ჯერ კიდევ 1920-იან წლებში კვანტური მექანიკა, თეორია, რომელიც საფუძვლად უდევს ყველაფერს ატომების ქცევიდან კვანტური კომპიუტერების მუშაობამდე, ფართოდ გავრცელების გზაზე იყო. მაგრამ ერთი საიდუმლო დარჩა: ზოგჯერ კვანტური ობიექტები, როგორიცაა ელექტრონები, ატომები და მოლეკულები, იქცევიან როგორც ნაწილაკები, ზოგი კი ტალღების მსგავსად. ზოგჯერ ისინი ერთდროულად იქცევიან როგორც ნაწილაკები და ტალღები. ამიტომ, ამ კვანტური ობიექტების შესწავლისას, არასოდეს გაურკვეველია, რა მიდგომა უნდა გამოიყენონ მეცნიერებმა თავიანთ გამოთვლებში.
ზოგჯერ მეცნიერებს უწევდათ იმის ვარაუდი, რომ კვანტური ობიექტები იყო ტალღები, რათა მიეღოთ სწორი შედეგი. სხვა შემთხვევაში, მათ უნდა ეფიქრათ, რომ ობიექტები სინამდვილეში ნაწილაკები იყვნენ. ზოგჯერ ორივე მიდგომა მუშაობდა. მაგრამ სხვა შემთხვევებში, მხოლოდ ერთმა მიდგომამ გამოიღო სწორი შედეგი, ხოლო მეორემ დააბრუნა ყალბი შედეგი. ამ პრობლემის ისტორია დიდი ხნის წინ მიდის, მაგრამ ბოლოდროინდელმა ექსპერიმენტებმა ახალი შუქი მოჰფინა ამ ძველ კითხვას.
კვანტური ისტორია
ამავე სახელწოდების ორმაგი ჭრილის ექსპერიმენტში, რომელიც პირველად ჩაატარა თომას იანგმა 1801 წელს, სინათლე ტალღების მსგავსად იქცეოდა. ამ ექსპერიმენტში ლაზერის სხივი მიმართულია ორმაგ ჭრილზე, შემდეგ კი მიღებულ შაბლონს უყურებენ. თუ სინათლე შედგებოდა ნაწილაკებისგან, უნდა ველოდოთ სინათლის ორ ნაპრალს. ამის ნაცვლად, შედეგი არის სინათლის მრავალი პატარა ბლოკი, რომლებიც განლაგებულია დამახასიათებელი ნიმუშით. წყლის ნაკადში ორმაგი ჭრილის განთავსება გამოიწვევს იმავე ნიმუშს მხოლოდ ქვემოთ. ასე რომ, ამ ექსპერიმენტმა მიგვიყვანა დასკვნამდე, რომ სინათლე არის ტალღა.
შემდეგ, 1881 წელს, ჰაინრიხ ჰერცმა მხიარული აღმოჩენა გააკეთა. როდესაც მან ორი ელექტროდი აიღო და მათ შორის საკმარისად მაღალი ძაბვა გამოიყენა, ნაპერწკლები გაჩნდა. Ეს ნორმალურია. მაგრამ როდესაც ჰერცმა აანთო შუქი ამ ელექტროდებზე, ნაპერწკლის ძაბვა შეიცვალა. ეს აიხსნებოდა იმით, რომ შუქმა ელექტრონები ამოიღო ელექტროდის მასალისგან. მაგრამ, უცნაურად საკმარისია, რომ ამოფრქვეული ელექტრონების მაქსიმალური სიჩქარე არ იცვლებოდა სინათლის ინტენსივობის ცვლის შემთხვევაში, მაგრამ იცვლებოდა სინათლის სიხშირით. ეს შედეგი შეუძლებელი იქნებოდა, თუ ტალღის თეორია ჭეშმარიტი იქნებოდა. 1905 წელს ალბერტ აინშტაინს ჰქონდა გამოსავალი: სინათლე სინამდვილეში ნაწილაკი იყო. ეს ყველაფერი არადამაკმაყოფილებელი იყო. მეცნიერებს ურჩევნიათ ერთი თეორია, რომელიც ყოველთვის ჭეშმარიტია, ვიდრე ორი თეორია, რომელიც ზოგჯერ მართალია. და თუ თეორია მხოლოდ ხანდახან არის ჭეშმარიტი, მაშინ ჩვენ მაინც გვსურს იმის თქმა, თუ რა პირობებშია იგი ჭეშმარიტი.
