Квантовые технологии – Революция в науке и ИТ

Будущее квантовых вычислений напрямую связано с тем, насколько эффективно учёные смогут справиться с главной проблемой — ошибками кубитов. Квантовые биты крайне чувствительны к шуму и внешним воздействиям, поэтому для надёжной работы требуется кодирование и коррекция ошибок. На практике это приводит к тому, что для одного логического кубита приходится использовать десятки и даже сотни физических кубитов, что делает построение масштабного квантового компьютера инженерным вызовом огромных масштабов.

На конференции Европейского физического общества по физике высоких энергий (EPS-HEP 2025) в Марселе коллаборация ATLAS представила результаты, которые могут приблизить физиков к ответам на вопросы, выходящие за рамки Стандартной модели. В центре внимания оказались два редких канала распада бозона Хиггса — на пару мюонов (H→μμ) и на Z-бозон с фотоном (H→Zγ), каждый из которых несёт особую научную ценность.

Новые данные, полученные с помощью космического телескопа имени Джеймса Уэбба (JWST), открывают возможность существования совершенно нового класса небесных тел — так называемых «тёмных звёзд». Эти гипотетические объекты, о которых ранее говорили лишь в теоретических моделях, могли появиться в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва и представляют собой гигантские облака водорода и гелия, источником энергии для которых служила аннигиляция частиц тёмной материи.

Ускоренное расширение Вселенной остаётся одной из самых глубоких загадок современной физики. С конца XX века наблюдения далёких сверхновых и крупномасштабной структуры космоса показывают, что Вселенная не просто расширяется, а делает это всё быстрее. В рамках стандартной космологической модели это явление объясняется введением гипотетической сущности — тёмной энергии, на долю которой, по оценкам, приходится около 70 процентов всей энергии Вселенной. Однако её физическая природа до сих пор неизвестна, что заставляет всё больше учёных искать альтернативные объяснения.

Одна из главных загадок современной физики связана с природой темной материи — невидимого компонента Вселенной, который не излучает свет, но определяет динамику галактик и крупномасштабную структуру космоса. На протяжении десятилетий ученые пытались понять, из каких частиц она может состоять и как их можно обнаружить экспериментально. Новое теоретическое исследование, выполненное физиками из University of Cincinnati совместно с коллегами из ведущих научных центров, предлагает неожиданный и концептуально важный подход: использование термоядерных реакторов как потенциальных источников частиц темного сектора.

Алексей Алексеевич Старобинский — один из наиболее влиятельных российских теоретиков в области космологии, признанный во всем мире как пионер инфляционной модели Вселенной. Его работы оказали фундаментальное воздействие на современное понимание ранних космологических процессов, гравитации и квантовых эффектов в искривлённом пространстве-времени. Знание его научной биографии позволяет проследить эволюцию ключевых идей физики XX–XXI века и понять, как формировалась современная картина происхождения космоса.

Физика магнетизма претерпела революционные изменения в 2024 году благодаря экспериментальному подтверждению существования нового типа магнитного состояния – альтермагнетизма. Это открытие было сделано исследователями Университета имени Иоганна Гутенберга в Майнце и признано одним из самых значимых научных достижений года. Оно дополнило традиционные концепции ферромагнетизма и антиферромагнетизма, добавив в научный арсенал новый класс материалов с уникальными свойствами.

Андрей Сахаров занимает особое место в истории науки XX века, поскольку его вклад выходит далеко за рамки отдельных открытий. Он был одновременно выдающимся теоретическим физиком, участником крупнейших научно-технических проектов своего времени и мыслителем, который одним из первых публично заговорил о нравственной ответственности учёного перед человечеством. Его научные идеи до сих пор активно обсуждаются и используются, а биография стала примером сложного взаимодействия науки, государства и личности.

В квантовой физике долгое время существовало почти аксиоматическое правило: магнетизм и сверхпроводимость несовместимы. Магнитные поля нарушают хрупкие квантовые связи между электронами, образующими куперовские пары, а значит должны разрушать сверхпроводящее состояние. Однако недавние эксперименты с разными материалами показали, что реальность сложнее. В некоторых двумерных системах эти два квантовых состояния не только сосуществуют, но и, по-видимому, усиливают друг друга, заставляя физиков пересматривать устоявшиеся представления.

Когда мы говорим о Вселенной, чаще всего подразумеваем, что в самых больших масштабах она устроена одинаково во всех направлениях. Это допущение лежит в основе стандартной космологической модели, которая успешно описывает расширение космоса, формирование галактик и эволюцию структуры материи. Однако всё больше наблюдательных данных намекают, что эта картина может быть упрощённой. Новое комплексное исследование показывает, что Вселенная потенциально обладает глобальной асимметрией, а это означает, что её свойства могут отличаться в разных направлениях пространства.

