Автоматизация – Эффективность и технологии будущего

Квантовая физика снова показала, насколько необычно может вести себя материя, если отдельные частицы становятся полностью неразличимыми друг для друга. Физики впервые продемонстрировали интерференцию Хонга–Оу–Манделя с участием более чем десяти нейтральных атомов. В эксперименте участвовали до 12 атомов рубидия, охлажденных почти до абсолютного нуля и подготовленных в составе бозе-эйнштейновского конденсата.

Бозе-эйнштейновский конденсат считается одним из самых необычных состояний вещества, которое можно получить только при экстремально низких температурах. В этом состоянии отдельные частицы практически перестают вести себя как независимые объекты и начинают действовать словно единая квантовая система. Именно поэтому физики нередко называют такой конденсат «суперчастицей», хотя на самом деле он состоит из огромного числа атомов или молекул.

Физики продемонстрировали необычное коллективное поведение кристаллов времени: несколько пространственно разделенных областей внутри полупроводника способны синхронизировать свои колебания и работать с общей частотой. Связь сохранялась на расстоянии до 40 микрометров — более чем в тысячу раз больше характерного размера отдельного осциллятора. Эксперимент специалистов Технического университета Дортмунда показывает, что кристаллы времени могут существовать не только как отдельные необычные системы, но и образовывать связанные сети.

Международная группа исследователей совершила важный шаг в изучении квантовых материалов, впервые зафиксировав в полупроводниковом кристалле так называемую моду Хиггса — редкий коллективный режим колебаний, который способен временно изменять симметрию кристаллической структуры вещества. Открытие не только подтверждает фундаментальные представления современной физики конденсированного состояния, но и может открыть новые возможности для создания сверхбыстрой электроники, квантовых устройств и высокоэффективных солнечных элементов.

Исследователи из Японии и США совершили теоретический прорыв, показав, что фундаментальный феномен квантовой запутанности подчиняется универсальным закономерностям независимо от размерности пространства-времени. Группа под руководством Юи Кусуки из Университета Кюсю, при участии профессора Хироси Оогури и исследователя Шридипа Пала из Калифорнийского технологического института, применила методы из физики элементарных частиц для анализа квантовой теории информации в многомерных системах. Это позволило выйти за пределы прежних ограничений, сосредоточенных в основном на (1+1) мерных теориях, и обобщить результаты на произвольное число измерений.

Одной из главных проблем современных квантовых компьютеров остается их высокая чувствительность к внешним воздействиям. Даже незначительные колебания температуры, электромагнитные помехи или дефекты материалов способны нарушить состояние кубитов и привести к вычислительным ошибкам. Именно поэтому ученые по всему миру ищут способы создания квантовых систем, которые смогут сохранять информацию даже в неблагоприятных условиях. Новое исследование международной группы физиков стало важным шагом в этом направлении.

Учёные из Университета Ювяскюля (Финляндия) сделали значимый шаг к решению одной из главных загадок современной физики — определению массы электронного антинейтрино. Эта неуловимая частица, производимая при ядерных реакциях, почти не взаимодействует с веществом, что делает её чрезвычайно трудной для изучения. Однако именно от понимания её свойств может зависеть объяснение фундаментальных аспектов структуры и эволюции Вселенной.

Почти полвека физики пытаются обнаружить одну из самых необычных частиц, предсказанных Стандартной моделью. Речь идет о глюболе — крайне нестабильном состоянии материи, которое должно состоять преимущественно из глюонов, переносчиков сильного взаимодействия. Теперь эксперименты на Пекинском электрон-позитронном коллайдере дали, возможно, самые убедительные свидетельства его существования.

Спустя 14 лет после открытия бозона Хиггса физики Большого адронного коллайдера приблизились к следующей важной цели — обнаружению рождения сразу двух таких частиц. Новые результаты экспериментов ATLAS и CMS показывают все больше событий, похожих на образование пар бозонов Хиггса. Статистической достоверности пока недостаточно, чтобы объявить об открытии, но исследователи значительно сузили диапазон возможных параметров этого чрезвычайно редкого процесса.

Квантовая механика утверждает, что любое тело, независимо от его размеров, способно проявлять как корпускулярные, так и волновые свойства. Эти свойства описываются волновой функцией — математическим инструментом, предсказывающим вероятность нахождения частицы в том или ином месте. Для атомов и молекул вычисление и наблюдение волновой функции стало рутинной задачей, однако для более крупных объектов этот процесс остаётся чрезвычайно сложным. Чем массивнее частица, тем быстрее её квантовое поведение разрушается под воздействием взаимодействий с окружающей средой, уступая место классической механике.