მაგრამ სწორედ ეს იყო ამ აღმოჩენის პრობლემა. ფიზიკოსებმა არ იცოდნენ, როდის განეხილათ სინათლე ან სხვა ობიექტი ტალღად და როდის ნაწილაკად. მათ იცოდნენ, რომ ზოგიერთი რამ იწვევს ტალღის მსგავს ქცევას, მაგალითად, ნაპრალების კიდეებს. მაგრამ მათ არ ჰქონდათ მკაფიო ახსნა, თუ რატომ არის ეს ასე ან როდის გამოეყენებინათ რაიმე თეორია.
ამ გამოცანას ე.წ კორპუსკულარულ-ტალღური დუალიზმი, დღემდე შემორჩენილია. მაგრამ ახალმა კვლევამ შესაძლოა გარკვეული სინათლე მოჰფინოს სიტუაციას. კორეის საბაზისო მეცნიერებათა ინსტიტუტის მეცნიერებმა აჩვენეს, რომ სინათლის წყაროს თვისებები გავლენას ახდენს იმაზე, თუ რამდენად არის ის ნაწილაკი და რამდენად არის ტალღა. ამ პრობლემის შესწავლის ახალი მიდგომით, მათ გაუხსნეს გზა, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს კვანტური გამოთვლის გაუმჯობესება. ან ასეთი იმედები.
ასევე საინტერესოა: Google-ის კვანტურ პროცესორებს თეორიის მიღმა დროის კრისტალები სჭირდება
როგორ შევქმნათ ნაწილაკები და ტალღები
ექსპერიმენტში მეცნიერებმა გამოიყენეს ნახევრად ამრეკლავი სარკე ლაზერის სხივის ორ ნაწილად გასაყოფად. თითოეული ეს სხივი ხვდება კრისტალს, რომელიც თავის მხრივ წარმოქმნის ორ ფოტონს. სულ ოთხი ფოტონი გამოიყოფა, თითოეული კრისტალიდან ორი.
მეცნიერებმა ინტერფერომეტრში თითოეული კრისტალიდან თითო ფოტონი გაგზავნეს. ეს მოწყობილობა აერთიანებს სინათლის ორ წყაროს და ქმნის ჩარევის ნიმუშს. ეს ნიმუში პირველად აღმოაჩინა თომას იანგმა თავის ზემოხსენებულ ორ ნაპრალ ექსპერიმენტში. ეს არის ის, რასაც ხედავთ, როდესაც ორ ქვას აგდებთ აუზში: წყლის ტალღები, რომელთაგან ზოგი ერთმანეთს ამაგრებს, ზოგი კი ანეიტრალებს. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ინტერფერომეტრი აღმოაჩენს სინათლის ტალღურ ბუნებას.
დანარჩენი ორი ფოტონის ბილიკები გამოიყენეს მათი კორპუსკულური მახასიათებლების დასადგენად. მიუხედავად იმისა, რომ ნაშრომის ავტორებს არ დაუკონკრეტებიათ, როგორ გააკეთეს ეს, ეს ჩვეულებრივ ხდება ფოტონის გავლის გზით იმ მასალაში, რომელიც აჩვენებს სად წავიდა ფოტონი. მაგალითად, თქვენ შეგიძლიათ გადაიღოთ ფოტონი გაზში, რომელიც შემდეგ აანთებს იქ, სადაც ფოტონი გავიდა. ტრაექტორიაზე ფოკუსირებით და არა საბოლოო დანიშნულებაზე, ფოტონი შეიძლება იყოს ტალღა. ეს იმიტომ ხდება, რომ თუ თქვენ გაზომავთ ფოტონის ზუსტ მდებარეობას დროის ყოველ მომენტში, მაშინ ის წერტილოვანია და ვერ მოხვდება საკუთარ თავს.
