Энергетика – Будущее возобновляемых источников энергии

Физика приближается к проверке одной из самых необычных гипотез современной науки: время может быть не непрерывной и однозначной величиной, а квантовым объектом, способным существовать в нескольких состояниях одновременно. Новое исследование, опубликованное в Physical Review Letters, предлагает эксперимент, который может впервые подтвердить это предположение с помощью сверхточных атомных часов.

Квантовые компьютеры недавно достигли важного рубежа, продемонстрировав безусловное экспоненциальное ускорение в задаче, которая ранее считалась сложной для классических вычислительных систем. Этот прорыв был осуществлен исследователями из Университета Южной Калифорнии и Университета Джонса Хопкинса с помощью двух квантовых процессоров IBM Eagle. Результаты их работы были опубликованы в журнале *Physical Review X* и стали важным шагом в развитии квантовых вычислений.

Ученые сделали значительный шаг вперед в области спинтроники, обнаружив новое квантовое явление, позволяющее точно управлять спином и намагниченностью электронов. Это открытие может привести к созданию более быстрых, энергоэффективных устройств, способных имитировать функции человеческого мозга. Спинтронные технологии, в отличие от традиционной электроники, используют не только заряд, но и спин электрона, что открывает новые горизонты для обработки и хранения информации.

Квантовая механика продолжает удивлять ученых своими парадоксами и неожиданными закономерностями. Новое исследование немецких физиков-теоретиков показало, что квантовые системы способны сохранять стабильность даже в условиях резких и практически мгновенных изменений. Этот результат может изменить представления о квантовой адиабатической теореме — одном из фундаментальных принципов современной физики, лежащем в основе квантовых вычислений, квантовой информации и теории сложных материалов.

Главная проблема квантовых компьютеров, которую физики пытаются решить уже более тридцати лет, называется декогеренцией. Квантовое состояние живёт крайне недолго: иногда микросекунды, иногда наносекунды. После этого случайный шум, тепловые колебания или электромагнитные поля разрушают суперпозицию и квантовую запутанность. Кубиты теряют информацию ещё до завершения вычислений. Современные системы вынуждены использовать сложные схемы охлаждения, вакуумные камеры и массивные механизмы коррекции ошибок. В 2026 году физики из Гарварда и MIT предложили совершенно иной подход. Вместо бесконечной борьбы с шумом они создали квантовые состояния, которым шум почти не страшен. Эти состояния получили неофициальное название квантового велосипеда.

Одна из главных загадок современной физики заключается в природе темной материи — невидимой формы вещества, которая не излучает и не поглощает свет, но оказывает решающее влияние на эволюцию галактик и структуру Вселенной. Среди множества гипотетических частиц, предложенных в качестве кандидатов на роль темной материи, особое место занимают аксионы — чрезвычайно легкие бозоны, которые одновременно могут объяснять отсутствие нарушения CP-симметрии в сильных ядерных взаимодействиях и составлять значительную долю космической скрытой массы.

Вопрос о том, являются ли квантовые объекты волнами или частицами, остаётся одной из центральных загадок квантовой механики на протяжении более века. Корпускулярно-волновой дуализм лежит в основе множества физических явлений, от интерференции до квантовой запутанности, и представляет собой фундаментальный парадокс: квантовый объект может проявлять как волновые свойства, так и свойства частицы, в зависимости от условий наблюдения. Однако до последнего времени не существовало полной количественной модели, описывающей это поведение с высокой точностью.

В последние годы квантовые технологии продвинулись далеко за пределы теоретических моделей, открывая возможности для построения безопасного квантового интернета, объединения квантовых компьютеров и передачи информации с использованием принципов запутанности. Однако новое исследование, проведённое группой учёных из США и Европы, показывает, что эти сети могут сыграть ещё более важную роль — стать экспериментальной платформой для проверки взаимодействия квантовой механики и общей теории относительности.

Впервые в истории науки учёным удалось воспроизвести на квантовом компьютере фундаментальное явление — спонтанное нарушение симметрии (SSB) при нулевой температуре. Этот результат стал важной вехой как для квантовой теории, так и для физики конденсированного состояния. Эксперимент провели исследователи из Китая, Дании, Испании и Бразилии. Работа была опубликована в престижном журнале Nature Communications.

Квантовая физика продолжает делать огромные шаги в развитии технологий, и новое исследование, проведённое учёными Кембриджского университета, стало важным прорывом на пути к созданию масштабируемых квантовых сетей. Физики сумели запутать 13 000 ядерных спинов в «тёмное состояние», создав стабильный и точный квантовый регистр. Эта технология может радикально изменить сферу квантовой связи, хранилищ данных и распределённых вычислений.

