Квантовая тень: Что запомнили фотоны
Ученым впервые удалось «записать» целое изображение на фотон, а затем считать эту информацию. В будущем технология позволит хранить практически неограниченные объемы данных, ну, а в ближайшей перспективе поможет компьютерам стать еще быстрее.
Первое изображение, записанное и считанное с фотона — аббревиатура UR (University of Rochester)
— Мы намерены выяснить, не сможем ли мы подобным образом сохранять информацию на длительное время, — обещает Хоуэлл. — Если это удастся, перед нами откроется фантастические возможности: чтобы записать огромный массив данных, достаточно будет использовать несколько замедленных фотонов
— Это звучит невероятно, но вместо того, чтобы разбивать изображение на отдельные нули и единицы, мы сохраняем его сразу и целиком, с помощью одного-единственного фотона, — рассказывает Джон Хоуелл (John Howell), ученый из Университета в Рочестере. Его коллега Райан Камачо (Ryan Camacho) добавляет:
— В одном световом импульсе может содержаться громадное количество информации, однако попытки сохранить ее сопряжены со значительными потерями. Однако теперь это возможно — извлекать огромные массивы информации с очень высоким соотношением сигнал-шум даже при очень низком уровне светового излучения.
Строго говоря, в сохранении данных об изображении участвовал не один, а около сотни фотонов. Да и «сохранением» информации это можно назвать лишь с натяжкой: данные считываются с задержкой лишь в 100 наносекунд — так что в статье ученые назвали свой метод более скромно, «оптической буферизацией». Впрочем, обо всем по порядку.
Чтобы сохранить изображение букв U и R, Хоуэлл пропустил пучок света через пластину-трафарет, в которой они были вырезаны. При этом одновременно сквозь щель мог пройти только один фотон. Как известно, элементарные частицы проявляют одновременно и корпускулярные, и волновые свойства. Будучи частицей, фотон может пройти лишь через одно отверстие в шаблоне. Но как волна, он проникает сразу через оба и интерферирует, давая информацию о контурах трафарета.
Световой импульс, прошедший таким образом через пластину был «пойман» в камере, заполненной парами цезия с температурой около 100ОС — такие условия снижают скорость его движения примерно на 1%. Здесь он был задержан на 100 нс, за которые в ячейке скопилось около сотни прошедших через трафарет фотонов, каждый из которых нес информацию о контурах букв UR. В следующей камере информация с этих фотонов считывалась и восстанавливалось исходное изображение.
Теперь ученые работают над увеличением интервала задержки — они намерены доработать метод, добившись «сохранения» картинки фотонами на несколько миллисекунд, а также увеличить общее число рабочих фотонов для передачи более сложных изображений и с большей четкостью.
По публикации Science Daily
квантовая механика ставит под сомнение понятие личности
Узри ворона | Вики Доктор Кто
Узри ворона — 10 эпизод 9 сезона возобновлённого «Доктора Кто», премьера которого состоялась 21 ноября 2015 года. В серии произошло возвращение Ригси, который впервые появлялся в эпизоде «Плоскость» (2014) 8 сезона. Также, здесь появилась и важную роль сыграла Эсхильда — бессмертная героиня эпизодов «Девушка, которая умерла» (2015) и «Женщина, которая выжила» (2015) из 9 сезона.
В серии состоялось последнее регулярное появление Дженны Коулман в роли Клары Освальд. Её персонаж неожиданно умер в ходе эпизода, и, в отличии от гибели копий Клары в «Изоляторе далеков» (2012) и «Снеговиках» (2012), на данный момент считается, что это событие никаким образом не изменится.
Бывало ли такое, что вы вдруг оказывались на улице, которую никогда раньше не видели, а на следующий день уже не могли её отыскать? И это вовсе не сон. Память не подводит. Как и многие потерянные души на протяжении многих веков, вы обнаружили невероятную тайну, и радуйтесь, что остались живы. Вместе с Ригси, Доктор и Клара оказываются в тайном мире пришельцев, скрытом на улицах Лондона. И живыми выберутся не все, одному из них предстоит узреть ворона…
| Этого раздела ещё не существует.Вы можете помочь вики, написав его. |
ДокторПравить
ЛичностиПравить
ТехнологииПравить
Интересные фактыПравить
- В одной из сцен можно увидеть схему потокового накопителя из трилогии «Назад в будущее» и надпись на языке ауребеш из «Звездных войн», которая читается как «ДеЛореан».