Физики приблизились к пониманию того, какой была материя в первые мгновения после Большого взрыва. В эксперименте ALICE на Большом адронном коллайдере ЦЕРНа исследователям удалось получить признаки кварк-глюонной плазмы при столкновениях сравнительно легких атомных ядер — кислорода-16 и неона-20. Ранее для подобных экспериментов преимущественно использовали гораздо более тяжелые ядра, например свинец.

Физика квантового мира всегда была синонимом предельной сложности. На уровне элементарных частиц всё подчиняется не интуитивным законам вероятности и суперпозиции, где каждая частица может существовать в триллионах состояний одновременно. Для моделирования подобных систем учёные традиционно используют суперкомпьютеры или мощные нейросетевые модели, способные обрабатывать колоссальные массивы данных. Однако новое исследование из Университета Буффало показывает, что скоро моделирование квантовых процессов станет возможным даже на обычных ноутбуках.

Современная физика элементарных частиц переживает эпоху беспрецедентной точности. Эксперименты на крупнейших ускорителях мира позволяют измерять свойства фундаментальных частиц с невероятной детализацией, однако получение теоретических предсказаний становится все более сложной задачей. Для описания взаимодействий между элементарными частицами ученым приходится выполнять огромное количество математических вычислений, многие из которых требуют колоссальных вычислительных ресурсов. Одной из самых трудоемких задач остаются расчеты интегралов Фейнмана — фундаментальных математических выражений, лежащих в основе квантовой теории поля.

Физики сделали важный шаг к созданию технологий будущего, способных передавать информацию не только с помощью света или электричества, но и при помощи управляемого квантового звука. Исследователи из Университета Макгилла и Национального исследовательского совета Канады разработали устройство, которое генерирует фононы — квазичастицы, связанные со звуковыми колебаниями вещества, — в условиях экстремально низких температур, близких к абсолютному нулю.

Несмотря на потрясающую точность Стандартной модели физики элементарных частиц, она не может объяснить фундаментальные явления Вселенной — от природы тёмной материи до преобладания материи над антиматерией. В поисках более широкой теории учёные всё чаще обращаются к экспериментам, выходящим за рамки привычного, и одним из таких методов стал анализ изотопного сдвига с помощью диаграммы Кинга. Этот подход может выявить следы гипотетической пятой силы — взаимодействия, не описываемого Стандартной моделью.

Турбулентность — одно из самых загадочных и сложных явлений физики. Она проявляется везде: в облаках, океанских волнах, промышленных реакторах и даже в пенящемся стакане газированного напитка. Но если турбулентные вихри воздуха и воды уже давно изучаются на основе фундаментальной теории Андрея Колмогорова, то оставался открытым вопрос: применима ли эта теория к турбулентности, вызванной пузырьками газа в жидкости?

Современная химия всё чаще демонстрирует, что границы, некогда считавшиеся непреложными, могут быть смещены. Одним из таких примеров стало новое достижение исследователей из Окинавского института науки и технологий, которые синтезировали стабильное 20-электронное производное ферроцена — соединения, построенного вокруг атома железа, «зажатого» между двумя органическими лигандами. Это открытие не только бросает вызов правилу 18 валентных электронов, считающемуся краеугольным камнем металлоорганической химии, но и открывает новые горизонты в области окислительно-восстановительных процессов, катализа и материаловедения.

Развитие искусственного интеллекта, облачных вычислений и глобальных цифровых сервисов заставляет крупнейшие технологические компании искать новые способы размещения вычислительных мощностей. Одной из самых необычных идей последних лет стало создание полноценных центров обработки данных на околоземной орбите. Подобные проекты уже рассматривают несколько частных космических компаний, включая SpaceX Илона Маска и Blue Origin Джеффа Безоса. Их сторонники считают, что перенос дата-центров в космос способен решить сразу несколько проблем современной цифровой инфраструктуры, однако экологи и специалисты по космической безопасности предупреждают: столь масштабная инициатива может привести к серьезным последствиям для всей планеты.

Представьте две микроскопические частицы, каждая из которых сама по себе совершенно не способна куда-либо плыть. Теперь соедините их — и пара неожиданно начинает двигаться. Добавьте тысячи таких частиц, и вместо неподвижного скопления возникает постоянно меняющаяся структура: одни группы собираются, другие распадаются, частицы перестраиваются и снова приходят в движение.

Развитие аккумуляторных технологий для электромобилей выходит на новый уровень, приближая процесс зарядки к привычной скорости заправки топливом. Китайская компания Contemporary Amperex Technology Co Ltd представила инновационную батарею нового поколения, способную заряжаться с 10 до 98 процентов всего за несколько минут, что может кардинально изменить восприятие электротранспорта.