1920-иод оны үед атомын үйл ажиллагаанаас эхлээд квант компьютерын ажиллагаа хүртэлх бүх зүйлийн үндэс суурь болдог квант механик онол өргөн тархсанаар хүлээн зөвшөөрөгдөх замдаа орж байв. Гэхдээ нэг нууц хэвээр үлдсэн: заримдаа электрон, атом, молекул зэрэг квант объектууд бөөмс шиг, бусад нь долгион шиг ажилладаг. Заримдаа тэд нэгэн зэрэг бөөмс, долгион шиг аашилдаг. Тиймээс эдгээр квант объектуудыг судлахдаа эрдэмтэд тооцоололдоо ямар арга хэрэглэх ёстой нь хэзээ ч тодорхой байгаагүй.
Заримдаа эрдэмтэд зөв үр дүнд хүрэхийн тулд квант объектуудыг долгион гэж үзэх шаардлагатай болдог. Бусад тохиолдолд тэдгээр объектууд нь үнэндээ бөөмс байсан гэж үзэх ёстой байв. Заримдаа аль нэг арга нь үр дүнтэй байсан. Гэхдээ бусад тохиолдолд зөвхөн нэг арга нь зөв үр дүнд хүрсэн бол нөгөө нь хуурамч үр дүнг өгдөг. Энэ асуудлын түүх эрт дээр үеэс эхэлдэг боловч сүүлийн үеийн туршилтууд энэ хуучин асуултанд шинэ гэрэл тусгав.
Квантын түүх
Анх 1801 онд Томас Янгийн хийсэн ижил нэртэй давхар ангархай туршилтанд гэрэл долгион шиг ажилладаг байв. Энэ туршилтанд лазер туяаг давхар ангархай руу чиглүүлж, дараа нь үүссэн загварыг харна. Хэрэв гэрэл бөөмсөөс бүрддэг байсан бол хоёр ангархай хэлбэртэй гэрлийн блок үүсэхийг хүлээх болно. Үүний оронд үр дүн нь өвөрмөц хэв маягаар байрлуулсан олон жижиг гэрлийн блокууд юм. Усны урсгалд давхар ангархай байрлуулах нь яг доор нь ижил хэв маягийг бий болгоно. Тэгэхээр энэ туршилт нь гэрэл долгион гэсэн дүгнэлтэд хүргэсэн.
Дараа нь 1881 онд Генрих Герц нэгэн хөгжилтэй нээлт хийжээ. Тэр хоёр электрод аваад тэдгээрийн хооронд хангалттай өндөр хүчдэл тавихад оч гарч ирэв. Энэ бол хэвийн зүйл. Гэвч Герц эдгээр электродууд дээр гэрэл тусгахад очны хүчдэл өөрчлөгдсөн. Энэ нь гэрэл электродын материалаас электронуудыг цохисонтой холбон тайлбарлав. Гэвч хачирхалтай нь гэрлийн эрч хүч өөрчлөгдөхөд ялгарсан электронуудын хамгийн дээд хурд өөрчлөгддөггүй, харин гэрлийн давтамжтай хамт өөрчлөгддөг. Хэрэв долгионы онол үнэн байсан бол энэ үр дүн боломжгүй байх байсан. 1905 онд Альберт Эйнштейн нэгэн шийдэлтэй байсан: гэрэл нь үнэндээ бөөмс байсан. Энэ бүхэн хангалтгүй байсан. Эрдэмтэд заримдаа үнэн байдаг хоёр онолоос үргэлж үнэн байдаг нэг онолыг илүүд үздэг. Хэрэв онол заримдаа үнэн байдаг бол бид ядаж ямар нөхцөлд үнэн болохыг хэлэхийг хүсч байна.
Гэхдээ энэ нээлтийн асуудал яг ийм байсан. Физикчид гэрэл болон бусад объектыг хэзээ долгион, хэзээ бөөмс гэж үзэхээ мэдэхгүй байв. Тэд ангархайн ирмэг зэрэг зарим зүйл долгионтой төстэй зан үйлийг үүсгэдэг гэдгийг мэддэг байсан. Гэвч тэд яагаад ийм болсон, ямар нэгэн онолыг хэзээ ашиглах талаар тодорхой тайлбар хийгээгүй.