Промо-фотоПравить
ПлакатыПравить
| Эта статья не завершена.Вы можете помочь вики, исправив или дополнив её. |
| ПЕРВЫЙ ДОКТОР: 1963-1966 |
| (СЕЗОН 1) Неземное дитя • Далеки • Грань уничтожения • Марко Поло • Ключи Маринуса • Ацтеки • Сенсориты • Господство террора (СЕЗОН 2) Планета гигантов • Вторжение далеков на Землю • Спасение • Римляне • Планета-сеть • Крестовый поход • Космический музей • Погоня • Вмешивающийся во время (СЕЗОН 3) Галактика 4 • Миссия в неизвестное • Создатели мифов • Генеральный план далеков • Резня в канун Святого Варфоломея • Ковчег • Небесный игрушечник • Меткие стрелки • Дикари • Военные машины (СЕЗОН 4) Контрабандисты • Десятая планета |
| ВТОРОЙ ДОКТОР: 1966-1969 |
| Сила далеков • Горцы • Подводная угроза • Лунная база • Террор Макра • Безликие • Зло далеков (СЕЗОН 5) Гробница киберлюдей • Снежные люди • Ледяные воины • Враг мира • Сеть страха • Ярость из глубины • Колесо в космосе (СЕЗОН 6) Доминаторы • Вор разумов • Вторжение • Кротоны • Семена смерти • Космические пираты • Военные игры |
| ТРЕТИЙ ДОКТОР: 1970-1974 |
| (СЕЗОН 7) Прибытие из космоса • Доктор Кто и силурианцы • Послы смерти • Инферно (СЕЗОН 8) Террор автонов • Разум зла • Когти Аксоса • Колония в космосе • Демоны (СЕЗОН 9) День далеков • Проклятие Пеладона • Морские дьяволы • Мутанты • Временной монстр (СЕЗОН 10) Три Доктора • Карнавал монстров • Граница в космосе • Планета далеков • Зелёная смерть (СЕЗОН 11) Воин времени • Вторжение динозавров • Смерть далекам • Монстр Пеладона • Планета пауков |
| ЧЕТВЁРТЫЙ ДОКТОР: 1974-1981 |
| (СЕЗОН 12) #67aad7Робот • Ковчег в космосе • Эксперимент сонтаранца • Происхождение далеков • Месть киберлюдей (СЕЗОН 13) Террор зайгонов • Планета зла • Пирамиды Марса • Вторжение андроидов • Мозг Морбиуса • Семена погибели (СЕЗОН 14) Маскарад Мандрагоры • Рука страха • Беспощадный убийца • Лицо зла • Роботы смерти • Когти Венг-Чанга (СЕЗОН 15) Ужас проклятой скалы • Невидимый враг • Образ Фендала • Создатели солнц • Подземный мир • Временное вторжение (СЕЗОН 16) Операция Рибос • Планета-пират • Камни крови • Андроиды Тары • Сила Кролла • Фактор Армагеддона (СЕЗОН 17) Судьба далеков • Город смерти • Существо из Ямы • Кошмар Эдема • Рога Наймона • Шада (СЕЗОН 18) Вольный улей • Меглос • Полный цикл • Состояние упадка • Врата воинов • Хранитель Тракена • Логополис |
| ПЯТЫЙ ДОКТОР: 1982-1984 |
| (СЕЗОН 19) Кастровальва • Четверо в Судный День • Кинда • Кара • Чёрная орхидея • Землетрясение • Временной полёт (СЕЗОН 20) Арка бесконечности • Танец змеи • Мертвец Модрин • Терминус • Просвещение • Королевские демоны (ЮБИЛЕЙ) Пять Докторов (СЕЗОН 21) Воины глубин • Пробуждение • Фронтиос • Воскрешение далеков • Планета огня • Пещеры Андрозани |
| ШЕСТОЙ ДОКТОР: 1984-1986 |
| Двойная дилемма (СЕЗОН 22) Атака киберлюдей • Возмездие на Варосе • Метка Рани • Два Доктора • Зазор времени • Разоблачение далеков (СЕЗОН 23) Таинственная планета • Деформация разума • Террор вервоидов • Последний враг |
| СЕДЬМОЙ ДОКТОР: 1987-1989 |
| (СЕЗОН 24) Время и Рани • Райские башни • Дельта и знаменосцы • Драконье пламя (СЕЗОН 25) Воспоминания далеков • Патруль счастья • Серебряная Немезида • Величайшее шоу в галактике (СЕЗОН 26) Поле боя • Призрачный Свет • Проклятие Фенрика • Выживание |
| ВОСЬМОЙ ДОКТОР: 1996 |
| (ФИЛЬМ) Доктор Кто |
| ДЕВЯТЫЙ ДОКТОР: 2005 |
| (СЕЗОН 1) Роза • Конец света • Беспокойные мертвецы • Пришельцы в Лондоне / Третья мировая война • Далек • Долгая игра • День отца • Пустой ребёнок / Доктор танцует • Городской бум • Злой волк / Пути расходятся |
| ДЕСЯТЫЙ ДОКТОР: 2005-10 |
