Текущие направления научных прорывов

[Mercury127]

все это почти само собой и почти бесплатно.

хм-хм-хм.
берём обычный ультраяркий светодиод на 1000 люмен, который греется, как свеча, и без радиатора долго не живёт, да и с радиатором в 10 кв см его еле удержать в руке.
применяем к нему эту чудо-технологию.
получаем ультраяркий чудо-светодиод на 10 тыс люмен, который с тем же радиатором греется, примерно как человеческое тело.
или даже вообще без радиатора???
слишком хорошо, чтобы быть правдой. где подвох?

[Ph_user]

Все взаконе - просто повысили излучательный кпд системы. Ну часть фотонов может иметь мало нужную длину волны. Хорошо когда более красные чем рентгеновские.

[Rattus]

OpenAI разработала серию сложных тестов для проверки эволюции ИИ

[Rattus]

Группа исследователей из Центра вычислительной квантовой физики (CCQ) при Институте Флэтайрон недавно раскрыла причины своего успеха в решении с помощью классического компьютера задачи, ранее считавшейся эксклюзивной для квантовых вычислителй. Их результаты, опубликованные в Physical Review Letters, демонстрируют, что конкретная двумерная квантовая система переворачивающихся магнитов проявляет поведение, ранее наблюдаемое только в одномерных системах.

[Mercury127]

Создан первый в мире полностью механический кубит.

На мой взгляд, это перспективнее всяких сверхпроводящих конструкций.

[Foma]

Phys. Rev. Lett. 135, 083601: Quantum Delocalization of a Levitated Nanoparticle
(также доступно в виде arXiv:2408.01264)

Корпускулярно-волновой дуализм лежит в основе квантовой механики и многократно проверен на элементарных частицах и атомах. Более сложные системы также могут его проявлять. В 1999 классический эксперимент по дифракции на двух щелях был проведен для молекулы фуллерена С₆₀, в 2003 удалось добиться дифракции бакибола C₆₀F₄₈, в 2019 - дифракции молекулы из более чем 2000 атомов. Далее длина волны деБройля становится совсем ничтожной и наблюдать волновые свойства не то что микро-, а даже нанообъектов крайне тяжело. Но недавно группа физиков из Цюриха сумела расширить волновую функцию путем квантовой делокализации, что позволит переводить в квантовое состояние нечто большее, чем атомы и молекулы.
Суть проведенных экспериментов следующая. Представим частицу, локализованную в параболической потенциальной яме, ее волновая функция представляет собой гауссиану, Ψ(x)~e^-(x/σ)2. Квантовая механика предсказывает, что если выключить потенциал, то в отсутствии всех других воздействий волновая функция начнет эволюционировать как Ψ(x,t)~e^-(x/σ(t))2, где σ(t)~(1+(2aħt/m)²)^1/2. То есть будет постепенно расплываться в пространстве. На больших временах область локализации будет расти ~t и в теории может значительно превысить исходную длину дебройлевской волны объекта.


Наночастица в потенциальной яме

Практическая реализация этой идеи сопряжена с огромными трудностями, поскольку состояние макрочастицы может быть нарушено любым взаимодействием с окружающей средой — столкновениями с молекулами газа, фотонами теплового излучения стенок камеры, флуктуациями полей и т.д. В данной работе использовалась кварцевая частица диаметром D=100 нм, левитирующая в оптической лазерной ловушке в условиях ультравысокого вакуума. Частица охлаждалась до поступательной температуры порядка нескольких милликельвинов, ее дебройлевская длина волны в основном состоянии была ξ~21 пм (0.021 нм). Систему удержания отключали на время τ порядка нескольких микросекунд, затем лазеры включали снова, частица локализовывалась и из сравнения измеренного положения с ожидаемым определяли величину делокализации. Она действительно росла с увеличением τ и в итоге достигла ξ=73±34 пм, что стало первой практической квантовой делокализацией сравнительно крупного объекта.
Продолжение этих экспериментов опубликовано недавно в arXiv:2507.12995. Частица также захватывалась, отпускалась, потом находилась в свободном падении и затем локализовывалась во второй ловушке. За счет этого у нее было гораздо больше времени, ~0.25 мс, соответственно длина когерентности выросла на два порядка и достигла ξ~1 нм, что уже более осязаемо. По словам авторов работы дальнейшим улучшением вакуума и захолаживанием стенок ее можно будет довести до ~10 нм.


