14 апреля 2025 года мир отмечает День квантовой науки (World Quantum Day) — дату, выбранную не случайно. Число 4.14 отсылает к первым цифрам постоянной Планка (4.135667696×10−15 эВ·с), фундаментальной константы квантовой физики. Этот день призван напомнить, как странные законы микромира меняют нашу реальность.
Квантовая физика против классики: где граница?
В макромире объекты подчиняются законам Ньютона: мяч летит по предсказуемой траектории, лампочка горит или нет. Но на уровне атомов и электронов правила иные. Частицы ведут себя как волны (корпускулярно-волновой дуализм), могут мгновенно влиять друг на друга на расстоянии (квантовая запутанность) и существовать в нескольких состояниях одновременно — это и есть квантовая суперпозиция.
«Суперпозиция — не компромисс между состояниями, а принципиально иная форма существования материи», — поясняет доктор физико-математических наук Алексей Рубцов из РКЦ.
Кот Шрёдингера: парадокс, который стал реальностью
Мысленный эксперимент Эрвина Шрёдингера (1935 год) описывает кота, который в закрытой коробке одновременно жив и мёртв из-за случайного квантового события — распада радиоактивного атома. Сегодня этот парадокс воспроизведён в лабораториях:
- 2024 год: Учёные из ЦЕРНа создали «кота» из 1000 атомов, видимого невооружённым глазом.
- 2025 год: Рекорд — суперпозиция молекулы из 2000 атомов при температуре -273°C.
Эксперимент с двумя щелями (1961 год) подтвердил: частицы проходят через обе щели одновременно, создавая интерференционную картину. Но стоит измерить траекторию — суперпозиция разрушается.
Как растения используют квантовую магию
Исследования 2020-х годов показали: хлорофилл в листьях применяет суперпозицию для 95%-ной эффективности фотосинтеза — против 35% у лучших солнечных батарей. Это объясняет, почему растения поглощают свет почти без потерь.
Квантовые компьютеры: революция уже здесь
Обычные биты (0 или 1) работают как выключатели. Кубиты (квантовые биты) благодаря суперпозиции — как диммеры: они могут быть 0, 1 или обоими состояниями сразу. Разница в мощности:
- 50 кубитов = 250 (1,125 квадриллиона) состояний одновременно.
- 300 кубитов > числа атомов в наблюдаемой Вселенной.
В 2025 году квантовый процессор IBM Condor достиг 1121 кубита, а российский РКЦ анонсировал 64-кубитную систему на ионах. Практические применения:
- Фармацевтика: Моделирование молекул для лекарств от рака (проект Google Quantum AI ускорил расчёты в 1 млрд раз).
- Криптография: Взлом RSA-шифрования за минуты вместо тысячелетий.
- Логистика Оптимизация маршрутов для «Яндекса» с экономией до 20% топлива.
«К 2030 году квантовые алгоритмы сократят время расчёта климатических моделей с месяцев до часов», — прогнозирует профессор МФТИ Михаил Лукин.
Проблемы на пути
Главный враг суперпозиции — декогеренция. Даже вибрация от шагов разрушает хрупкие квантовые состояния. Современные решения:
- Сверхпроводящие кубиты при -273°C (проект Росатома).
- «Коты Шрёдингера» на фотонах (чипы Xanadu работают при комнатной температуре).
Бюджеты квантовых исследований в 2025 году: США — ₽220 млрд, Китай — ₽180 млрд, Россия — ₽45 млрд (данные РВК).