| (СЕЗОН 2) Рождественское вторжение • Новая Земля • Клык и коготь • Школьное воссоединение • Девушка в камине • Восстание киберлюдей / Век стали • Зомбоящик • Невозможная планета / Бездна Сатаны • Любовь и монстры • Бойся её • Армия призраков / Судный день (СЕЗОН 3) Сбежавшая невеста • Смит и Джонс • Код Шекспира • Пробка • Далеки на Манхэттене / Эволюция далеков • Эксперимент Лазаруса • 42 • Человеческая природа / Семья Крови • Не моргай • Утопия / Барабанная дробь / Последний Повелитель Времени (СЕЗОН 4) Путешествие проклятых • Соучастники • Огни Помпей • Планета удов • План сонтаранцев / Отравленное небо • Дочь Доктора • Единорог и оса • Тишина в Библиотеке / Лес мертвецов • Полночь • Поверни налево • Украденная Земля / Конец путешествия • Следующий Доктор • Планета мёртвых • Воды Марса • Конец времени |
| ОДИННАДЦАТЫЙ ДОКТОР: 2010-13 |
| (СЕЗОН 5) Одиннадцатый час • Зверь внизу • Победа далеков • Время ангелов / Плоть и камень • Вампиры Венеции • Выбор Эми • Голодная земля • Холодная кровь • Винсент и Доктор • Квартирант • Пандорика открывается / Большой взрыв • Рождественская песнь (СЕЗОН 6) Невозможный астронавт / День Луны • Проклятие чёрной метки • Жена Доктора • Мятежная плоть / Почти люди • Хороший человек идёт на войну • Давай убьём Гитлера • Ночные кошмары • Девочка, которая ждала • Комплекс Бога • Время на исходе • Свадьба Ривер Сонг • Доктор, вдова и платяной шкаф (СЕЗОН 7) Изолятор далеков • Динозавры на космическом корабле • Город под названием Милосердие • Сила трёх • Ангелы захватывают Манхэттен • Снеговики • Колокола Святого Иоанна • Кольца Акатена • Холодная война • Прячься • Путешествие к центру ТАРДИС • Багровый ужас • Кошмар в серебряных тонах • Имя Доктора • День Доктора • Время Доктора |
| ДВЕНАДЦАТЫЙ ДОКТОР: 2014-17 |
| (СЕЗОН 8) Глубокий вдох • Внутрь далека • Робот из Шервуда • Слушай • Ограбление во времени • Смотритель • Убить Луну • Мумия в Восточном Экспрессе • Плоскость • В ночном лесу • Тёмная вода / Смерть на небесах • Последнее Рождество (СЕЗОН 9) Подмастерье чародея / Фамильяр ведьмы • На дне озера / Перед потопом • Девушка, которая умерла • Женщина, которая выжила • Вторжение зайгонов / Преображение зайгонов • Не спите больше • Узри ворона • Ниспосланный с небес • С дьявольским упорством • Мужья Ривер Сонг • Возвращение Доктора Мистерио (СЕЗОН 10) Пилот • Улыбнись • Тонкий лёд • Тук-тук • Кислород • Экстремис • Пирамида на краю света • Положение • Императрица Марса • Пожиратели света • Будь вечны наши жизни / Падение Доктора • Дважды во времени |
| ТРИНАДЦАТЫЙ ДОКТОР: с 2018 |
| (СЕЗОН 11) TBA • TBA • TBA • TBA • TBA • TBA • TBA • TBA • TBA • TBA |
| АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ДОКТОРА |
| (1965-66: ДОКТОР КТО) Доктор Кто и далеки • Вторжение далеков на Землю в 2150 году(2003: ДЕВЯТЫЙ) Крик Шалка |
| ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ |
| (ПЕРВЫЙ) Пилотный эпизод (ВОСЬМОЙ) Ночь Доктора (ДЕСЯТЫЙ) Заново рождённый • Тардисоды: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 • В поисках Бесконечности • Крушение во времени • Музыка сфер • Страна грёз (ОДИННАДЦАТЫЙ) Тем временем в ТАРДИС • Пространство / Время • Приквел к 6×01 • Приквел к 6×03 • Приквел к 6×07 • Приквел к 6×08 • Приквел к 6×13 • Смерть — единственный ответ • Ночь и Доктор: Плохая ночь, Хорошая ночь, Первая ночь / Последняя ночь, Бессонная ночь • Приквел к Рождеству 2011 • На вес золота • Жизнь Пондов • Приквел к 7×01 • Создание Стрелка • Постскриптум • Великий детектив • Вастра ведёт расследование: Рождественский приквел • Битва в Прибежище Демонов: Два дня спустя • Приквел к 7×06 • Она сказ |
Я и моя тень: квантовая механика ставит под сомнение понятие личности
Мартен Герр и украденная личность
Знаете ли вы о Мартене Герре (Martin Guerre)? Это французский крестьянин, который однажды попал в странную и неприятную ситуацию. Мартин жил в небольшой деревне. Когда парню было 24 года, его собственные родители обвинили его в краже. Герр был вынужден покинуть свой дом, оставить жену и сына. Через восемь лет мужчина вернулся в родную деревню, воссоединившись с семьёй. Спустя три года в семье было уже трое детей.
