Pienimmän mittakaavan tapahtumilla on suuria seurauksia. Ja mikään tieteenala ei osoita sitä paremmin kuin kvanttifysiikka, joka tutkii - lähinnä - hyvin pienten asioiden outoja käyttäytymismalleja. Vuonna 2019 kvanttikokeet siirtyivät uusiin ja vieläkin muukalaisiin paikkoihin, ja käytännöllinen kvanttilaskenta oli entistä lähempänä todellisuutta, tietyistä kiistoista huolimatta. Nämä olivat vuoden 2019 tärkeimpiä ja yllättäviä kvantitapahtumia.
Google väittää "kvantti ylivalta"
Jos yksi vuoden 2019 kvanttiuutisaineisto tekee historiakirjoja, se on todennäköisesti iso ilmoitus Googlelta: Teknologiayritys ilmoitti saavuttaneensa "kvanttivallan". Se on hieno tapa sanoa, että Google oli rakentanut tietokoneen, joka pystyi suorittamaan tietyt tehtävät nopeammin kuin mikään klassinen tietokone pystyi. (Klassisten tietokoneiden luokkaan kuuluvat kaikki koneet, jotka tukeutuvat tavallisiin vanhoihin 1 ja 0, kuten laite, jota käytät tämän artikkelin lukemiseen.)
Googlen kvanttiylivaltaväite, jos se hyväksytään, merkitsisi käännekohtaa laskennan historiassa. Kvantitietokoneet luottavat laskelmiinsa outoihin pienimuotoisiin fyysisiin vaikutuksiin, kuten takertumiseen, samoin kuin tiettyihin nanouniversumin perusvarmuustekijöihin. Teoriassa tämä laatu antaa näille koneille tiettyjä etuja klassisiin tietokoneisiin nähden. He voivat helposti rikkoa klassisia salausohjelmia, lähettää täydellisesti salattuja viestejä, suorittaa joitain simulaatioita nopeammin kuin klassiset tietokoneet pystyvät ja yleensä ratkaisemaan kovat ongelmat helposti. Vaikeus on, että kukaan ei ole koskaan valmistanut kvantitietokonetta tarpeeksi nopeasti hyödyntääkseen näitä teoreettisia etuja - tai ainakaan kukaan ei ollut, vasta Googlen saavutuksiin tänä vuonna.
Kaikki eivät kuitenkaan osta teknologiayrityksen ylivaltaa. Subhash Kak, kvantiskeptikko ja Oklahoman osavaltion yliopiston tutkija, esitti useita artikkeleita Live Sciencen syistä.
Lue lisää Googlen saavutuksesta kvanttivaltaa.
Kilo menee kvantti
Toinen vuoden 2019 kvantti käännepiste tuli painojen ja mittojen maailmasta. Vakiokilo, fyysinen esine, joka määritteli massayksikön kaikille mittauksille, oli jo kauan ollut 130-vuotias, platina-iridium-sylinteri, joka painoi 2,2 naulaa. ja istuu huoneessa Ranskassa. Se muuttui tänä vuonna.
Vanha kilo oli aika hyvä, tuskin muuttunut massa vuosikymmenien aikana. Mutta uusi kilo on täydellinen: Perusteellisiin suhteisiin massan ja energian välillä sekä energian käyttäytymiseen liittyvällä kiusaamisella kvantiskaaleilla fyysikot pystyivät saamaan määritelmän kilogrammalle, joka ei muutu ollenkaan tänä vuonna ja maailmankaikkeuden loppu.
Lue lisää täydellisestä kilogrammasta.
Todellisuus rikkoi hiukan
Fyysikkojen ryhmä suunnitteli kvanttikokeilun, joka osoitti, että tosiasiat muuttuvat tosiasiassa tilanteen perusteella. Fyysikot suorittivat eräänlaisen "kolikonheiton" fotoneilla pienessä kvantitietokoneessa havaitsemalla, että tulokset olivat erilaisia eri ilmaisimissa, heidän perspektiivistään riippuen.
"Osoitamme, että atomien ja hiukkasten mikromaailmassa, jota kvanttimekaniikan omituiset säännöt hallitsevat, kahdella eri tarkkailijalla on oikeus omiin tosiasioihinsa", kokeilijat kirjoittivat artikkelin Live Science -elokuvalle. "Toisin sanoen, luonnon rakennuspalikoista parhaimman teoriamme mukaan tosiasiat voivat todella olla subjektiivisia."