На протяжении большей части своей истории астрономия опиралась почти исключительно на свет. Видимый спектр, затем радиоволны, инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение стали окнами, через которые человечество наблюдало космос. Однако свет несёт информацию лишь о тех процессах, где есть электромагнитное излучение, и он подвержен искажениям, поглощению и рассеянию. В последние десятилетия возникло новое направление, условно называемое астроархеологией, которое использует принципиально иные «следы прошлого» — гравитационные волны и материальные отпечатки космических катастроф, сохранившиеся даже на Земле.

Учёные из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) совершили значительный прорыв в области гетерогенного катализа, впервые получив подробное представление об окружении отдельных атомов платины в одноатомных катализаторах. С помощью усовершенствованного метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР), аналогичного применяемому в МРТ, они смогли визуализировать атомную «карту» и взаимодействия, которые ранее были недоступны ни одному аналитическому инструменту.

Квантовая механика продолжает удивлять учёных своими противоречивыми и неожиданными аспектами. Один из таких феноменов — так называемое «квантовое хищение», которое было описано как способ использования частиц для создания бесконечных уровней запутанности, не нарушая их изначальных состояний. Это явление способно изменить подход к квантовым вычислениям, открыть новые грани теоретической физики и поднять вопросы о фундаментальных законах нашего мира.

Команда из Лос-Аламосской национальной лаборатории представила наиболее полный на сегодня анализ главной проблемы квантовых вычислений — феномена "бесплодного плато". Это явление, когда квантовые алгоритмы неожиданно застревают в математическом тупике, не находя оптимальных решений, напоминает попытку подняться в гору по абсолютно плоской поверхности — куда ни иди, прогресс отсутствует.

Прошло более десяти лет с того момента, как 4 июля 2012 года учёные объявили об открытии бозона Хиггса — последнего недостающего элемента Стандартной модели физики элементарных частиц. Это событие стало поворотной точкой в истории науки: человечество наконец подтвердило существование частицы, придающей массу материи, и тем самым доказало правильность теоретических построений, разработанных ещё в 1960-х годах. Но, как отмечают физики, открытие бозона Хиггса стало не концом, а началом нового этапа в исследовании устройства Вселенной.

Современная физика утверждает, что фундаментальные процессы во Вселенной невозможно объяснить без участия так называемых виртуальных частиц. Эти крошечные, недостижимые образования, по сути, не существуют в привычном смысле, но без них невозможно описать поведение элементарных частиц и взаимодействие между ними. Виртуальные частицы — это не объекты, а математические инструменты, созданные для того, чтобы природа стала хотя бы частично понятной.

Понятие времени кажется настолько привычным, что долгое время оно воспринималось как нечто само собой разумеющееся. Мы измеряем его часами, планируем будущее, вспоминаем прошлое и почти интуитивно считаем, что время течет одинаково для всех. Однако в фундаментальной физике время оказывается одной из самых проблемных и загадочных категорий. Современная наука столкнулась с парадоксом: две самые успешные теории — квантовая механика и общая теория относительности — используют радикально разные представления о времени, и до сих пор не существует общепринятого способа совместить их.

Мы привыкли думать о мире как о чём-то твердом и материальном. Камень – это камень, пространство – это пустота, а гравитация – невидимая сила, которую открыл Ньютон. Но что, если всё это – лишь иллюзия, верхушка невероятно сложного айсберга, чья истинная природа больше похожа на… информацию или код? Современная физика все чаще намекает, что сама ткань реальности может быть своего рода проекцией, а фундаментальные законы – проявлениями вычислительных процессов. Это не сюжет фантастического фильма, а одно из самых захватывающих направлений в теоретической физике.

Может ли Вселенная обладать памятью? Согласно новой смелой гипотезе физиков, именно так всё и устроено. Учёные из Лейденского университета предложили концепцию, которая может радикально изменить наше представление о природе реальности. Они утверждают, что пространство и время не являются непрерывной тканью, как предполагал Эйнштейн, а состоят из мельчайших квантовых «ячеек», способных запоминать каждое физическое взаимодействие. Эта модель получила название квантовая матрица памяти (КММ).

На протяжении почти тридцати лет считалось незыблемым, что Вселенная расширяется с постоянно возрастающей скоростью. Согласно общепринятой космологической модели ΛCDM, в этом процессе доминирует загадочная субстанция — тёмная энергия, действующая как антигравитация и составляющая около 70% всей массы-энергии космоса. Однако новое исследование, опубликованное в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, радикально меняет эту картину. Учёные из Университета Ёнсе (Южная Корея) утверждают, что расширение Вселенной уже начало замедляться, а тёмная энергия постепенно ослабевает.