Кажется, всё шло своим чередом. Но в деревне появился иностранный солдат, который заявил, что сражался вместе с Мартеном Герром в испанской армии и что тот потерял ногу в бою. Семья Мартена начала сомневаться, их ли родственник вернулся три года назад домой. После долгого судебного разбирательства оказалось, что личность Герра «похитил» авантюрист Арно дю Тиль (Arnault du Tilh). Настоящий Мартин действительно перенёс ампутацию ноги и был назначен на синекуру при монастыре в Испании. Однако судебный процесс над «похитителем личности» был настолько известным, что настоящий Герр вернулся в родную деревню. Судьба авантюриста Арно дю Тиля была решена коротким приговором к смертной казни. А сам Мартен обвинил жену в пособничестве обманщику, не поверив в то, что женщина могла не узнать своего любимого мужа.
Jeremy Kelth/Flickr.comЭта история будоражила умы литераторов и режиссёров. По её мотивам был снят фильм, поставлен мюзикл и даже снят сериал. Более того, одна из серий «Симпсонов» посвящена этому случаю. Такая популярность понятна: подобный инцидент будоражит нас, ведь задевает за живое — наши представления об идентичности и личности.
Как мы можем быть уверены в том, кем на самом деле является человек, пусть даже и самый родной? Что вообще означает идентичность в мире, где ничто не постоянно?
Первые философы пытались дать ответ на этот вопрос. Они предполагали, что мы отличаемся друг от друга душой, а наши тела — это лишь марионетки. Звучит неплохо, но наука отвергла этот вариант решения проблемы и предложила искать корень идентичности в физическом теле. Учёные грезили мечтой найти что-то на микроскопическом уровне, что отличало бы одного человека от другого.
Хорошо, что наука — штука точная. Поэтому, когда мы говорим «что-то на микроскопическом уровне», мы, конечно же, имеем в виду самые маленькие кирпичики нашего тела — молекулы и атомы.
Однако эта дорожка более скользкая, чем может показаться на первый взгляд. Представьте себе Мартена Герра, например. Мысленно приближайтесь к нему. Лицо, кожа, поры… идём дальше. Приблизимся максимально, будто у нас на вооружении есть самая мощная техника. Что мы обнаружим? Электрон.
Элементарная частица в коробке
Герр был сделан из молекул, молекулы — из атомов, атомы состоят из элементарных частиц. Последние сделаны «из ничего», они основные строительные блоки материального мира.
Электрон — это точка, которая буквально не занимает никакого пространства вообще. Каждый электрон определяется исключительно массой, спином (моментом импульса) и зарядом. Это всё, что нужно знать, чтобы описать «личность» электрона.
Что это значит? Например, то, что каждый электрон выглядит точно так же, как и любой другой, без малейшего различия. Они абсолютно идентичны. В отличие от Мартена Герра и его двойника, электроны похожи настолько, что являются полностью взаимозаменяемыми.
У этого факта есть довольно занимательные последствия. Представим, что у нас есть элементарная частица А, которая отличается от элементарной частицы Б. Кроме того, мы разжились двумя коробками — первой и второй.
Ещё мы знаем, что каждая частица должна находиться в какой-либо из коробок в любой момент времени. Так как мы помним, что частицы А и Б отличаются друг от друга, то получается, что есть всего четыре варианта развития событий:
- А лежит в коробке 1, Б лежит в коробке 2;
- А и Б лежат вместе в коробке 1;
- А и Б лежат вместе в коробке 2;
- А лежит в коробке 2, Б лежит в коробке 1.
Получается, что вероятность найти сразу две частицы в одной коробке равна 1:4. Отлично, с этим разобрались.
Но что, если частицы А и Б не отличаются ничем? Какова вероятность найти две частицы в одной коробке в этом случае? Удивительно, но наше мышление безошибочно определяет: если две частицы идентичны, то вариантов развития событий всего три. Ведь нет никакой разницы между тем случаем, когда А лежит в коробке 1, Б лежит в коробке 2, и случаем, когда Б лежит в коробке 1, А лежит в коробке 2. Значит, вероятность равна 1:3.
Экспериментальная наука подтверждает, что микромир подчиняется вероятности 1:3. То есть, если бы вы заменили электрон А на любой другой, Вселенная не заметила бы разницы. И вы тоже.
