scris cercetătorii și puteți proiecta scenarii ciudate în care cauza și efectul au loc într-o ordine greșită.
Citiți mai multe despre inversarea cauzei și efectelor.
Tunelarea cuantică a crăpat
Fizicienii au știut de mult despre un efect ciudat cunoscut sub numele de „tunelare cuantică”, în care particulele par să treacă prin bariere aparent impasibile. Nu este pentru că sunt atât de mici încât găsesc găuri. În 2019, un experiment a arătat cum se întâmplă acest lucru cu adevărat.
Fizica cuantică spune că particulele sunt, de asemenea, unde și puteți gândi la aceste unde ca proiecții de probabilitate pentru locația particulei. Dar tot sunt valuri. Zdrobiti un val impotriva unei bariere din ocean si va pierde putina energie, dar va aparea un val mai mic pe partea cealalta. Cercetătorii au descoperit un efect similar în lumea cuantică. Și atâta timp cât rămâne un pic de undă de probabilitate în partea îndepărtată a barierei, particula are șansa de a trece prin obstrucție, tunelând printr-un spațiu în care pare că nu ar trebui să se potrivească.
Citiți mai multe despre uimitorul efect de tunelare cuantică.
Hidrogenul metalic poate să fi apărut pe Pământ
Acesta a fost un an mare pentru fizica de înaltă presiune. Și una dintre cele mai îndrăznețe pretenții a provenit de la un laborator francez, care a anunțat că a creat o substanță de graal sfânt pentru știința materialelor: hidrogenul metalic. În condiții de presiuni destul de ridicate, precum cele despre care se crede că există în centrul lui Jupiter, se consideră că atomii de hidrogen cu un singur proton acționează ca un metal alcalin. Dar nimeni nu reușise niciodată să genereze presiuni suficient de mari pentru a demonstra efectul într-un laborator înainte. Anul acesta, echipa a spus că a văzut-o la 425 de gigapascali (de 4,2 milioane de ori presiunea atmosferică a Pământului la nivelul mării). Cu toate acestea, nu toată lumea cumpără această afirmație.
Citiți mai multe despre hidrogenul metalic.
Am observat țestoasa cuantică
Descarcă o masă de atomi supraîncărcați cu un câmp magnetic și vei vedea „artificii cuantice”: jeturi de atomi care se opresc în direcții aparent aleatorii. Cercetătorii au bănuit că ar putea exista un tipar în artificii, dar nu era evident doar că au privit. Cu ajutorul unui computer, însă, cercetătorii au descoperit o formă a efectului de artificii: o broască țestoasă cuantică. Cu toate acestea, nimeni nu este sigur de ce ia această formă.
Citiți mai multe despre țestoasa cuantică.
Un computer cuantic minuscul a întors timpul
Timpul ar trebui să se miște într-o singură direcție: înainte. Vărsăm niște lapte pe pământ și nu există nicio modalitate de a usca perfect murdăria și de a returna același lapte curat înapoi în cupă. O funcție de undă cuantică de răspândire nu se răspândește.
Cu excepția acestui caz, așa a fost. Folosind un computer cuantic minuscul, cu două qubite, fizicienii au reușit să scrie un algoritm care putea să returneze fiecare ondulare a unei unde particulei care l-a creat - desfășurând evenimentul și întorcând în mod eficient săgeata timpului.
Citiți mai multe despre săgeata inversării timpului.
Un alt computer cuantic a văzut 16 futuri
O caracteristică plăcută a computerelor cuantice, care se bazează pe superpoziții mai degrabă decât 1s și 0s, este capacitatea lor de a juca mai multe calcule simultan. Acest avantaj este afișat integral într-un nou motor cu predicție cuantică dezvoltat în 2019. Simulând o serie de evenimente conectate, cercetătorii din spatele motorului au putut codifica 16 posibile futuri într-un singur foton în motorul lor. Acum asta este multitasking!
Citiți mai multe despre cele 16 posibile futures.
