1. Сверхтекучесть
Сверхтекучесть — это состояние вещества, существующие только у некоторых изотопов гелия, рубидия и лития, которых охладили практически до абсолютного нуля(-273 с).
Жидкий гелий знаменит своей сверхтекучестью. Когда его температура опускается до -270 с, вещество обретает частичную сверхтекучесть. При охлаждении более половины вещества до нужной температуры, притяжение между атомами превышает тепловые колебания в жидкости, вследствие чего образуется твердая структура. Но из-за своей особенности атомы гелия контактируют между собой настолько слабо, что остаются в жидком состоянии даже практически при абсолютном нуле.
Когда вещество становится сверхтекучем, оно теряет внутреннюю вязкость. Сверхтекучие жидкости, находящиеся в емкостях, ползут вверх по бокам, что должно нарушать законы физики. Гелий с легкостью вытекает, так как способен протиснутся даже через невероятно маленькие бреши. Также в данном состоянии жидкости имеют нулевую термодинамическую энтропию и неограниченной теплопроводностью. Это значит, что две сверхтекучих жидкости не способны иметь разные температуры. Тепло проходит по сверхтекучем веществам настолько быстро, что появляются тепловые волны, невозможные для типичных веществ.
2. Квантовая запутанность
Квантовая запутанность – это предположение выведенное из уравнений квантовой механики, из которых следует, что две частицы имеют шанс запутаться, при условии, что расположены они достаточно близко. Во время этого их свойства обретают связь и начинают зависеть друг от друга.
При этом если переместить частицы в разные части мира, то они все равно останутся запутанными и будут связанны. Эйнштейну назвал это поразительное явление – «сверхъестественная связь на расстоянии».
Чтобы стало по понятнее, рассмотрим пример:
Предположим, ученый взял два ботинка и положил каждый в отдельную коробку. После чего одну коробку доставили вам, а вторую в случайную точку на карте мира. Пока коробка закрыта, вы не можете узнать какой ботинок у вас. Но когда откроете коробку и найдете в ней левый ботинок, то вы точно узнаете, что в другой коробку находится правый ботинок, даже в том случае если никто не открывал другую коробку.
Выяснить, существует ли между запутанными частицами «сверхъестественная связь» или её нет и все свойства частиц определены заранее, получилось у физика Джона Белл. Используя сложные математические вычисления Белл доказал, что в случае если сверхъестественная связь не существует, то квантовая механика неверна. Однако он также выяснил, что этот вопрос возможно разрешить с помощью машины, которая сравнивала бы множество запутанных частиц.
Позже Джону Клаузеру удалось собрать машину, которая могла бы совершить эту работу. Этот аппарат мог измерять тысячи пар запутанных частиц и сопоставлять их по большому количеству параметров. Полученные результаты вызвали у ученого недоверие и он решил, что совершил ошибку.
Вскоре французский физик Ален Аспе опытным путём выяснил, что при измерении одной частицы влияло на другую только, если сигнал от первой частицы ко второй дошел бы со скоростью, превышающей скорость света. Что, как известно, невозможно. Следуя из этого оставалось всего одно объяснение – сверхъестественная связь. Также, проделанные опыты доказали, что математическая основа квантовой механики верна.
Из всего этого следует, что квантовые частицы могут быть связаны несмотря на расстояния, а измерение одной частицы возможно повлияет на другую.
3. Квантовая телепортация
Квантовая телепортация — это явление, при котором квантовая информация передается на расстояние от одного объекта другому — этот эффект уже наблюдался во время эксперимента с двумя фотонами. Несмотря на это не было открыто способа, подходящего для практического применения.
Самой рабочей и простой в реализации, пока что является схема, которую предложили специалисты из Университета Мэриленда в США в 2008 году. Под контролем Кристофера Монро ученые смогли переместить квантовую информацию между двумя заряженными частицами, находящимися на расстояние метра, при этом надежность переноса превысила 90%. Обе частицы поместили в вакуум и удерживали на месте. После используя сверхбыстрый лазерный импульс, побудили одновременно испустить фотоны, из-за контакта которых частицы стали запутанными.
«На основе нашей системы можно сконструировать крупномасштабный "квантовый повторитель", который будет использоваться для передачи информации на большие расстояния», — Кристофер Монро.
В 2012 году ученые-физики из Венского университета и Австрийской академии наук использовали квантовую телепортацию на 143 км, тем самым побив предыдущий рекорд в 97 км. Эксперты утверждают, что эти опыты помогут создать в сеть спутниковой квантовой связи.
В данном исследование перемещаются только квантовые состояния на дистанцию, которая может быть никак не ограничена. Это явление будет совершаться даже при том, что местонахождение получателя неизвестно. Квантовую телепортацию возможно использовать для отправки сообщений и выполнений вычислений квантовыми компьютерами.
Перспективы применения квантовой телепортации
Во множестве стран обсуждают способы изобретения квантовых оптических компьютеров с помощью квантовой телепортации, где хранилищами данных будут выступать фотоны. Скорость выполнения задач квантовых компьютеров и объемы информации будут во много раз превышать современные аналоги. Квантовые компьютеры смогут осуществлять операции, почти не тратя энергию. Это вполне возможно, потому что трение, бессмысленно расходующее энергию будет практически отсутствовать.
Спасибо за прочтение и за ваше время. Хорошего дня.
Отдельную благодарность хочу выразить: Любе Соковиковой, nowimir и Илье Хель
#интересные факты #факты #наука #научпоп #наука и образование #квантовая физика #удивительное #образование #познавательное #явления