Хитрые электроны
Фрэнк Вильчек (Frank Wilczek), физик-теоретик из Массачусетского технологического института, лауреат Нобелевской премии, пришёл к такому же выводу, как и мы с вами только что. Этот результат учёный считает не просто интересным. Вильчек заявил: тот факт, что два электрона являются абсолютно неразличимыми, — это самый глубокий и важный вывод из квантовой теории поля.
Контрольный выстрел — явление интерференции, которое «предаёт» электрон и показывает нам его тайную жизнь. Видите ли, если сидеть и пристально смотреть на электрон, то он ведёт себя как частица. Стоит вам отвернуться, и он проявляет свойства волны. Когда две такие волны перекрываются, они усиливают или ослабляют друг друга. Только стоит учитывать, что мы имеем в виду не физическое, а математическое понятие волны. Они переносят не энергию, а вероятность — влияют на статистические результаты эксперимента. В нашем случае — на вывод из опыта с двумя коробками, в котором мы получили вероятность 1:3.
Интересно, что явление интерференции возникает только тогда, когда частицы действительно идентичны. Эксперименты показали, что электроны абсолютно одинаковые: интерференция возникает, а значит, эти частицы неразличимы.
К чему это всё? Вильчек говорит, что идентичность электронов — это именно то, что делает наш мир возможным. Без этого не существовало бы химии. Материю невозможно было бы воспроизвести.
Если бы между электронами существовала хоть какая-то разница, всё бы разом превратилось в хаос. Их точная и однозначная природа является единственной основой для того, чтобы этот полный неопределённостей и ошибок мир существовал.
Хорошо. Допустим, один электрон невозможно отличить от другого. Но мы же можем положить один в первую коробку, другой — во вторую и сказать: «Вот этот электрон лежит здесь, а тот — вон там»?
«Нет, не можем», — говорит профессор Вильчек.
Как только вы разложите электроны по коробкам и отвернётесь, они перестанут быть частицами и станут проявлять волновые свойства. Это значит, что они станут бесконечно протяжёнными. Как бы странно это ни звучало, но возникает вероятность найти электрон везде. Не в том смысле, что он находится сразу во всех точках, а в том, что у вас есть небольшой шанс найти его в любом месте, если вы вдруг решите повернуться обратно и начать его искать.
Понятно, что представить это довольно сложно. Но зато появляется ещё более интересный вопрос.
Это электроны такие хитрые или пространство, в котором они находятся? А что тогда происходит со всем, что находится вокруг нас, когда мы отворачиваемся?
Самый сложный параграф
Оказывается, найти два электрона всё-таки можно. Проблема только в том, что вы не можете сказать: вот волна первого, вот волна второго электрона, и все мы находимся в трёхмерном пространстве. Это не работает в квантовой механике.
Вам придётся сказать, что есть отдельная волна в трёхмерном пространстве для первого электрона и есть вторая волна в трёхмерном пространстве для второго. В итоге получается — крепитесь! — шестимерная волна, которая связывает два электрона воедино. Звучит ужасно, но зато мы понимаем: эти два электрона уже не болтаются неизвестно где. Их позиции чётко определены, а точнее, связаны этой шестимерной волной.
В общем, если раньше мы думали, что существует пространство и вещи в нём, то с учётом квантовой теории придётся слегка изменить своё представление. Пространство здесь — это лишь способ описать взаимные связи между предметами, например электронами. Поэтому и устройство мира мы не можем описать как свойства всех вместе взятых частиц, из которых он состоит. Всё немного сложнее: нам придётся изучать связи между элементарными частицами.
Как видим, из-за того, что электроны (да и остальные элементарные частицы) абсолютно одинаковы между собой, само понятие идентичности рассыпается в прах. Получается, делить мир на составляющие — неверно.
Вильчек говорит, что все электроны идентичны. Они являются проявлением одного поля, которое пронизывает всё пространство и время. Физик Джон Арчибальд Уилер (John Archibald Wheeler) думает иначе. Он считает, что изначально был один электрон, а все остальные — это всего лишь его следы, пронизывающие время и пространство. «Что за бред! — можно воскликнуть в этом месте. — Учёные же фиксируют электроны!»
Но есть одно но.
А вдруг это всё иллюзия? Электрон существует везде и нигде. Материальной формы у него нет. Что делать? И что тогда представляет собой человек, который состоит из элементарных частиц?
Ни капли надежды
Мы хотим верить, что каждая вещь — это нечто большее, чем сумма составляющих её частиц. Что, если бы мы удалили заряд электрона, его массу и спин и получили нечто в остатке, его идентичность, его «личность». Мы хотим верить в то, что существует нечто, делающее электрон электроном.
Пусть даже статистика или эксперимент не могут раскрыть сущность частицы, мы хотим верить в неё. Ведь тогда есть и то, что делает каждого человека неповторимым.
