Шведская королевская Академия наук присудила Нобелевскую премию по физике французскому и американскому ученым Сержу Арошу и Дэвиду Уэйндленду за исследования в области квантовой оптики.
68-летний профессор из Франции Серж Арош работает в Коллеж Де Франс в Париже. Его ровесник, американский профессор Дэвид Уэйндленд ведёт исследования в Национальном институте стандартов и технологий при Колорадском Университете. Шведская королевская академия наук заявила, что двое учёных открыли новую эру в квантовой физике, продемонстрировав возможность непосредственного наблюдения отдельных квантовых частиц без их разрушения.
О трудности подобной задачи и о том, какие перспективы открывают ее решение, рассказывает научный обозреватель Радио Свобода Александр Сергеев:
- Почти все измерения, которые мы производим на квантовом уровне, являются так называемыми «разрушающими» измерениями. То есть мы узнаем не то, каким электрон или атом является сейчас, а то, каким он был, узнаем что-то о нем в прошлом, но он уже таким не является, мы его уже испортили. Посветили на него, столкнули с квантом света - и он необратимо перешел в другое состояние. Казалось, что не существует никакой возможности следить за квантовыми состояниями объекта, непосредственно измерять их такими, какие они есть, не портя их при этом. Но в 80-90-х были разработаны соответствующие экспериментальные технологии, с помощью которых удалось отдельные квантовые системы - либо отдельный атом, находящийся в возбужденном состоянии, либо отдельный фотон, помещенный в специальную ловушку - сдерживать в этом состоянии и, более того, проверять, что там с ними происходит, при этом не разрушая. Это был совершенно уникальный эксперимент, причем это сделали две независимые группы: одна во Франции, другая в Америке - совершенно разными методами. Группа, которая работала в Америке, охлаждала атомы в специальной ионной ловушке из бериллия, и потом лазерным лучом аккуратно считывала состояние. А другая группа, группа Сержа Араша, немного позже сделала то же самое, но в обратную сторону: в ловушку поместили фотон, который отражался между двумя сверхпроводящими зеркалами, двигаясь туда и обратно, около миллиарда раз, проходя за десятую долю секунды около 30 тысяч километров. И сквозь этот болтающийся туда и назад фотон пропускали специально подготовленные особые возбужденные атомы, и те выходили оттуда, чуть-чуть изменив свое состояние, но не поглотив фотон. То есть удалось измерить состояние фотона, не испортив его. На основе тех измерений, которые сделал Дэвид Уанленд в Америке, с бериллиевыми атомами в ловушке, уже построены так называемые оптические часы, которые примерно в 100 раз точнее, чем цезиевые, которые до того считались самыми точными. Новые оптические часы работают на частоте в 100 раз выше и обеспечивают точность в 100 раз лучше. Если бы такие часы шли с начала существования Вселенной, то на сегодняшний день они бы дали погрешность не больше 5 секунд.
- В заявлении академии также говорится о том, что это открытие может дать возможность построения квантового компьютера, который значительно превосходит классические, знакомые нам компьютеры.
- Если взять обычный компьютер, то он в каждый момент обрабатывает лишь одно какое-то число. Ну, скажем, один бит, 0 или 1, который всегда находится в том или ином четко определенном состоянии. Вот это одно состояние обсчитывают. Надо обсчитать другой вариант - запускаем весь процесс сначала. Надо обсчитать третий вариант - запускаем весь процесс сначала. Если надо обсчитать миллион вариантов - надо миллион циклов прокрутить. Квантовый компьютер теоретически отличается тем, что может просчитывать все эти варианты одновременно, в одной вычислительной процедуре. То есть если нужно просчитать миллион вариантов - мы создаем так называемое квантовое состояние, суперпозиции миллиона этих самых исходных состояний, миллиона вариантов, все их просчитываем и получаем окончательный результат за один прогон цикла. Вот за счет этого теоретически квантовый компьютер может обойти обычные компьютеры во столько раз, сколько квантовых ячеек в этом компьютере есть. Проблема в том, что управлять этими квантовыми ячейками, создавать их очень трудно. И работы, которые сделали нынешние нобелевские лауреаты - это был первый экспериментальный шаг к тому, чтобы создать отдельное квантовое состояние и начать им манипулировать, начать его измерять. Это первый шаг к созданию квантового компьютера. Дальше это нужно делать эффективно, нужно наращивать количество таких ячеек, надо не давать им друг другу мешать и так далее. Это все огромные, сложные научные и инженерные задачи, не знаю, через сколько десятков лет это будет решено, но первый шаг был сделан именно в работах нынешних нобелевских лауреатов. Так что они делают перспективу квантовых вычислений реалистичной. До того это считалось сомнительным даже с теоретической точки зрения. Осталось сделать это на практике, уже не экспериментально, а инженерно. Это реальная проблема следующего порядка.
В этом году размер Нобелевской премии, которую поделят между собой лауреаты, составляет 8 млн. шведских крон (около 1,2 млн. долларов). Совет директоров Нобелевского фонда уменьшил размер награды на 20% по сравнению с прошлым годом. Сделано это для того, чтобы премиальный капитал организации в долгосрочной перспективе не уменьшился.