Lue lisää objektiivisen todellisuuden puuttumisesta.
Entanglement sai glamour ampui
Fyysikot tekivät ensimmäistä kertaa valokuvan Albert Einsteinin ilmiöstä, jota kuvataan "kauhistuttavaksi toiminnaksi etäisyydeltä", jossa kaksi hiukkasta pysyy fyysisesti yhteydessä toisistaan huolimatta toisistaan. Tämä kvantimaailman ominaisuus oli jo pitkään kokeellisesti varmennettu, mutta tämä oli ensimmäinen kerta, kun joku näki sen.
Lue lisää unohtumattomasta takertumisen kuvasta.
Jotain suurta meni moniin suuntiin
Joillakin tavoin käsitteellinen vastakohta takertumisesta, kvantti superpositioitumisesta, antaa yhden esineen olla kahdessa (tai useammassa) paikassa kerralla, seurauksena aineesta, joka on olemassa sekä hiukkasina että aalloina. Tyypillisesti tämä saavutetaan pienillä hiukkasilla, kuten elektroneilla.
Mutta fyysikot onnistuivat vuonna 2019 suoritetussa kokeilussa poistamaan superpositiot kaikkien aikojen suurimmassa mittakaavassa: käyttämällä kovia, 2 000 atomin molekyylejä lääketieteen maailmasta, jotka tunnetaan nimellä "oligo-tetrafenyyliporfyriinit, jotka on rikastettu fluoroalkyylisulfanyyliketjuilla".
Lue superpositio makrotason mittakaavassa.
Lämpö läpäisi tyhjiön
Normaalitilanteessa lämpö voi ylittää tyhjiön vain yhdellä tavalla: säteilyn muodossa. (Se mitä tunnet, kun auringonsäteet läpäisevät avaruuden lyödä kasvojasi kesäpäivänä.) Muutoin normaaleissa fyysisissä malleissa lämpö liikkuu kahdella tavalla: Ensinnäkin virran saaneet hiukkaset voivat koputtaa muihin hiukkasiin ja siirtää energiaansa . (Kääri kädet lämpimän teekupin ympärille tunteaksesi tämän vaikutuksen.) Toiseksi lämmin neste voi syrjäyttää kylmempää nestettä. (Näin tapahtuu, kun käynnistät lämmittimen autossa, tulvii sisätilat lämpimällä ilmalla.) Joten ilman säteilyä lämpö ei voi ylittää tyhjiötä.
Mutta kvanttifysiikka, kuten yleensä, rikkoo sääntöjä. Vuoden 2019 kokeessa fyysikot käyttivät hyväkseen sitä tosiasiaa, että kvanttiasteikolla tyhjiöt eivät ole todella tyhjiä. Sen sijaan ne ovat täynnä pieniä, satunnaisia vaihteluita, jotka ilmaantuvat olemassaoloon ja poistuvat olemassaolosta. Tutkijat löysivät riittävän pienessä mittakaavassa, että lämpö voi ylittää tyhjiön hyppäämällä heilahteluista toiseen ilmeisen tyhjän tilan poikki.
Lue lisää lämmön hyppystä avaruuden kvantti tyhjiössä.
Syy ja seuraukset ovat saattaneet mennä taaksepäin
Tämä seuraava löytö on kaukana kokeellisesti vahvistetusta löytöstä, ja se on jopa kaukana perinteisen kvanttifysiikan valtakunnasta. Mutta kvanttigravitaatiolla työskentelevät tutkijat - teoreettinen rakenne, joka on suunniteltu yhdistämään kvantimekaniikan maailmat ja Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria - osoittivat, että tietyissä olosuhteissa tapahtuma voi aiheuttaa vaikutuksen, joka tapahtui aikaisemmin.
Tietyt erittäin raskaat esineet voivat vaikuttaa ajan virtaukseen niiden välittömässä läheisyydessä yleisen suhteellisuussuhteen takia. Tiedämme, että tämä on totta. Ja kvanttinen superpositio määrää, että esineet voivat olla useassa paikassa kerralla. Aseta erittäin raskas esine (kuten iso planeetta) kvanttiseen superpositiotilaan, tutkijat kirjoittivat, ja voit suunnitella outopalloskenaarioita, joissa syy ja seuraus tapahtuvat väärään järjestykseen.
