Открытая лекция “Квантовая эра в технологиях” прошла 26 сентября в филиале МГУ имени М.В. Ломоносова в городе Севастополе.

В современном мире индустрия технологий не только стремительно развивается, но и постоянно видоизменяется по ходу своего развития, подстраиваясь под всё новые и новые стандарты, продиктованные последними открытиями ведущих учёных в различных отраслях науки. С каждым днём появляются всё более сложные в своём строении вычислительные машины, турбогенераторы, солнечные элементы, накопители энергии и многое другое. Эту тему, а также другие не менее интересные вопросы, осветил Константин Владимирович Парфёнов, доцент физического факультета МГУ.

Начать лекцию Константин Владимирович решил с цитаты Станислава Ежи Лец: “Очень немногие люди, жившие в XIX-м веке, знали, что потом наступит век XX-й”. Этой цитатой Парфёнов подчеркнул, что сегодня технологии, входящие в науку, в производство и в нашу жизнь развиваются настолько бурно, что человек просто не успевает приспособиться и понять, что происходит во всех этих сферах. При этом они также активно связаны с физикой микромира.

Таким образом, чтобы понять, как работают современные технологии, человеку необходимо иметь базовые представления о квантовой физике. В начале лекции разговор зашёл о том, что же именно представляет собой этот самый микромир, чем его законы отличаются от мира, привычного всем нам. Оказалось, что отличий не так уж и много, правда они очень существенны.

В первую очередь, мы сталкиваемся с такими двумя рубежами, как энергия и расстояние: в микромире размерности этих двух величин кардинально отличаются от привычных нам размеров. Если расстояния оказываются в миллиарды раз меньше, привычных нам, то энергии наоборот становятся много-много больше. Также в микромире работают свои собственные законы, они же являются законами квантовой физики. Эти законы сильно отличаются от законов так называемой “классической физики”. Главное отличие состоит в том, что в классической физике, зная некоторые начальные условия, мы можем определить положение тела в пространстве. В квантовой же физике мы можем лишь рассчитать вероятность, то есть предсказать, будет ли находиться тело в той или иной точке в данный момент времени. При этом, именно квантовая физика является чемпионом по точности таких предсказаний. Точность согласования теории с экспериментом оказывается невероятно высокой!

Наконец, мы перешли к главному вопросу лекции – использование квантовых технологий в реальной жизни. Благодаря открытию учёными сверхпроводников-материалов, которые при очень низких температурах обладают нулевым сопротивлением, стали возможны такие проекты, как первая коммерческая линия электропередач, проложенная в Нью-Йорке в 2008 году. Такая линия могла пропускать себя значительно большие токи, чем обычные проводники.

Заслуживает внимания и ещё один интересный проект: магнитный подвес. Используя свойства сверхпроводников, можно создать поезд, который будет буквально парить над полотном дороги. Более того, такой поезд можно заставить двигаться! Инженеры уже разработали устройства для такого необычного транспорта, однако применение сверхпроводников обходится достаточно дорого, поэтому данный проект ещё ждёт своей реализации.

Аналогичным способом были разработаны сверхпроводниковый турбогенераторы, электросети, работающие в режиме сверхпроводимости (функционируют в США и Южной Корее) и современные накопители энергии. В будущем запланировано создание таких структур, которые, попадая в организм человека, будут определять наличие в нём раковых клеток и подсвечивать их. Таким образом раковые опухоли можно будет обнаружить в организме с мельчайшей точностью.

В завершение лекции, Константин Владимирович рассказал о вещи, которой ещё не существует, но которая сможет сильно изменить нашу жизнь в будущем. Это квантовый компьютер, в основе которого лежат сложные квантовые закономерности. Мы знаем, что основа любого компьютера – устройство хранения и переработки информации. Базовый элемент хранения информации – бит, ячейка, имеющая два состояния: 0 и 1. В суперкомпьютере такая ячейка является квантовой и называется кубит.

Кубит может принимать бесконечно много состояний и его информационная ёмкость намного выше. Парфёнов объяснил, что используя принцип квантовой запутанности и квантовой суперпозиции, суперкомпьютер может производить различные операции в миллиарды раз быстрее, чем обычный компьютер. Эти два понятия очень важны в квантовой физике. “Они могут стать основой совершенно новой технологии вычисления”, – отметил Константин Владимирович.

Как ни странно, но несмотря на то, что квантовые компьютеры ещё не изобретены, некоторые компании уже предлагают их купить. Более того, один такой компьютер, умеющий выполнять всего одну операцию, был куплен у канадской компании за 10 000 долларов. На самом же деле, если суперкомпьютер действительно будет когда-либо изобретён, то его обладатель сможет взламывать сложнейшие пароли за долю секунды, ему станут доступны все банковские счета, государственные тайны, одним словом – он сможет владеть всей информацией на Земле. Остаётся лишь догадываться, будет ли такой компьютер когда-либо изобретён, ведь на сегодняшний день учёные достаточно далеки от его создания.

В качестве завершающей цитаты Константин Владимирович Парфёнов привёл высказывание Уинстона Черчилля: “Кто владеет информацией-тот владеет миром”. Эти слова были сказаны Черчиллем задолго до изобретения первого компьютера в современном его понимании. И ведь действительно, всё больше и больше в наше время используются новые материалы и новые эффекты, работа которых основана на квантовых закономерностях.

Автор: Анна Чистякова.