Инженеры из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее совершили важный шаг в развитии квантовых технологий. Они смогли создать состояние квантовой запутанности между двумя атомными ядрами, разделёнными значительным расстоянием, используя электроны в качестве посредников. Запутанные состояния считаются ключевым ресурсом для квантовых вычислений, ведь именно они обеспечивают вычислительное преимущество над традиционными компьютерами. Исследование опубликовано в журнале Science и уже называют одним из самых перспективных направлений в разработке масштабируемых квантовых процессоров.

Спустя два столетия после формулировки второго закона термодинамики Сади Карно, физики предложили его квантовый аналог — закон, описывающий возможность обратимой манипуляции квантовой запутанностью. Это открытие устраняет одно из фундаментальных ограничений в квантовой информатике, где до недавнего времени считалось, что запутанность, в отличие от тепла, не может быть преобразована без потерь между различными квантовыми состояниями.

Современная электроника всё больше стремится к автономности, снижению энергопотребления и отказу от традиционных источников питания. Одним из перспективных направлений в этом контексте становится использование квантовых эффектов, позволяющих напрямую извлекать энергию из окружающей среды. Новое исследование, проведённое при участии учёных из Квинслендский технологический университет и Наньянский технологический университет, демонстрирует, как необычные свойства квантовых материалов могут быть использованы для создания электроники без батарей.

Исследования на стыке квантовой и классической физики продолжают демонстрировать, что сложные квантовые явления можно изучать с помощью наглядных макроскопических систем. Недавняя работа ученых из Окинавский институт науки и технологий показала, что знаменитый эффект Ахаронова-Бома можно воспроизвести в простой жидкостной системе, используя резервуар с водой и управляемые волны.

Термоядерная энергетика на протяжении десятилетий оставалась одной из самых сложных и амбициозных целей современной физики, и новый результат, полученный в Китае, заметно приблизил её к практической реализации. Ученые, работающие с экспериментальным сверхпроводящим токамаком EAST, смогли достичь режима, который долгое время существовал лишь в теоретических моделях. Речь идет о так называемом режиме без плотностного предела, при котором плазма сохраняет устойчивость даже при значениях плотности, значительно превышающих классические ограничения, принятые в физике токамаков.

Термоядерная энергетика уже много десятилетий считается одной из самых перспективных технологий будущего. Управляемый термоядерный синтез способен обеспечить человечество практически неисчерпаемым источником энергии без выбросов углекислого газа и с минимальным количеством долгоживущих радиоактивных отходов. Однако создание стабильного термоядерного реактора остается одной из самых сложных научно-инженерных задач современности. Новое исследование китайских ученых может приблизить решение сразу двух ключевых проблем, которые долгое время препятствовали развитию этой технологии.

Китайский экспериментальный усовершенствованный сверхпроводящий токамак (EAST), широко известный как «искусственное солнце», достиг нового мирового рекорда, удерживая плазму с высокой степенью стабильности в течение 1066 секунд. Этот прорыв в области термоядерной энергетики знаменует собой важный шаг на пути к созданию безопасного и неисчерпаемого источника чистой энергии, имитирующего процессы, происходящие в недрах настоящего Солнца.

Будущее Вселенной, её возможный конец и окончательная судьба — вопросы, которые волнуют человечество на протяжении веков. Новое исследование, проведенное международной группой физиков из Корнелльского университета и Шанхайского университета Цзяо Тун, представляет одну из самых амбициозных и конкретных моделей космологической эволюции. Согласно их расчётам, наша Вселенная достигнет максимального размера примерно через 7 миллиардов лет, после чего начнёт сжиматься, завершив своё существование в Большом сжатии спустя около 33,3 миллиарда лет с момента своего рождения.

Теплоснабжение существующих многоквартирных домов. Внедрение тепловых насосов важно для перехода на возобновляемые источники тепла, однако внедрение технологии в существующих многоквартирных домах затруднено из-за специфических требований к системам отопления помещений и передачи горячей воды для бытовых нужд, а также утилизации тепла окружающей среды.

Учёные сделали важный шаг в понимании того, как формировались и эволюционировали галактики, подобные нашему Млечному Пути. В центре внимания оказалась тёмная материя — загадочная субстанция, невидимая для телескопов, но составляющая основную часть вещества во Вселенной. Исследователи Ратгерского университета смогли построить своеобразные «отпечатки» этого невидимого компонента, выявив его влияние на формирование звёздных систем.