ეს არის ერთ-ერთი მრავალი მაგალითი კვანტურ ფიზიკაში, სადაც გაზომვა აქტიურად მოქმედებს აღნიშნული გაზომვის შედეგზე. ამიტომ, ექსპერიმენტის ამ ნაწილში ფოტონის ტრაექტორიის ბოლოს ჩარევის ნიმუში არ იყო. ამრიგად, მკვლევარებმა გაარკვიეს, თუ როგორ შეიძლება ფოტონი იყოს ნაწილაკი. ახლა გამოწვევა იყო რაოდენობრივი განსაზღვრა, თუ რამდენი იყო ეს ნაწილაკი და რამდენი დარჩა ტალღის სიმბოლოდან.
ვინაიდან ერთი და იგივე კრისტალის ორივე ფოტონი ერთად წარმოიქმნება, ისინი ქმნიან ერთ კვანტურ მდგომარეობას. ეს ნიშნავს, რომ შესაძლებელია იპოვოთ მათემატიკური ფორმულა, რომელიც აღწერს ორივე ფოტონს ერთდროულად. შედეგად, თუ მკვლევარებს შეუძლიათ რაოდენობრივად განსაზღვრონ, თუ რამდენად ძლიერია ორი ფოტონის „მიკერძოება“ და „ტალღის სიგრძე“, ეს რაოდენობრივი მაჩვენებელი შეიძლება გამოყენებულ იქნას მთელ სხივზე, რომელიც აღწევს კრისტალს.
მართლაც, მკვლევარებმა წარმატებას მიაღწიეს. მათ გაზომეს რამდენად ტალღოვანი იყო ფოტონი ინტერფერენციის ნიმუშის ხილვადობის შემოწმებით. როდესაც ხილვადობა მაღალი იყო, ფოტონი ძალიან ტალღის მსგავსი იყო. როდესაც ნიმუში ძლივს ჩანდა, მათ დაასკვნეს, რომ ფოტონი ძალიან ჰგავს ნაწილაკს.
და ეს ხილვადობა შემთხვევითი იყო. ეს იყო ყველაზე მაღალი, როდესაც ორივე კრისტალმა მიიღო ლაზერის სხივის იგივე ინტენსივობა. თუმცა, თუ ერთი ბროლის სხივი ბევრად უფრო ინტენსიური იყო, ვიდრე მეორე, ნიმუშის ხილვადობა ძალიან სუსტი გახდა და ფოტონები უფრო მეტად გამოიყურებოდა ნაწილაკებს.
ეს შედეგი გასაკვირია, რადგან ექსპერიმენტების უმეტესობაში სინათლე იზომება მხოლოდ ტალღების ან ნაწილაკების სახით. დღეს, რამდენიმე ექსპერიმენტში, ორივე პარამეტრი ერთდროულად გაზომეს. ეს ნიშნავს, რომ ადვილია იმის დადგენა, თუ რამდენი თვისება აქვს სინათლის წყაროს.
ასევე საინტერესოა: QuTech გამოუშვებს ბრაუზერს კვანტური ინტერნეტისთვის
თეორიული ფიზიკოსები აღფრთოვანებულები არიან
ეს შედეგი შეესაბამება თეორეტიკოსების მიერ ადრე გაკეთებულ პროგნოზს. მათი თეორიის მიხედვით, რამდენად ტალღოვანი და კორპუსკულურია კვანტური ობიექტი, დამოკიდებულია წყაროს სისუფთავეზე. სიწმინდე ამ კონტექსტში არის მხოლოდ ფანტასტიკური გზა გამოხატოს ალბათობა, რომ კონკრეტული კრისტალური წყარო იქნება ის, ვინც ასხივებს შუქს. ფორმულა შემდეგია: V2 + P2 = μ2, სადაც V არის მიმართულების ნიმუშის ხილვადობა, P არის ბილიკის ხილვადობა და μ არის წყაროს სისუფთავე.