Схема эксперимента с двумя ловушками

Это пока еще меньше размера частицы и обычные квантовые чудеса вроде дифракции на щелях или туннелирования ей недоступны, но полученные результаты уже позволяют надеяться на многое. Например на повышение точности - хрупкие квантовые состояния позволят измерить очень слабые взаимодействия и проверить закон всемирного тяготения на субмикронных масштабах. Наиболее впечатляющие перспективы откроются после создания суперпозиции квантовых макрообъектов и их запутывания. В свое время было показано, что запутанные состояния квантовых объектов можно получить только в том случае, если поле, посредством которого они взаимодействуют, квантуется. Если удастся создать запутанные макрообъекты, взаимодействующие лишь гравитационно, это станет прямым доказательством квантования гравитации. Предложенные схемы эксперимента (arXiv:1707.06036, arXiv:2509.01586) подразумевают использование квантовых микронных частиц в 10-100 мкм друг от друга, запутанных на время ~1 с, что пока за пределами возможного, но вероятно будет реализовано в будущем.

[skvj]

Если удастся создать запутанные макрообъекты, взаимодействующие лишь гравитационно, это станет прямым доказательством квантования гравитации. Предложенные схемы эксперимента (arXiv:1707.06036, arXiv:2509.01586) подразумевают использование квантовых микронных частиц в 10-100 мкм друг от друга, запутанных на время ~1 с, что пока за пределами возможного, но вероятно будет реализовано в будущем.

По квантовой гравитации круто, спасибо.
Но тут ещё один момент. Если выйдут на эксперименты с объектами в 10–100 мкм это реально за пределами микро мира. Но в MWI вообще классического мира нет. Там любые объекты квантовые. Мы не видим интерференцию человека из-за декогеренции (внутри гипотезы), а коллапса ВФ просто не существует. Ничего не напоминает?

[skvj]

Я не говорю, что это доказательство. Но это серьёзное подтверждение. Когда делали с фуллереном ещё куда ни шло. А это что? Потом в интерференцию запустят теннисный мячик? тоже нет?)) а раньше и 10–100 мкм была чистая фантастика. А вот пожалуйста.
Мы не видим эффекты из-за декогеренции, но это не значит, что их нет. Правильно?

Вот как я мыслю. Макрообъекты ведут себя квантово (наблюдаемый факт), если их хорошо изолировать. Хаос среды уничтожит когерентность за ничтожное время. Но принципиально никакого запрета нет.
Но это не редукция, а потеря когерентности и мы наблюдаем постоянное расширение области, где можем удерживать квантовое состояние. Где граница классического и квантовых миров?

[Студент03]

Например на повышение точности - хрупкие квантовые состояния позволят измерить очень слабые взаимодействия и проверить закон всемирного тяготения на субмикронных масштабах.

Вопрос, как теоретики собираются фильтровать шум от гравитационных волн? Они ж будут постоянно искажать пространственное положение наночастиц даже при идеальном вакууме и совершеннейших лазерных пинцетах. 

[Rattus]

Вопрос, как теоретики собираются фильтровать шум от гравитационных волн?

От гравитационных волн колебания ещё на порядки меньше.

[Студент03]

Вопрос, как теоретики собираются фильтровать шум от гравитационных волн?

От гравитационных волн колебания ещё на порядки меньше.

И в чем тогда прорывность новости Foma? Детекторы гравитационных волн есть многие килограммы массы, соотв-нно они на многие порядки массивнее и сложнее обсуждаемых выше наночастиц.

https://nplus1.ru/news/2021/06/18/cool-mirror

Массивные зеркала интерферометра перевели в близкое к основному квантовому состоянию
Коллаборация LIGO сообщила, что им удалось охладить 40-килограммовые зеркала интерферометра до температуры 77 нанокельвин с помощью гашения в них механических колебаний через систему обратной связи. Авторы описали свои результаты с помощью эффективного объекта массой 10 килограмм, в котором было возбуждено всего около 11 фононов. Такое состояние массивных зеркал соответствует температуре 77 нанокельвин.

https://habr.com/ru/articles/407499/

LIGO: линейка точностью в 1/10000 диаметра протона

Почему нельзя изучать квантовую гравитацию или квантовость гравитационного взамодействия с измерением G на детекторах ГВ-волн?

[Rattus]

И в чем тогда прорывность новости Foma?

Честно говоря, тоже не уловил.

Когда делали с фуллереном ещё куда ни шло. А это что?

Да то же самое - просто "труба повыше и дым погуще".

