Инновации – Драйверы прогресса и будущего

Скорость света в вакууме считается фундаментальным пределом природы: согласно специальной теории относительности, никакая информация не может передаваться быстрее примерно 300 тысяч километров в секунду. Однако физики обнаружили необычный волновой эффект, при котором максимум энергии сигнала способен появиться в точке приема раньше, чем ожидалось. Со стороны это выглядит так, словно энергия двигалась быстрее установленного предела, хотя никакого нарушения законов Эйнштейна не происходит.

Современная физика все чаще приходит к выводу, что привычная реальность может быть лишь поверхностью гораздо более сложного мира. За атомами, молекулами и элементарными частицами скрываются абстрактные структуры, которые невозможно увидеть напрямую, но именно они определяют свойства материи. Новое исследование японских физиков показывает, что твердые тела — от обычных металлов до квантовых материалов будущего — могут подчиняться скрытым геометрическим законам, существующим в пространстве квантовых состояний.

Исследователи из Японии и США совершили теоретический прорыв, показав, что фундаментальный феномен квантовой запутанности подчиняется универсальным закономерностям независимо от размерности пространства-времени. Группа под руководством Юи Кусуки из Университета Кюсю, при участии профессора Хироси Оогури и исследователя Шридипа Пала из Калифорнийского технологического института, применила методы из физики элементарных частиц для анализа квантовой теории информации в многомерных системах. Это позволило выйти за пределы прежних ограничений, сосредоточенных в основном на (1+1) мерных теориях, и обобщить результаты на произвольное число измерений.

Одной из главных проблем современных квантовых компьютеров остается их высокая чувствительность к внешним воздействиям. Даже незначительные колебания температуры, электромагнитные помехи или дефекты материалов способны нарушить состояние кубитов и привести к вычислительным ошибкам. Именно поэтому ученые по всему миру ищут способы создания квантовых систем, которые смогут сохранять информацию даже в неблагоприятных условиях. Новое исследование международной группы физиков стало важным шагом в этом направлении.

Теория струн десятилетиями остаётся одной из самых загадочных и спорных идей современной физики. Она обещает объединить квантовую механику и гравитацию в единую систему законов природы, однако до сих пор не получила экспериментального подтверждения. Теперь международная группа исследователей сделала шаг, который многие физики уже называют крайне важным для всей фундаментальной науки: учёные показали, что ключевые элементы теории струн могут автоматически возникать всего из нескольких базовых математических предположений о поведении Вселенной.

Идея путешествий во времени десятилетиями считалась исключительно частью научной фантастики, однако современные исследования в области квантовой физики и теории относительности показывают, что некоторые формы взаимодействия с прошлым могут быть теоретически возможны. Группа физиков предложила механизм, который потенциально способен позволить передавать информацию назад во времени — по крайней мере на квантовом уровне.

Материя в квантовом мире способна принимать формы, практически не имеющие аналогов в повседневной жизни. Физики из Университета Монаша предсказали существование нового состояния, в котором два принципиально разных типа частиц могут объединяться в устойчивые самосвязанные квантовые капли. Для сохранения формы им не требуется обычный сосуд: целостность поддерживается балансом взаимодействий внутри самой системы.

Квантовые технологии считаются одной из самых перспективных областей современной науки, однако их развитие сталкивается с фундаментальной проблемой — чрезвычайной хрупкостью квантовых состояний. Даже минимальные колебания температуры, шум окружающей среды или производственные дефекты способны разрушить тонкие квантовые эффекты, на которых основана работа квантовых компьютеров и квантовых сетей. Новое исследование физиков из японского Центра квантовых вычислений RIKEN предлагает возможное решение одной из самых сложных задач этой области — устойчивой квантовой синхронизации.

Почти полвека физики пытаются обнаружить одну из самых необычных частиц, предсказанных Стандартной моделью. Речь идет о глюболе — крайне нестабильном состоянии материи, которое должно состоять преимущественно из глюонов, переносчиков сильного взаимодействия. Теперь эксперименты на Пекинском электрон-позитронном коллайдере дали, возможно, самые убедительные свидетельства его существования.

Спустя 14 лет после открытия бозона Хиггса физики Большого адронного коллайдера приблизились к следующей важной цели — обнаружению рождения сразу двух таких частиц. Новые результаты экспериментов ATLAS и CMS показывают все больше событий, похожих на образование пар бозонов Хиггса. Статистической достоверности пока недостаточно, чтобы объявить об открытии, но исследователи значительно сузили диапазон возможных параметров этого чрезвычайно редкого процесса.

Что такое время? Этот вопрос остается одной из самых глубоких загадок современной науки. Несмотря на то что люди ежедневно измеряют время с помощью часов, секундомеров и календарей, физики до сих пор не пришли к единому пониманию того, является ли время фундаментальной частью Вселенной или лишь следствием более глубоких процессов. Новое исследование британских ученых приблизило науку к ответу на этот вопрос.