Радио Свобода
68-летний профессор из Франции Серж Арош работает в Коллеж Де Франс в Париже. Его ровесник, американский профессор Дэвид Уэйндленд ведёт исследования в Национальном институте стандартов и технологий при Колорадском Университете. Шведская королевская академия наук заявила, что двое учёных открыли новую эру в квантовой физике, продемонстрировав возможность непосредственного наблюдения отдельных квантовых частиц без их разрушения.
О трудности подобной задачи и о том, какие перспективы открывают ее решение, рассказывает научный обозреватель Радио Свобода Александр Сергеев:
- Почти все измерения, которые мы производим на квантовом уровне, являются так называемыми «разрушающими» измерениями. То есть мы узнаем не то, каким электрон или атом является сейчас, а то, каким он был, узнаем что-то о нем в прошлом, но он уже таким не является, мы его уже испортили. Посветили на него, столкнули с квантом света - и он необратимо перешел в другое состояние. Казалось, что не существует никакой возможности следить за квантовыми состояниями объекта, непосредственно измерять их такими, какие они есть, не портя их при этом. Но в 80-90-х были разработаны соответствующие экспериментальные технологии, с помощью которых удалось отдельные квантовые системы - либо отдельный атом, находящийся в возбужденном состоянии, либо отдельный фотон, помещенный в специальную ловушку - сдерживать в этом состоянии и, более того, проверять, что там с ними происходит, при этом не разрушая. Это был совершенно уникальный эксперимент, причем это сделали две независимые группы: одна во Франции, другая в Америке - совершенно разными методами. Группа, которая работала в Америке, охлаждала атомы в специальной ионной ловушке из бериллия, и потом лазерным лучом аккуратно считывала состояние. А другая группа, группа Сержа Араша, немного позже сделала то же самое, но в обратную сторону: в ловушку поместили фотон, который отражался между двумя сверхпроводящими зеркалами, двигаясь туда и обратно, около миллиарда раз, проходя за десятую долю секунды около 30 тысяч километров. И сквозь этот болтающийся туда и назад фотон пропускали специально подготовленные особые возбужденные атомы, и те выходили оттуда, чуть-чуть изменив свое состояние, но не поглотив фотон. То есть удалось измерить состояние фотона, не испортив его. На основе тех измерений, которые сделал Дэвид Уанленд в Америке, с бериллиевыми атомами в ловушке, уже построены так называемые оптические часы, которые примерно в 100 раз точнее, чем цезиевые, которые до того считались самыми точными. Новые оптические часы работают на частоте в 100 раз выше и обеспечивают точность в 100 раз лучше. Если бы такие часы шли с начала существования Вселенной, то на сегодняшний день они бы дали погрешность не больше 5 секунд.
- В заявлении академии также говорится о том, что это открытие может дать возможность построения квантового компьютера, который значительно превосходит классические, знакомые нам компьютеры.
- Если взять обычный компьютер, то он в каждый момент обрабатывает лишь одно какое-то число. Ну, скажем, один бит, 0 или 1, который всегда находится в том или ином четко определенном состоянии. Вот это одно состояние обсчитывают. Надо обсчитать другой вариант - запускаем весь процесс сначала. Надо обсчитать третий вариант - запускаем весь процесс сначала. Если надо обсчитать миллион вариантов - надо миллион циклов прокрутить. Квантовый компьютер теоретически отличается тем, что может просчитывать все эти варианты одновременно, в одной вычислительной процедуре. То есть если нужно просчитать миллион вариантов - мы создаем так называемое квантовое состояние, суперпозиции миллиона этих самых исходных состояний, миллиона вариантов, все их просчитываем и получаем окончательный результат за один прогон цикла. Вот за счет этого теоретически квантовый компьютер может обойти обычные компьютеры во столько раз, сколько квантовых ячеек в этом компьютере есть. Проблема в том, что управлять этими квантовыми ячейками, создавать их очень трудно. И работы, которые сделали нынешние нобелевские лауреаты - это был первый экспериментальный шаг к тому, чтобы создать отдельное квантовое состояние и начать им манипулировать, начать его измерять. Это первый шаг к созданию квантового компьютера. Дальше это нужно делать эффективно, нужно наращивать количество таких ячеек, надо не давать им друг другу мешать и так далее. Это все огромные, сложные научные и инженерные задачи, не знаю, через сколько десятков лет это будет решено, но первый шаг был сделан именно в работах нынешних нобелевских лауреатов. Так что они делают перспективу квантовых вычислений реалистичной. До того это считалось сомнительным даже с теоретической точки зрения. Осталось сделать это на практике, уже не экспериментально, а инженерно. Это реальная проблема следующего порядка.
В этом году размер Нобелевской премии, которую поделят между собой лауреаты, составляет 8 млн. шведских крон (около 1,2 млн. долларов). Совет директоров Нобелевского фонда уменьшил размер награды на 20% по сравнению с прошлым годом. Сделано это для того, чтобы премиальный капитал организации в долгосрочной перспективе не уменьшился.
Радио Свобода