Если выйдут на эксперименты с объектами в 10–100 мкм это реально за пределами микро мира

Во-первых и до единиц микрометров вряд ли дойдёт - пока это не более чем рекламные обещания. А во вторых, ну даже если и дойдёт - то что? На этом масштабе существуют бактериальные клетки и действуют "ложновакуумные" силы Казимира. При этом никто до сих пор не нашёл - как эти силы применить.
Ну и в-третьих - предел микромира - не 100, а 200-300 мкм - разрешающая способность глаза, верхний предел диаметра активного объёма автономного одноклеточного при нормальном давлении и нижний предел размеров мельчайших свободноживущих многоклеточных животных.

а раньше и 10–100 мкм была чистая фантастика.

И остаётся.

Потом в интерференцию запустят теннисный мячик?

И толку? Всё равно пока он там, с ним нет никакого наблюдения-взаимодействия. А когда оно есть, то квантовой нелокальности уже нет.

Мы не видим эффекты из-за декогеренции, но это не значит, что их нет.

Это значит, что мы фиксируем их только постфактум. Поэтому на практике это почти никак не применить (ну разве что в квантовой криптографии - как свидетельство компрометации линии связи).

Макрообъекты ведут себя квантово (наблюдаемый факт), если их хорошо изолировать.

И заморозить до около абслютного нуля.

Где граница классического и квантовых миров?

Так написано же - в моменте взаимодействия с окружающим миром:

состояние макрочастицы может быть нарушено любым взаимодействием с окружающей средой — столкновениями с молекулами газа, фотонами теплового излучения стенок камеры, флуктуациями полей и т.д.

[Студент03]

Rattus

Думается эффекты квантовомости гравитационного взаимодействия будут проявляться на масштабах колебаний намного меньше чем колебания от гравитационных волн. ГВ-волны ещё Эйнштейн предсказал 100+ лет назад, напротив квантовая гравитация темка совсем свежая. Без удаления фона от ГВ-волн кванты гравитации не засечь. Это годы-десятилетия работы 

[Rattus]

Думается эффекты квантовомости гравитационного взаимодействия будут проявляться на масштабах колебаний намного меньше чем колебания от гравитационных волн.

Ну это общее место. Гравитон открыть - это не фунт изюму по современным представлениям.
Правда, как я понял при повторном прочтении, там такая цель не ставилась, а просто предлагается использовать это достижение просто для более точных измерения действия гравитации - например для уточнения гравитационной постоянной, что сейчас оставляет желать много лучшего.

[skvj]

Rattus, неважно, бактерия это или наночастица, факт в том, что классического барьера нет. Макрообъекты тоже ведут себя квантово, если убрать среду. Ваши же слова про 10–100 мкм означают, что можно в принципе создать суперпозицию целой клетки. Это не "ну и что". Это сносит границу квантовый/классический - у вас живая клетка одновременно идёт по двум путям, ведь есть же бактерии, которые терпят около абслютного нуля легко.

Потом в интерференцию запустят теннисный мячик?

И толку? Всё равно пока он там, с ним нет никакого наблюдения-взаимодействия. А когда оно есть, то квантовой нелокальности уже нет.

Вы путаете. Да, наблюдать макросуперпозицию почти невозможно, потому что декогеренция мгновенная. Но это не "нет нелокальности", а то, что нелокальность мгновенно теряется в окружающей среде. В MWI коллапса нет: мяч всегда остаётся во всех состояниях. Просто интерференцию мы не видим, потому что среда записывает "метку" на каждую ветвь. Но оставим мяч, это конечно дикость, я там смайлик ставил, чтобы физики меня самого на атомы не разобрали.

Если удастся сделать эксперимент с живой бактерией - это будет революция. Потому что тогда у вас биологический организм, со всеми его процессами, окажется в когерентной суперпозиции. То есть сама жизнь, метаболизм, ДНК - всё сразу квантовое. Это будет прямое подтверждение, квантовость не заканчивается на молекулах, а распространяется на живые системы.

Ваше "в момент взаимодействия с миром" это и есть декогеренция. Но это не "граница миров", а практический механизм, почему мы не видим интерференцию в быту. В MWI мир всегда квантовый. "Классический мир" это просто ярлык для систем с быстрой декогеренцией.

Да, мы фиксируем эффекты постфактум. Но сам факт существования когерентности у макрообъектов говорит: редукция -лишний постулат. Есть только волновая функция и декогеренция. Всё остальное  костыли. Только математика квантмеха! Где в математике коллапс? Его никогда там не было и нет сейчас. Понимаете? Декогеренция есть в уравнениях, прямо считается и прекрасно согласуется с экспериментами.