Допустим, не было бы никакого отличия между Мартеном Герром и его двойником, но один из них бы тихо улыбался, зная, что именно он настоящий.
Очень хочется в это верить. Но квантовая механика абсолютно бессердечна и не позволит нам думать о всякой чуши.
Не обманывайте себя: если бы у электрона была своя индивидуальная сущность, мир превратился бы в хаос.
Ладно. Раз электроны и другие элементарные частицы не очень-то существуют, то почему существуем мы?
Теория первая: мы снежинки
Одна из идей состоит в том, что элементарных частиц в нас очень много. Они образовывают сложную систему в каждом из нас. Похоже, то, что мы все разные, — следствие того, как именно выстраивается наше тело из этих элементарных частиц.
Теория странная, но красивая. Ни одна из элементарных частиц не обладает своей индивидуальностью. Но вместе они формируют неповторимое строение — человека. Если хотите, мы подобны снежинкам. Понятно, что все они вода, но узор каждой неповторим.
Ваша сущность — это то, как в вас организованы частицы, а не то, из чего именно вы состоите. Клетки в нашем теле постоянно меняются, а значит, единственное, что имеет значение, — это структура.
Теория вторая: мы модели
Есть и другой вариант ответа на вопрос. Американский философ Дэниел Деннет (Daniel Dennett) предложил заменить понятие «вещь» термином «реальная модель». По мнению Деннета и его последователей, нечто реально, если его теоретическое описание можно продублировать более кратко — в двух словах с помощью простого описания. Чтобы объяснить, как это работает, возьмём для примера кота.
sburke2478/Flickr.comИтак, у нас есть кот. Технически мы можем воссоздать его на бумаге (или виртуально), описав положение каждой частицы, из которой он состоит, и составить таким образом схему кота. С другой стороны, мы можем поступить иначе: просто сказать «кот». В первом случае нам нужны огромные вычислительные мощности, чтобы не только создать образ кота, но и, допустим, заставить его двигаться, если мы говорим о компьютерной модели. Во втором нам нужно просто вдохнуть поглубже и сказать: «Кот прошёлся по комнате». Кот — это реальная модель.
Возьмём другой пример. Представьте себе композицию, которая состоит из мочки левого уха, самого крупного слона в Намибии и музыки Майлза Дэвиса (Miles Davis). Чтобы создать этот объект вычислительными методами, потребует масса времени. Но столько же у вас займёт и словесное описание этого фантастического монстра. Сократить не получится, сказать двумя словами тоже, потому что такая композиция нереальна, а значит, не существует. Это не является реальной моделью.
Получается, мы лишь сиюминутная структура, которая возникает под взглядом смотрящего. Физики подливают масла в огонь и говорят, что, возможно, в финале окажется, что мир вообще сделан из ничего. Пока что нам остаётся указывать друг на друга и мир вокруг себя, описывая всё словами и раздавая имена. Чем сложнее модель, тем сильнее нам приходится сжимать её описание, делая её реальной. Возьмём, к примеру, человеческий мозг — одну из самых сложных систем во Вселенной. Попробуйте его описать в двух словах.
Попробуйте описать его одним словом. Что получится?
«Я».
Ученые подтвердили, что «квантовый вампир» не отбрасывает тени 
Ученые получили прямое экспериментальное подтверждение того, что уничтожение фотона в части пучка света не изменяет форму профиля пучка (т. е. «не отбрасывает тень»), но при этом может изменять его яркость. Ранее этот эффект демонстрировался только в упрощенном режиме, когда пучок разделялся на два канала, и удаление фотонов в одном канале приводило к изменениям в другом.
Статья исследователей Direct test of the «quantum vampire’s» shadow absence with use of thermal light, подготовленная группой физиков Центра квантовых технологий физического факультета Московского государственного университета вышла в журнале Optics Letters.Для подтверждения эффекта «квантового вампира» физики ЦКТ создали установку, в которой из части теплового пучка, имеющей форму вампира, удалялся один фотон. Для сравнения рассматривалась также ситуация, когда в той же области происходило классическое поглощение света, приводящее к тому, что в среднем один фотон терялся. Если в классическом случае профиль пучка изменялся, и «была видна тень», то в квантовом — при уничтожении одного фотона никакой тени не было.
Напомним, что «квантовым вампиром» называется эффект, заключающийся в том, что при определенных условиях тело, которое находится на пути у света, «не отбрасывает тени». Если в повседневной жизни мы привыкли к тому, что любой объект, встающий на пути у части потока света, вызывает тень (провал освещенности), то в квантовом мире, если объект устроен таким образом, что поглощает ровно один фотон, вместо «образования тени» за преградой происходит проседание или увеличение освещенности (в зависимости от свойств источника излучения) по всей площади светового пучка.
