Квантовые симуляторы

Квантовые симуляторы – это устройства, являющиеся, как это ни странно, моделями квантовых систем. Строить квантовые си­му­ля­то­ры учёные получили воз­мож­ность благодаря бозе–эйн­штей­нов­с­кой конденсации. Эта тех­но­ло­гия позволяет охлаждать атомы, снижая скорость их пе­ре­ме­ще­ния. Другим эффектом охлаждения атомов яв­ля­ет­ся до­ми­ни­ро­ва­ние их волновых свойств. Это их свойство и позволяет изучать их в качестве симуляторов квантовых частиц. Например, электронов в твёрдом теле. Но атомы в твёрдом теле создают решётку, в которой и взаи­мо­дейст­ву­ют электроны, поэтому, если атомы симулируют электроны, нужно как-то симулировать решётку.

Для симуляции решётки атомов в квантовых си­му­ля­то­рах используют свет. С помощью света создают оптические решётки. Но атомы, в отличие от электронов, нейтральны. У них нет заряда. Поэтому атомы не двигаются, а для проведения экс­пе­ри­мен­та им нужно задать движение. С этой целью используют гравитацию. Элек­три­чес­кое поле просто замещают магнитным. Но с магнитным полем есть трудность. Он за­кру­чи­ва­ет движение частиц, поэтому они начинают двигаться по спирали. В связи с этим пришлось создать такое магнитное поле, которое обеспечило пря­мо­ли­ней­ное движение атомов. Но зачем нужны такие сложности?

Дело в том, что поведение эле­мен­тар­ных час­тиц пока не поддаётся прямому изучению. Вернее, эле­мен­тар­ные частицы просто меняют свои свойства в за­ви­си­мос­ти от того, изучают их или нет. Вот и электроны в твёрдых телах ведут себя подобным образом. Тем не менее, твёрдые тела являются не един­ст­вен­ным предметом изучения квантовых си­му­ля­то­ров. Холодные атомы так же ис­поль­зу­ют­ся для изучения тур­бу­лент­нос­ти. С их помощью удаётся мо­де­ли­ро­вать тур­бу­лент­ность и изменять её свойства. Другим на­прав­ле­ни­ем изучения является атомное ядро. Из холодных атомов можно построить модель атомного ядра, и изучать реакции холодных атомов, не производя никаких настоящих ядерных реакций.

Само собой, что апофеозом фун­да­мен­таль­ных ис­сле­до­ва­ний с помощью квантовых си­му­ля­то­ров яв­ля­ет­ся симуляция Большого взрыва. Или, наоборот, возможность заглянуть в далёкое будущее. Ведь во вселенной постоянно идут два па­рал­лель­ных процесса: расширение и охлаждение. Квантовые си­му­ля­то­ры позволяют посмотреть, как будут вести себя частицы в таких условиях. Но фун­да­мен­таль­ная наука – это не един­ст­вен­ная сфера применения квантовых си­му­ля­то­ров. Например, компания D–Wave использует эту технологию для создания квантового компьютера. Таким образом, фун­да­мен­таль­ная наука, в очередной раз, доказала свою прак­ти­чес­кую пользу. И хотя широкое рас­про­стра­не­ние квантовые компьютеры пока всё ещё не получили, по всей видимости, будущее за ними!

Загрузка...