[Студент03]

Правда, как я понял при повторном прочтении, там такая цель не ставилась, а просто предлагается использовать это достижение просто для более точных измерения действия гравитации - например для уточнения гравитационной постоянной, что сейчас оставляет желать много лучшего.

Микрообъекты хороши тем, что их много, для измерения гравитации можно каждый атом превратить в индивидуальные атомные часы и мерить гравитацию в 3D.
Несколько назад научились регистрировать гравитационное замедление времени на удаление в 1 мм - точность хода 10 в -19.
https://profile.ru/news/scitech/ejnshtejn-byl-prav-zamedlenie-vremeni-izmerili-na-samyh-tochnyh-atomnyh-chasah-1020991/

[Ulkolainen]

Если удастся сделать эксперимент с живой бактерией - это будет революция. Потому что тогда у вас биологический организм, со всеми его процессами, окажется в когерентной суперпозиции. То есть сама жизнь, метаболизм, ДНК - всё сразу квантовое. Это будет прямое подтверждение, квантовость не заканчивается на молекулах, а распространяется на живые системы.

А дальше что:
жизнь как иллюзия с т.з. мира или мир как иллюзия с т.з. жизни?

[Rattus]

Макрообъекты тоже ведут себя квантово, если убрать среду.

Как ведёт себя что угодно, если убрать среду с наблюдателем в ней - для практики не важно.

у вас живая клетка одновременно идёт по двум путям

Да хоть по десяти. Она это делает при полном отсутствии любых жизненных процессов - в виде стекляшки - и по итогу при измерении её частицы будут в одном конкретном состоянии.

Но это не "нет нелокальности", а то, что нелокальность мгновенно теряется в окружающей среде

Именно это и заложено в слове "уже" процитированного вами фрагмента.

В MWI коллапса нет: мяч всегда остаётся во всех состояниях.

Ну и толку? "Что пнём об сову, что совой об пень."

[skvj]

Макрообъекты тоже ведут себя квантово, если убрать среду.

Как ведёт себя что угодно, если убрать среду с наблюдателем в ней - для практики не важно.

Но практика уже это делает. Именно поэтому из "стекляшки" в ловушке на 100 нм мы вытянули делокализацию до нанометра. Именно поэтому фуллерены летали через щели. Именно поэтому эксперименты растут из десятков атомов к тысячам и уже к сотням нанометров. Для практики это важно, потому что так проверяется принципиальная граница между классическим и квантовым.

у вас живая клетка одновременно идёт по двум путям

Да хоть по десяти. Она это делает при полном отсутствии любых жизненных процессов - в виде стекляшки - и по итогу при измерении её частицы будут в одном конкретном состоянии.

Именно это и есть радикальный момент. Неважно, живая или стекляшка - важен сам факт, что макроскопический объект подчиняется волновой функции. Мы убираем не жизнь, а шум среды. И получаем чистую физику: суперпозицию.

Но это не "нет нелокальности", а то, что нелокальность мгновенно теряется в окружающей среде

Именно это и заложено в слове "уже" процитированного вами фрагмента.

Но это декогеренция, а не "исчезновение нелокальности". В MWI глобально ничего не теряется. Теряется возможность интерференции, но не сама суперпозиция. Разница принципиальна: если коллапса нет в уравнениях, значит нелокальность не исчезла, а просто стала для нас невидимой.

В MWI коллапса нет: мяч всегда остаётся во всех состояниях.

Ну и толку? "Что пнём об сову, что совой об пень."

Это, конечно, красиво сказано. Но в науке такие пни часто оказываются воротами в новую физику.

[Rattus]

Но практика уже это делает.

Делает что? Практика - это какой-то полезный продукт. Что это за продукт?

Для практики это важно, потому что так проверяется принципиальная граница между классическим и квантовым.

А что - у кого-то были сомнения в универсальности и константах квантовой механики?

важен сам факт, что макроскопический объект подчиняется волновой функции.

Для чего важен?

в новую физику.

В чём новую? Что здесь принципиально изменилось со времён Эрвина Шрёдингера?

Мы убираем не жизнь, а шум среды.

Жизни без шума не бывает, поскольку её процессы могут происходить только в жидких полярных растворителях - т.е. от температур не менее -100 C. Как и сами молекулярные машины живых клеток - ферменты - работают в определённом диапазоне температур.