Энэ оньсого гэж нэрлэдэг корпускуляр долгионы дуализм, хадгалагдан үлдсэн. Гэхдээ шинэ судалгаа нь нөхцөл байдлыг тодорхой хэмжээгээр гэрэлтүүлж магадгүй юм. Солонгосын Суурь Шинжлэх Ухааны Хүрээлэнгийн эрдэмтэд гэрлийн эх үүсвэрийн шинж чанар нь хэр их бөөмс, хэр их долгион байх нь нөлөөлдөг болохыг тогтоожээ. Энэ асуудлыг судлах шинэ арга барилаар тэд квант тооцооллыг сайжруулахад ч хүргэж болзошгүй замыг зассан. Эсвэл ийм итгэл найдвар.
Мөн сонирхолтой: Google-ийн квант процессорууд онолоос илүү цаг хугацааны талстыг авдаг
Хэрхэн бөөмс, долгион үүсгэх вэ
Туршилтанд эрдэмтэд хагас цацруулагч толь ашиглан лазерын туяаг хоёр хэсэгт хуваасан байна. Эдгээр туяа тус бүр нь талстыг цохиж, улмаар хоёр фотон үүсгэдэг. Талст бүрээс хоёр фотон нийт дөрвөн фотон ялгардаг.
Эрдэмтэд талст бүрээс нэг фотоныг интерферометр рүү илгээв. Энэ төхөөрөмж нь хоёр гэрлийн эх үүсвэрийг нэгтгэж, интерференцийн загварыг бий болгодог. Энэ хэв маягийг анх Томас Янг дээр дурьдсан хоёр ангархай туршилтаараа олж илрүүлсэн. Цөөрөмд хоёр чулуу шидэх үед энэ нь бас харагддаг: усны долгион, зарим нь бие биенээ бэхжүүлж, зарим нь бие биенээ саармагжуулдаг. Өөрөөр хэлбэл, интерферометр нь гэрлийн долгионы шинж чанарыг илрүүлдэг.
Бусад хоёр фотоны замыг тэдгээрийн корпускуляр шинж чанарыг тодорхойлоход ашигласан. Хэдийгээр нийтлэлийн зохиогчид үүнийг хэрхэн хийснийг тодорхойлоогүй ч ихэвчлэн фотон хаашаа явсаныг харуулсан материалаар фотоныг дамжуулдаг. Жишээлбэл, та хийн дундуур фотоныг буудаж болох бөгөөд энэ нь фотон өнгөрсөн газарт гал авалцах болно. Эцсийн очих газар гэхээсээ илүү замнал дээр анхаарлаа төвлөрүүлснээр фотон долгион болж чадна. Учир нь хэрэв та цаг мөч бүрт фотоны яг байршлыг хэмжих юм бол энэ нь цэг шиг бөгөөд өөрөө цохих боломжгүй юм.
Энэ нь хэмжилт нь хэмжилтийн үр дүнд идэвхтэй нөлөөлдөг квант физикийн олон жишээнүүдийн нэг юм. Тиймээс туршилтын энэ хэсэгт фотоны траекторийн төгсгөлд интерференцийн загвар байхгүй байв. Ийнхүү судлаачид фотон хэрхэн бөөмс байж болохыг олж мэдсэн. Одоо тулгамдсан асуудал бол энэ нь хэр их бөөмс мөн хэдий нь долгионы шинж чанараас үлдсэн болохыг тооцоолох явдал байв.
Нэг болорын хоёр фотон хоёулаа хамтдаа үүсдэг тул тэд нэг квант төлөвийг бүрдүүлдэг. Энэ нь эдгээр хоёр фотоныг нэгэн зэрэг дүрсэлсэн математикийн томъёог олох боломжтой гэсэн үг юм. Үүний үр дүнд хэрэв судлаачид хоёр фотоны "хэсэгчилсэн байдал" ба "долгионы урт" хэр хүчтэй болохыг тооцоолж чадвал болорт хүрч буй бүх цацрагт энэ хэмжигдэхүүнийг хэрэглэж болно.
