Квантовые загадки и будущее технологий: беседа с Кейтером Мёрчем 0:25
В свежем эпизоде канала Event Horizon ведущий Джон Майкл Годье обсуждает фундаментальные вопросы физики времени, квантовой запутанности и будущее квантовых вычислений с профессором Кейтером Мёрчем из Университета Вашингтона. Главная тема дискуссии — существуют ли в квантовом мире механизмы, позволяющие «обходить» привычную стрелу времени, и как попытки создать работающий квантовый компьютер могут привести к открытию новой физики.
⏳ Загадка стрелы времени и квантовая реальность 1:18
По мнению профессора Мёрча, хотя в макроскопическом мире мы чётко ощущаем «стрелу времени» благодаря энтропии, квантовая механика устроена иначе. Уравнение Шрёдингера, управляющее квантовыми системами, математически симметрично — оно одинаково хорошо работает как «вперед», так и «назад» во времени.
Тем не менее, при взаимодействии с квантовой системой — в процессе измерения — мы начинаем фиксировать направление времени. Исследования группы Мёрча подтверждают: измерение квантовых состояний вызывает увеличение энтропии, создавая естественную «стрелу времени», аналогичную той, что мы видим в классическом мире.
Несмотря на это, общая теория относительности допускает существование так называемых замкнутых времениподобных кривых — гипотетических траекторий частиц, нарушающих хронологический порядок. Однако, как отмечает Мёрч, Вселенная, по-видимому, накладывает строгий запрет на передачу значимой информации в прошлое. Квантовая запутанность демонстрирует мгновенные изменения состояния частиц на расстоянии, но этот эффект не позволяет передавать сигналы быстрее скорости света или отправлять сообщения в прошлое, так как результаты измерений носят случайный характер.
💻 Квантовые компьютеры как инструмент познания 13:07
Обсуждая статус квантовых вычислений, Кейтер Мёрч подчеркивает, что домашние квантовые компьютеры — это фантастика, не имеющая практического смысла для обывателя. Реальная мощь квантовых систем заключается в их невероятной сложности: описание состояния нескольких сотен квантовых частиц может потребовать больше параметров, чем число частиц в наблюдаемой Вселенной.
- Научные перспективы: Квантовые процессоры станут мощным инструментом для химии и материаловедения.
- Сложность задач: Они идеально подходят для моделирования химических реакций и сворачивания белков, что невозможно эффективно реализовать на обычных компьютерах.
- Фундаментальный барьер: Некоторые исследователи надеются, что, пытаясь построить масштабный квантовый компьютер, человечество упрется в неизвестные пока фундаментальные законы природы — подобно тому, как попытки создать вечный двигатель привели к открытию законов термодинамики.
По словам профессора, прогресс в области квантовых технологий за последние 20 лет впечатляет: то, что раньше было лишь «учебными вопросами» о квантовых измерениях, сегодня активно изучается в лабораториях.
🔬 Новые горизонты: сенсоры и экзотическая материя 24:13
Помимо вычислений, Мёрч выделяет направление квантового сенсоринга — использование квантовых свойств для сверхточных измерений. В сотрудничестве с медицинским факультетом Университета Вашингтона его лаборатория использует наноалмазные квантовые сенсоры внутри клеток для изучения температурного отклика на различные лекарственные препараты. Это открывает возможности для параллельного тестирования множества соединений, недоступного при текущих методах фармакологических исследований.
В завершение беседы Мёрч поделился планами своей лаборатории по созданию сенсора на основе позитрония — связанного состояния электрона и антиэлектрона. Этот проект направлен на имитацию квантовых измерений с использованием частиц, которые ведут себя так, будто движутся в разных направлениях времени. Годье и Мёрч также упомянули недавнее экспериментальное подтверждение существования кристалла Вигнера — «электронной материи», предсказанной физиком Юджином Вигнером еще 100 лет назад.