ეს ნიშნავს, რომ კვანტური ობიექტი, როგორიცაა სინათლე, შეიძლება იყოს ტალღის მსგავსი და გარკვეულწილად ნაწილაკების მსგავსი, მაგრამ ეს შეზღუდულია წყაროს სიწმინდით. კვანტური ობიექტი ტალღის მსგავსია, თუ ჩარევის ნიმუში ჩანს ან თუ V-ის მნიშვნელობა არ არის ნულის ტოლი. ასევე, ის ნაწილაკების მსგავსია, თუ გზა დაკვირვებადია ან თუ P არის ნულოვანი.
ამ პროგნოზის კიდევ ერთი შედეგია ის, რომ სიწმინდე არის ის, რომ თუ კვანტური ბილიკის ჩახლართულობა მაღალია, სისუფთავე დაბალია და პირიქით. მეცნიერებმა, რომლებმაც ექსპერიმენტი ჩაატარეს, ეს მათემატიკურად აჩვენეს თავიანთ ნაშრომში. კრისტალების სისუფთავის დარეგულირებით და შედეგების გაზომვით, მათ შეძლეს ეჩვენებინათ, რომ ეს თეორიული პროგნოზები მართლაც სწორი იყო.
ასევე საინტერესოა: NASA გამოუშვებს კვანტურ კომპიუტერებს მონაცემთა „მთების“ დასამუშავებლად და შესანახად
უფრო სწრაფი კვანტური კომპიუტერები?
განსაკუთრებით საინტერესოა კავშირი კვანტური ობიექტის ჩახლართვასა და მის კორპუსკულარულობასა და ტალღოვანობას შორის. კვანტური მოწყობილობები, რომლებსაც შეუძლიათ კვანტური ინტერნეტის გაძლიერება, ეფუძნება ჩახლართვას. კვანტური ინტერნეტი არის კვანტური ანალოგია იმისა, თუ რას წარმოადგენს ინტერნეტი კლასიკური კომპიუტერებისთვის. მრავალი კვანტური კომპიუტერის ერთმანეთთან შეერთებით და მათ მონაცემების გაზიარების მიცემით, მეცნიერები იმედოვნებენ, რომ მიიღებენ უფრო მეტ ძალას, ვიდრე ერთი კვანტური კომპიუტერით მიიღწევა.
მაგრამ იმის ნაცვლად, რომ ოპტიკურ ბოჭკოზე ბიტები გავგზავნოთ, რასაც ვაკეთებთ კლასიკური ინტერნეტის გასაძლიერებლად, კვანტური ინტერნეტის შესაქმნელად გვჭირდება კუბიტების ჩაბმა. ნაწილაკების ჩახლართულობისა და ფოტონის ტალღის გაზომვის შესაძლებლობა ნიშნავს, რომ ჩვენ შეგვიძლია ვიპოვოთ უფრო მარტივი გზები კვანტური ინტერნეტის ხარისხის გასაკონტროლებლად.
გარდა ამისა, თავად კვანტური კომპიუტერები შეიძლება გახდნენ უკეთესი ნაწილაკების ტალღის დუალიზმის გამოყენებით. ჩინეთის ცინგხუას უნივერსიტეტის მკვლევართა წინადადების თანახმად, შესაძლებელია პატარა კვანტური კომპიუტერის გაშვება მრავალნაპრალიანი გისოსის მეშვეობით მისი სიმძლავრის გაზრდის მიზნით. პატარა კვანტური კომპიუტერი შედგებოდა რამდენიმე ატომისგან, რომლებიც თავად იყენებენ კუბიტებად და ასეთი მოწყობილობები უკვე არსებობს.
