Його величність квант — як фізика надмалих часток прийде у наше життя

Купальна шапочка, яка може стежити за окремими нейронами, дозволяючи іншим контролювати стан свідомості того, на кого цю шапочку надягнуто. Датчик, який може виявити приховані атомні підводні човни. Комп’ютер, який може відкрити нові ліки, революціонізувати торгівлю цінними паперами і розробляти нові матеріали. Глобальна мережа каналів зв’язку, чия безпека гарантована незаперечними законами фізики. Це і багато іншого обіцяє нам впровадження квантової технології.Весь цей потенціал виник через поліпшення здатності учених ловити, намацувати і використовувати окремі атоми і частинки світла, які називають фотонами. Сьогоднішні комп’ютерні чіпи стають дешевшими все швидше, а квантова механіка твердить, що при досить малих масштабах частки здатні проникати у тверде тіло і спричиняти коротке замикання всередині чипів, які лежать в основі процесорів. Квантові технології підходять до цієї проблеми з іншого боку. Замість скорочення масштабів розвитку для пристроїв квантові технології використовують незвичайну поведінку окремих атомів та частинок — і масштабують такі розробки. Як і комп’ютеризація перед тим, це відкриває цілий світ можливостей майже у кожній існуючій галузі — та потенціал, щоби «запалити» вогонь відкриттів у абсолютно нових сферах.

Його величність квант — як фізика надмалих часток прийде у наше життя

Квантова механіка — теорія поведінки на атомному рівні, укладена на початку ХХ століття, — має заслужену репутацію чогось незрозумілого. Так сталося, бо світ, як його бачить людство — насправді не такий, як ми його звикли сприймати. Квантова механіка замінила багатовікове поняття годинникового механізму, детермінованого Всесвіту з реальністю, яка має справу із можливостями, а не беззаперечностями — на ту, де сам акт вимірювання впливає на те, що вимірюється. Поряд з цим переворотом прийшли кілька дійсно карколомних тез, які важко сприйняти розумом традиційної людини: такі, як той факт, що частинки є фундаментально ні тут, ні там, вони знаходяться в «суперпозиції». Теорія також припустила, що частинки можуть бути пов’язані між собою: зробите щось одне, — і зміна відчувається миттєво іншим, навіть через великі відстані у космосі. Це заплутує навіть тих, хто розробив саму теорію квантової фізики.

Саме ці складові теорії обіцяють велике майбутнє квантовим технологіям. Винаходи, котрі експлуатують суперпозицію і взаємну «переплутаність» зв’язків у світі, можуть значно перевершити вже існуючі технології, досягти того, що колись вважалося неможливим.

Поліпшення атомного годинника шляхом включення постулатів квантової фізики, наприклад, робить їх точнішими, ніж ті, які використовуються сьогодні для супутникового позиціонування. Це може поліпшити навігаційну точність на кілька порядків, що зробить автономні автомобілі безпечнішими та надійнішими. Оскільки сила локального гравітаційного поля впливає на потік часу (відповідно до загальної теорії відносності), такий годинник також зможе виміряти крихітні зміни в гравітації. Це може бути використане, щоби визначити розташування підземних комунікацій без необхідності розкопувати дорогу, — або відслідковувати підводні човни супротивника на значній глибині.

Інші аспекти квантової теорії дозволяють передачу повідомлень без побоювань з приводу прослуховування. Сигнали, закодовані з використанням накладених одна на одну або заплутаних часток, не можуть бути перехоплені, дубльовані чи передані на інший «піратський» передавач. Така технологія має очевидний запит з боку компаній та урядів у всьому світі. Китай вже запустив супутник, який може приймати і перенаправляти такі сигнали; наступним кроком може стати глобальна мережа, доступ до якої не можна зламати.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ:

Вигода від використання непарних квантових ефектів сягає свого максимуму в квантових комп’ютерах. Замість бінарності стандартних обчислень, біти квантового комп’ютера знаходяться в суперпозиції і взаємодіють одночасно і «переплутано». Використовуючи алгоритми, такі комп’ютери обробляютимуть задачі з такою швидкістю та в таких обсягах, на які у сучасних суперкомп’ютерів підуть тисячоліття. Зараз розробляються навіть квантові мережі підвищеної безпеки — бо занепокоєння викликає те, що квантові комп’ютери будуть в кінцевому рахунку «крутіші» за існуючі «застарілі» криптографічні методи, які засновані на жорстких математичних задачах та зв’язках.

Ще чимало часу мине, поки все це станеться; тим не менш, невеликі квантові комп’ютери будуть робити дедалі більший внесок у різні галузі — від енергетики і логістики до розробки лікарських препаратів та сфери фінансів. Навіть прості квантові комп’ютери повинні бути в змозі вирішувати класи завдань, які ставлять у глухий кут звичайні сучасні комп’ютери — до них належать оптимізація торговельних стратегій або вибір перспективних медичних препаратів із наукової літератури. Google заявила нещодавно, що такі новітні комп’ютери з’являться у комерційній експлуатації вже за 5 років. На початку березня 2017 року IBM, яка вже працює над загальнодоступним базовим квантовим комп’ютером, оголосила про плани розширення проекту. З’явиться попит на програмне забезпечення, на нові стартапи і навіть на посередників для випуску комплектуючих під квантові системи — а там підтягнуться і галузі, де такі новітні комп’ютери будуть корисними.

Ця ситуація має багато спільного зі станом інтернету на початку 1990-х років: тоді все робилося в основному в лабораторних умовах на основі експериментів, які займали вчених протягом багатьох десятиліть, але в яких промисловість та держава почали бачити ширший потенціал. Компанії з ринку «блакитних фішок» захопилися цією технологією, розвивали її своїми дослідницькими зусиллями. Стартапи множаться. Уряди вкладають кошти в такі технології зі стратегічною метою, заплативши за дослідження ринку протягом багатьох років — і це нагадування, що є деякі товари та послуги не можна замовляти виключно на основі ринкового попиту.

На щастя для квантових технологів, проблеми їхньою сфери, що залишаються — в основному інженерні, а не наукові. І сьогоднішні квантові розробки — це тільки початок. Що найбільш захоплююче у квантовій технології — то це її ще нереалізований потенціал. Експерти будь-трансформаційної технології мають нечітке бачення того, як багато застосувань знайде нова розробка; Томас Едісон думав, що сила його фонографа — у використанні під час уроків красномовства. Протягом більшої частини ХХ століття квантові технології в суспільній свідомості просто означали «щось дивне». У ХХІ столітті квантові технології означатимуть «щось краще за існуюче».

Джерело: The Economist 

Читайте также:

Як відчувати себе на 11 років молодшими? Результати дослідження Lenovo

Розвиток і зростання Pet Tech

В UNIT.City змінили топ-менеджмент та оголосили про нову стратегію розвитку

Робот для лікування інсульту. Відео