Үнэхээр судлаачид амжилтанд хүрсэн. Тэд интерференцийн хэв маягийн харагдах байдлыг шалгах замаар фотон хэр долгионтой болохыг хэмжсэн. Үзэгдэх орчин өндөр байх үед фотон нь маш долгионтой төстэй байв. Загвар бараг харагдахгүй байх үед тэд фотон нь бөөмстэй маш төстэй байх ёстой гэж дүгнэжээ.
Мөн энэ харагдах байдал нь санамсаргүй байсан. Энэ нь хоёр талст лазерын цацрагийн ижил эрчмийг хүлээн авах үед хамгийн өндөр байсан. Гэсэн хэдий ч, хэрэв нэг талстаас туяа нөгөө талстаас хамаагүй хүчтэй байсан бол хээний харагдах байдал маш сул болж, фотонууд бөөмс шиг харагдах магадлал өндөр байв.
Ихэнх туршилтуудад гэрлийг зөвхөн долгион эсвэл бөөмс хэлбэрээр хэмждэг тул энэ үр дүн нь гайхалтай юм. Өнөөдөр хэд хэдэн туршилтаар хоёр параметрийг нэгэн зэрэг хэмжсэн. Энэ нь гэрлийн эх үүсвэрийн өмч тус бүрийг тодорхойлоход хялбар гэсэн үг юм.
Мөн сонирхолтой: QuTech нь квант интернетэд зориулсан хөтөчийг эхлүүлсэн
Онолын физикчид баяртай байна
Энэ үр дүн нь онолчдын өмнө нь гаргасан таамаглалтай тохирч байна. Тэдний онолоор бол квант объект хэр долгион хэлбэртэй, корпускуляртай байх нь эх үүсвэрийн цэвэр байдлаас хамаардаг. Энэ нөхцөлд цэвэр байдал нь тодорхой талст эх үүсвэрээс гэрэл цацруулах магадлалыг илэрхийлэх зүгээр л нэг гоёмсог арга юм. Томъёо нь дараах байдалтай байна: V2 + P2 = µ2, V нь чиглэлийн хэв маягийн харагдах байдал, P нь замын харагдах байдал, μ нь эх үүсвэрийн цэвэр байдал юм.
Энэ нь гэрэл гэх мэт квант объект нь тодорхой хэмжээгээр долгион, тодорхой хэмжээгээр бөөмс хэлбэртэй байж болох ч эх үүсвэрийн цэвэршилтээр хязгаарлагддаг гэсэн үг юм. Хэрэв интерференцийн загвар харагдаж байвал эсвэл V-ийн утга тэгтэй тэнцүү биш бол квант объект долгионтой төстэй. Түүнчлэн хэрэв зам ажиглагдаж байвал эсвэл P тэгээс өөр байвал энэ нь бөөмстэй төстэй.
Энэхүү таамаглалын өөр нэг үр дагавар нь цэвэр байдал нь хэрэв квант замын орооцолдол их байвал цэвэршилт нь бага, эсрэгээрээ байдаг. Туршилт хийсэн эрдэмтэд үүнийг математикийн аргаар хийсэн ажилдаа харуулсан. Талстуудын цэвэр байдлыг тохируулж, үр дүнг хэмжсэнээр эдгээр онолын таамаг үнэхээр зөв болохыг харуулж чадсан юм.
Мөн сонирхолтой: НАСА "уулс" өгөгдлийг боловсруулж, хадгалах квант компьютеруудыг хөөргөх болно
Илүү хурдан квант компьютер үү?
Квантын объектын орооцолдол ба түүний биет байдал, долгионы хоорондох холбоо нь онцгой сонирхолтой юм. Квантын интернетийг тэжээж чадах квант төхөөрөмжүүд нь орооцолдолд суурилдаг. Квантын интернет нь сонгодог компьютерт интернет гэж юу болохын квант аналог юм. Эрдэмтэд олон квант компьютерийг хооронд нь холбож, мэдээлэл солилцох боломжийг олгосноор нэг квант компьютерээс илүү их хүчийг олж авна гэж найдаж байна.
Гэхдээ бид сонгодог интернетийг тэжээхийн тулд хийдэг оптик утас руу бит илгээхийн оронд квант интернетийг бий болгохын тулд кубитуудыг ороох хэрэгтэй. Бөөмийн орооцолдол ба фотоны долгионыг хэмжих чадвартай байна гэдэг нь бид квант интернетийн чанарыг хянах хялбар арга замыг олох боломжтой гэсэн үг юм.