ამ ატომების გავლა მრავალნაპრალი გისოსში ძალიან ჰგავს სინათლის გავლას ორმაგი ჭრილში, თუმცა, რა თქმა უნდა, ცოტა უფრო რთული. ეს შექმნის უფრო შესაძლო კვანტურ მდგომარეობას, რაც, თავის მხრივ, გაზრდის "გაშეშებული" კომპიუტერის სიმძლავრეს. მათემატიკა ამის უკან ძალიან რთულია ამ ნაშრომში ასახსნელად, მაგრამ მნიშვნელოვანი შედეგი ის არის, რომ ასეთი ორკვანტური კომპიუტერი შეიძლება უკეთესი იყოს პარალელურად გამოთვლებში, ვიდრე ჩვეულებრივი კვანტური კომპიუტერები. პარალელური გამოთვლა ასევე გავრცელებულია კლასიკურ გამოთვლებში და ძირითადად ეხება კომპიუტერის უნარს შეასრულოს რამდენიმე გამოთვლა ერთდროულად, რაც მას მთლიანობაში უფრო აჩქარებს.
ასე რომ, მიუხედავად იმისა, რომ ეს არის ძალიან ძირითადი კვლევა, შესაძლო აპლიკაციები უკვე ჰორიზონტზეა. ამ დროისთვის ამის დამტკიცება შეუძლებელია, მაგრამ ამ აღმოჩენებმა შეიძლება დააჩქაროს კვანტური კომპიუტერები და ოდნავ დააჩქაროს კვანტური ინტერნეტის გაჩენა.
ასევე საინტერესოა: ჩინეთმა შექმნა კვანტური კომპიუტერი, რომელიც მილიონჯერ უფრო ძლიერია, ვიდრე Google-ის
ძალიან ფუნდამენტური, მაგრამ ძალიან საინტერესო
ეს ყველაფერი დიდი სკეპტიციზმით უნდა იქნას მიღებული. კვლევა მყარია, მაგრამ ის ასევე ძალიან საბაზისოა. როგორც ჩვეულებრივ ხდება მეცნიერებასა და ტექნოლოგიაში, საბაზისო კვლევებიდან რეალურ სამყაროში აპლიკაციებამდე დიდი გზაა.
მაგრამ კორეელმა მკვლევარებმა აღმოაჩინეს ერთი ძალიან საინტერესო რამ: ნაწილაკ-ტალღური დუალიზმის საიდუმლო მალე არ გაქრება. პირიქით, როგორც ჩანს, ის იმდენად ღრმად არის ფესვგადგმული ყველა კვანტურ ობიექტში, რომ ჯობია მისი გამოყენება. წყაროს სისუფთავესთან დაკავშირებული ახალი რაოდენობრივი საფუძვლით, ამის გაკეთება უფრო ადვილი იქნება.
გამოყენების ერთ-ერთი პირველი შემთხვევა შეიძლება მოხდეს კვანტურ გამოთვლებში. როგორც მეცნიერებმა აჩვენეს, კვანტური ჩახლართულობა და ნაწილაკ-ტალღური დუალიზმი დაკავშირებულია. ამრიგად, ჩახლართულობის ნაცვლად, შეიძლება გაზომილიყო ტალღოვანი და კორპუსკულარულობა. ეს შეიძლება დაეხმაროს მეცნიერებს, რომლებიც მუშაობენ კვანტური ინტერნეტის შექმნაზე. ან შეგიძლიათ გამოიყენოთ ორმაგობა კვანტური კომპიუტერების გასაუმჯობესებლად და მათი დაჩქარების მიზნით. ნებისმიერ შემთხვევაში, როგორც ჩანს, საინტერესო კვანტური დრო უკვე ახლოსაა.
ასევე წაიკითხეთ:
მადლობა სტატიისთვის! "შესაძლო პროგრამები უკვე ჰორიზონტზეა" - იქნებ თქვენ გულისხმობდით არა პროგრამებს, არამედ აპლიკაციებს?
მადლობა, ძალიან საინტერესოა. მეტი ასეთი სტატია.
Გმადლობთ! Ჩვენ ვეცდებით ;)