Эффект позволяет лучше понять — на интуитивном уровне — как работает оператор уничтожения фотона, лежащий в основе квантовой механики, и практически использующийся в большом количестве различных приложений и технологий. Например, его можно применять для физического моделирования квантового теплового двигателя или фотонного демона Максвелла. Отщепление фотона позволяет увеличить чувствительность интерферометров тепловых полей, расширить возможности оптических квантовых вычислений и повысить эффективность систем квантового распределения ключа.
Впервые эффект «квантового вампира» был экспериментально обнаружен группой Александра Львовского. Ученые провели пробный эксперимент, при котором один или два фотона разделялись светоделителем на два канала, затем в одном из каналов реализовывалось условное уничтожение одного фотона, и это приводило к тому, что фотон уничтожался одновременно в обоих пучках.Позже сотрудники ЦКТ в своей работе 2018 года доказали, что этот эффект будет выполняться не только для квантовых состояний света с заданным числом фотонов, но и для классического света от теплового источника, то есть не имеет истинно квантовой природы.
Видео дня. «Доктор Франкенштейн» на свободе: лже-хирурга отпустили
Читайте также
Квантовая Нарния. Тень и реальность
Квантовая Нарния
Многим из нас известно из научно-популярных журналов и книг, что квантовая теория предполагает существование так называемых «альтернативных миров», оказывающих влияние на наш мир.[10] Предположим, Люси вместо того, чтобы просто заявить о том, что она видела Нарнию, говорит своему брату и сестре: «Физики утверждают, что структура всего сущего основана на математических законах. Они также утверждают, что в математических изменениях существует бесконечное множество иных миров. Учитывая бесконечное число возможностей, я заявляю, что один из этих параллельных миров называется Нарнией». Профессор подтверждает, что она права. Но Питер возражает: «Неужели вы и вправду думаете, что другие миры могут существовать совсем рядом, например в шкафу?» – «В этом нет ничего невероятного», – отвечает профессор.
– Питер, – вступает в разговор Люси – ты должен внимательно отнестись к словам профессора. Это не сказки. Это наука. Ты справедливо сомневался, в первый раз услышав от меня о Нарнии. Но добавь немного физики, и ты увидишь все в другом свете. Мы столько слышали о чудесах квантового мира, что в середине девяностых годов просто смешно сомневаться в том, что Нарния существует.
Сегодня многие образованные люди будут склонны согласиться с Люси. Но у Питера рассказ о Нарнии, приправленный цитатами из квантовой механики, по-прежнему не вызывает доверия. И на это есть свои причины.
– Даже если я скажу, что верю тебе, я все равно не увижу Нарнию своими глазами. Специалисты по квантовой механике утверждают, что альтернативные миры совершенно не связаны друг с другом. Сообщение между ними невозможно. Человек не может покинуть один мир и посетить другой, мы даже не можем хотя бы одним глазком взглянуть на жизнь в других мирах.[11] Ты не только не можешь показать мне Нарнию, ты даже не можешь предоставить мне убедительные доказательства для того, чтобы я поверил в ее существование, потому что я как ребенок никогда не смогу воспроизвести математические доказательства сам. Выходит, вы подсовываете мне самое старое доказательство ipse dixit, что и раньше!
– Успокойся, Питер, – терпеливо произносит профессор, голос которого звучит по-отечески тепло. – Первоначально в рассказе Люси единственным доказательством существования Нарнии было ее непосредственное восприятие. Мы не можем ему доверять, потому что людям свойственно ошибаться. Но разум совершеннее чувственного восприятия. Таким образом, квантовое объяснение – это доказательство более высокого уровня. Поскольку твое восприятие также не заслуживает доверия, ты не имеешь права апеллировать к нему, чтобы оспорить логику и разум. Даже если ты не в состоянии понять квантовый метод, он обладает собственным авторитетом, отличным от доказательства ipse dixit.
– Профессор, вы утверждаете, что существование квантовой Нарнии – это несомненный факт?
– Питер, я только сказал, что нет ничего более вероятного. Я не гарантирую истинности этого утверждения. Дело в том, что научная логика имеет собственный авторитет, который заслуживает того, чтобы к нему прислушивались и ему следовали, молодой человек.
– Разумеется, сэр, научная логика более развита, чем разум маленькой девочки, но мне кажется, что вы упускаете из виду одно важное обстоятельство. Если мы просто верим в научные теории, не проверяя их истинности, то мы наделяем ученых властью носителей истины в последней инстанции, что гораздо больше, чем просто теоретическая власть. Теоретический авторитет означает, что я соглашаюсь выслушать ваши доказательства, независимо от того принимаю я их или нет. Но авторитет носителя истины в последней инстанции предполагает, что вы сообщаете установленные факты, которые я, как школьник, должен принимать всерьез, если я хочу обрести знание. Вы признаёте, что не можете гарантировать истинность вашего рассказа о Нарнии. У вас нет экспериментальных свидетельств того, что Нарния существует. И тем не менее вы ждете от меня признания вашего авторитета как носителя истины. Но откуда мне знать, что вы говорите правду?