Lue lisää syiden ja seurausten kääntämisestä.
Kvanttitunnelointi murtunut
Fyysikot ovat jo kauan tienneet outosta vaikutuksesta, joka tunnetaan nimellä "kvantitunnelointi", jossa hiukkaset näyttävät kulkevan näennäisesti läpäisemättömien esteiden läpi. Se ei johdu siitä, että he ovat niin pieniä, että löytävät reikiä. Vuonna 2019 kokeilu osoitti, miten tämä todella tapahtuu.
Kvantfysiikka sanoo, että hiukkaset ovat myös aaltoja, ja voit ajatella näitä aaltoja todennäköisyysprojektioina hiukkasen sijainnille. Mutta he ovat silti aaltoja. Purista aalto valtameren estettä vastaan, ja se menettää energiaa, mutta toiselle puolelle tulee pienempi aalto. Samanlainen vaikutus esiintyy kvantimaailmassa, tutkijat havaitsivat. Ja niin kauan kuin esteen takapuolelta on jäljellä vähän todennäköisyyden aaltoa, hiukkasella on mahdollisuus päästä se esteen läpi, tunneloida sellaisen tilan läpi, jossa näyttää siltä, ettei sen pitäisi mahtua.
Lue lisää hämmästyttävästä kvantitunnelointitehosteesta.
Metallinen vety on saattanut ilmestyä maan päälle
Tämä oli suuri korkeapainefysiikan vuosi. Yksi rohkeimmista väitteistä tuli Ranskan laboratoriosta, joka ilmoitti luoneensa materiaalitieteelle pyhän graalin aineen: metallisen vedyn. Riittävän korkeissa paineissa, kuten sellaisten, joiden ajatellaan olevan Jupiterin ytimessä, yhden protonin vetyatomien ajatellaan toimivan alkalimetallina. Kukaan ei kuitenkaan koskaan ollut onnistunut tuottamaan tarpeeksi korkeita paineita osoittaakseen vaikutuksen laboratoriossa. Tänä vuonna joukkue kertoi nähneensä sen 425 gigapaskalin kohdalla (4,2 miljoonaa kertaa maan ilmakehän paine merellä). Kaikki eivät kuitenkaan osta tätä vaatimusta.
Lue lisää metallisesta vedystä.
Näimme kvantikilpikonnan
Zap massa jäähdytettyjen atomien kanssa magneettikentällä, ja näet "kvantti ilotulitus": atomien suihkut, jotka ampuvat ilmeisesti satunnaisiin suuntiin. Tutkijoiden epäiltiin, että ilotulitteessa saattaa olla kuvio, mutta se ei ollut ilmeistä vain katsomalla. Tutkijat kuitenkin löysivät tietokoneen avulla ilotulitusvaikutuksen muodon: kvantkilpikonnan. Kukaan ei ole vielä varma, miksi se ottaa tämän muodon.
Lue lisää kvantikilpikonnasta.
Pieni kvanttitietokone kääntyi taaksepäin
Ajan on tarkoitus siirtyä vain yhteen suuntaan: eteenpäin. Kaada maitoa maahan, joten likaa ei voi kuivata täydellisesti ja palauttaa sama puhdas maito takaisin kuppiin. Levittävä kvanttiaaltofunktio ei ole levinnyt.
Lukuun ottamatta tätä tapausta, se teki. Pienellä, kaksibbittisellä kvantitietokoneella fyysikot pystyivät kirjoittamaan algoritmin, joka pystyi palauttamaan jokaisen aallon aallonpinnan sen luoneelle hiukkaselle - purkamalla tapahtuman ja kääntämällä tehokkaasti ajan nuolen.
Lue lisää ajan nuolen kääntämisestä.
Toinen kvantitietokone näki 16 futuuria
Mukava ominaisuus kvantitietokoneissa, jotka luottavat superpositioihin 1: n ja 0: n sijasta, on niiden kyky toistaa useita laskelmia kerralla. Tämä etu on koko näytöllä uudessa, vuonna 2019 kehitetyssä kvanttiennustemoottorissa. Simuloiden kytkettyjen tapahtumien sarjaa, moottorin takana olevat tutkijat pystyivät koodaamaan 16 mahdollista futuuria yhdeksi fotoniksi moottorissaan. Nyt se on moniajo!
Lue lisää 16 mahdollisesta futuurista.