Нэмж дурдахад, квант компьютерууд бөөмс долгионы хоёрдмол байдлыг ашиглан илүү сайн болж чадна. Хятадын Цинхуа их сургуулийн судлаачдын санал болгосноор жижиг квант компьютерийг олон ангархай тороор ажиллуулж хүчийг нь нэмэгдүүлэх боломжтой гэж үзжээ. Жижиг квант компьютер нь өөрөө кубит болгон ашигладаг хэд хэдэн атомаас бүрдэх бөгөөд ийм төхөөрөмжүүд аль хэдийн байдаг.
Эдгээр атомуудыг олон ангархай тороор дамжуулах нь гэрлийг давхар ангархайгаар дамжуулахтай тун төстэй боловч мэдээж бага зэрэг төвөгтэй. Энэ нь илүү боломжит квант төлөвүүдийг бий болгох бөгөөд энэ нь эргээд "галт" компьютерийн хүчийг нэмэгдүүлэх болно. Үүний цаад математик нь энэ нийтлэлд тайлбарлахад хэтэрхий төвөгтэй боловч чухал үр дүн нь ийм хоёр квант компьютер нь ердийн квант компьютерээс илүү зэрэгцээ тооцоолол хийх боломжтой юм. Зэрэгцээ тооцоолол нь сонгодог тооцоололд бас түгээмэл байдаг бөгөөд үндсэндээ компьютер олон тооны тооцооллыг нэгэн зэрэг гүйцэтгэх чадварыг илэрхийлдэг бөгөөд энэ нь ерөнхийдөө илүү хурдан болгодог.
Тиймээс, энэ нь маш суурь судалгаа боловч боломжит програмууд аль хэдийн тэнгэрийн хаяанд байна. Одоогийн байдлаар үүнийг батлах боломжгүй ч эдгээр нээлтүүд нь квант компьютерийг хурдасгаж, квант интернет үүсэхийг бага зэрэг хурдасгаж чадна.
Мөн сонирхолтой: Хятад улс Google-ээс сая дахин хүчирхэг квант компьютер бүтээжээ
Маш суурь, гэхдээ маш сонирхолтой
Энэ бүхнийг маш их эргэлзэж хүлээж авах хэрэгтэй. Судалгаа нь баттай, гэхдээ энэ нь бас маш суурь юм. Шинжлэх ухаан, технологид ихэвчлэн тохиолддог шиг суурь судалгаанаас бодит амьдрал дээр хэрэгжих хүртэл маш их зам бий.
Гэвч Солонгосын судлаачид нэг маш сонирхолтой зүйлийг олж илрүүлсэн нь бөөмс-долгионы хоёрдмол байдлын нууц удахгүй арилахгүй. Эсрэгээрээ бүх квант объектуудад маш гүн гүнзгий суурьтай байдаг тул үүнийг ашиглах нь илүү дээр юм шиг санагддаг. Эх сурвалжийн цэвэр байдалтай холбоотой шинэ тоон үндэслэлээр үүнийг хийхэд хялбар байх болно.
Эхний хэрэглээний тохиолдлуудын нэг нь квант тооцоололд тохиолдож болно. Эрдэмтдийн үзэж байгаагаар квантын орооцолдол ба бөөмс-долгионы дуализм нь хоорондоо холбоотой. Тиймээс орооцолдохын оронд долгионы хэмжээ, биет байдлын хэмжээг хэмжиж болно. Энэ нь квант интернет бүтээхээр ажиллаж буй эрдэмтдэд туслах болно. Эсвэл та ашиглаж болно хоёрдмол байдал квант компьютерийг сайжруулж, илүү хурдан болгох. Аль ч тохиолдолд, сэтгэл хөдөлгөм квант цаг ойрхон байгаа бололтой.
Мөн уншина уу:
Нийтлэлд баярлалаа! "Боломжтой хөтөлбөрүүд аль хэдийн гарч ирчихсэн байна" - магадгүй та програм биш, харин программ гэсэн үг үү?
Баярлалаа, маш сонирхолтой. Илүү олон ийм нийтлэл.
Баярлалаа! Бид хичээх болно ;)