Квантовая механика продолжает удивлять даже спустя столетие после своего появления. Многие её явления противоречат повседневному опыту и кажутся невозможными с точки зрения классической физики. Одним из самых известных примеров является мысленный эксперимент Эрвина Шрёдингера, предложенный в 1935 году. В нём кот оказывается одновременно живым и мёртвым до момента наблюдения. Хотя сам эксперимент был создан как философская иллюстрация парадоксов квантовой теории, идея квантовой суперпозиции сегодня лежит в основе реальных технологий и лабораторных исследований.

Современная физика элементарных частиц переживает эпоху беспрецедентной точности. Эксперименты на крупнейших ускорителях мира позволяют измерять свойства фундаментальных частиц с невероятной детализацией, однако получение теоретических предсказаний становится все более сложной задачей. Для описания взаимодействий между элементарными частицами ученым приходится выполнять огромное количество математических вычислений, многие из которых требуют колоссальных вычислительных ресурсов. Одной из самых трудоемких задач остаются расчеты интегралов Фейнмана — фундаментальных математических выражений, лежащих в основе квантовой теории поля.

Физики сделали важный шаг к созданию технологий будущего, способных передавать информацию не только с помощью света или электричества, но и при помощи управляемого квантового звука. Исследователи из Университета Макгилла и Национального исследовательского совета Канады разработали устройство, которое генерирует фононы — квазичастицы, связанные со звуковыми колебаниями вещества, — в условиях экстремально низких температур, близких к абсолютному нулю.

Стандартная модель физики элементарных частиц более полувека остается главным инструментом для описания устройства материи и фундаментальных взаимодействий. Именно она объясняет поведение кварков, лептонов, бозонов и трех из четырех фундаментальных сил природы. Однако ученые давно понимают, что эта теория неполна. Она не учитывает гравитацию, не объясняет природу темной материи и не отвечает на ряд вопросов о происхождении Вселенной. Теперь физики, работающие на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе, получили новые данные, которые могут стать одним из самых серьезных намеков на существование «новой физики» за последние годы.

Исследователи MIT установили новый рекорд точности флюксониевых кубитов в 99,998%, преодолев ограничения декогеренции и встречного вращения. Новые методы управления откроют путь к более надежным квантовым вычислениям. Развитие квантовых вычислений достигло новой вершины благодаря прорыву ученых из Массачусетского технологического института. Команда исследователей разработала флюксониевые кубиты с рекордной точностью в 99,998%, что представляет собой значительный шаг вперед в устранении ошибок и создании более надежных квантовых систем. Использование новых методов управления позволяет добиться исключительной стабильности кубитов, что является ключевым элементом для масштабирования квантовых вычислений и внедрения квантовой коррекции ошибок.

Турбулентность — одно из самых загадочных и сложных явлений физики. Она проявляется везде: в облаках, океанских волнах, промышленных реакторах и даже в пенящемся стакане газированного напитка. Но если турбулентные вихри воздуха и воды уже давно изучаются на основе фундаментальной теории Андрея Колмогорова, то оставался открытым вопрос: применима ли эта теория к турбулентности, вызванной пузырьками газа в жидкости?

Наблюдение за крайне нестабильными молекулами остается одной из самых сложных задач современной химии. Многие реакционноспособные соединения существуют лишь доли секунды, мгновенно превращаясь в более устойчивые структуры. Именно поэтому ученые десятилетиями были вынуждены лишь косвенно судить об их строении, используя компьютерное моделирование и анализ продуктов химических реакций. Теперь исследователям удалось совершить настоящий прорыв: впервые в истории они непосредственно зафиксировали структуру свободного борилнитрена — одной из самых трудноуловимых молекул современной химии.

Современная химия всё чаще демонстрирует, что границы, некогда считавшиеся непреложными, могут быть смещены. Одним из таких примеров стало новое достижение исследователей из Окинавского института науки и технологий, которые синтезировали стабильное 20-электронное производное ферроцена — соединения, построенного вокруг атома железа, «зажатого» между двумя органическими лигандами. Это открытие не только бросает вызов правилу 18 валентных электронов, считающемуся краеугольным камнем металлоорганической химии, но и открывает новые горизонты в области окислительно-восстановительных процессов, катализа и материаловедения.

Массачусетский технологический институт вновь удивляет мир. В попытке ответить на один из самых провокационных вопросов современной науки — является ли гравитация квантовой, — команда исследователей разработала уникальный эксперимент, который сочетает достижения атомной физики с глубокой теоретической механикой. Используя лазеры для охлаждения зеркала почти до абсолютного нуля, ученые предприняли попытку раскрыть квантовую природу гравитации — фундаментальной силы, которая до сих пор остается загадкой.