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
| Из книги «Структура реальности». … Мне кажется, или у теорфизика Дэвида Дойча какой-то уж больно упорото-художественный взгляд на двухщелевой опыт и Эверетта? Если я ошибаюсь и зазря «гоню» на достойного человека , объясните в комментариях, чем триллион необнаружимых теневых фотонов отличаются от чайника Рассела и порекомендуйте литературу по теневым фотонам. «… Таким образом, если фотоны не расщепляются на фрагменты и отклоняются Именно фотонами они и являются, хотя на данный момент представляется, что Первые мы можем увидеть или обнаружить |
«Квантовый вампир» и правда не отбрасывает тени
Иллюстрация эффекта «квантового вампира».В журнале Optics Letters вышла статья Direct test of the «quantum vampire’s» shadow absence with use of thermal light, подготовленная группой физиков Центра компетенций НТИ по квантовым технологиям на базе МГУ.
Учёные получили прямое экспериментальное подтверждение того, что уничтожение фотона в части пучка света не изменяет форму профиля пучка (то есть «не отбрасывает тень»), но при этом может изменять его яркость. Ранее этот эффект демонстрировался только в упрощённом режиме, когда пучок разделялся на два канала и удаление фотонов в одном канале приводило к изменениям в другом.
Для подтверждения эффекта «квантового вампира» физики создали установку, в которой из части теплового пучка, имеющей форму вампира, удалялся один фотон. Для сравнения рассматривалась также ситуация, когда в той же области происходило классическое поглощение света, приводящее к тому, что в среднем один фотон терялся. Если в классическом случае профиль пучка изменялся и «была видна тень», то в квантовом — при уничтожении одного фотона никакой тени не было (см. рис).
Напомним, что «квантовым вампиром» называется эффект, заключающийся в том, что при определённых условиях тело, которое находится на пути у света, «не отбрасывает тени». Если в повседневной жизни мы привыкли к тому, что любой объект, встающий на пути у части потока света, вызывает тень (провал освещённости), то в квантовом мире, если объект устроен таким образом, что поглощает ровно один фотон, вместо «образования тени» за преградой происходит проседание или увеличение освещённости (в зависимости от свойств источника излучения) по всей площади светового пучка.
Эффект позволяет лучше понять — на интуитивном уровне — как работает оператор уничтожения фотона, лежащий в основе квантовой механики и практически использующийся в большом количестве различных приложений и технологий. Например, его можно применять для физического моделирования квантового теплового двигателя [1] или фотонного демона Максвелла [2]. Отщепление фотона позволяет увеличить чувствительность интерферометров тепловых полей [3], расширить возможности оптических квантовых вычислений [4] и повысить эффективность систем квантового распределения ключа [5].
Впервые эффект «квантового вампира» был экспериментально обнаружен группой Александра Львовского [6]. Учёные провели пробный эксперимент, при котором один или два фотона разделялись светоделителем на два канала, затем в одном из каналов реализовывалось условное уничтожение одного фотона, и это приводило к тому, что фотон уничтожался одновременно в обоих пучках.
Позже сотрудники Центра квантовых технологий МГУ в работе 2018 года [7] доказали, что этот эффект будет выполняться не только для квантовых состояний света с заданным числом фотонов, но и для классического света от теплового источника. Это позволило существенно упростить эксперимент по проверке того, что оператор уничтожения фотонов не отбрасывает тени.
Литература
- Hloušek J., Ježek M., Filip R. Work and information from thermal states after subtraction of energy quanta // Sci. Rep. 2017 Vol. 7, № 1 P. 13046
- Vidrighin M.D. et al. Photonic Maxwell’s Demon // Phys. Rev. Lett. 2016 Vol. 116, № 5 P. 50401
- Hashemi Rafsanjani S.M. et al. Quantum-enhanced interferometry with weak thermal light // Optica. 2017 Vol. 4, № 4 P. 487
- Andersen U.L. et al. Hybrid discrete- and continuous-variable quantum information // Nat. Phys. 2015 Vol. 11, № 9 P. 713—719.
- Huang P. et al. Performance improvement of continuous-variable quantum key distribution via photon subtraction // Phys. Rev. A — At. Mol. Opt. Phys. 2013 Vol. 87, № 1 P. 1—7.
- I. A. Fedorov, A. E. Ulanov, Y. V. Kurochkin, and A. I. Lvovsky, Optica 2, 112 (2015).
- K. G. Katamadze, G. V Avosopiants, Y. I. Bogdanov, and S. P. Kulik, Optica 5, 723 (2018).