Цифровая революция. Преимущества и риски. Искусственный интеллект и интернет всего

Не вдаваясь в подробное объяснение квантовой механики, стоит кратко обсудить несколько ключевых основополагающих принципов, которые помогут понять потенциальное применение квантовых технологий.

Квантовые технологии используют физические явления на атомном и субатомном уровнях. В основе квантовой механики лежит то, что в этом атомном масштабе мир «вероятностен», а не «детерминирован».

Это понятие вероятности стало предметом всемирно известных дебатов между Альбертом Эйнштейном и Нильсом Бором на пятой Сольвеевской конференции по физике, состоявшейся в октябре 1927 года в Брюсселе. Конференция собрала 29 самых известных физиков того времени (17 из них позже стали лауреатами Нобелевской премии), чтобы обсудить на тот момент недавно сформулированную квантовую теорию.

В так называемых «дебатах века» во время Сольвеевской конференции 1927 года Нильс Бор защищал новую теорию квантовой механики, сформулированную Вернером Гейзенбергом, тогда как Альберт Эйнштейн пытался отстоять детерминированную парадигму причины и следствия. Альберт Эйнштейн заявил, что «Бог не играет в кости», после чего Нильс Бор возразил: «Эйнштейн, перестань указывать Богу, что делать».

В настоящее время научное сообщество соглашается с тем, что Нильс Бор выиграл дебаты. Это означает, что в нашем мире нет фиксированного сценария, основанного на причине и следствии, но на самом деле все зависит от случая. Другими словами, вы можете знать все, что нужно знать о Вселенной, и при этом не знать, что будет дальше.

Эта новая вероятностная парадигма привела к лучшему пониманию некоторых ключевых свойств квантовых частиц, которые лежат в основе квантовых технологий, в первую очередь «суперпозиции» и «запутанности». Улучшенное понимание этих фундаментальных квантовых принципов – вот что стимулировало развитие квантовых технологий следующего поколения: квантового зондирования, квантовой связи и квантовых вычислений.

Ключевые принципы, лежащие в основе квантовой механики

Настоящие и будущие приложения

В то время как квантовые вычисления вызвали наибольший ажиотаж вокруг квантовых технологий, существует уже целый мир квантового восприятия и квантовой коммуникации. Этот мир – увлекательный и многообещающий.

Квантовое зондирование

Квантовые сенсоры основаны на ультрахолодных атомах или фотонах, тщательно управляемых с помощью суперпозиции или запутывания в определенных «квантовых состояниях». Используя тот факт, что квантовые состояния чрезвычайно чувствительны к возмущениям, квантовые датчики могут измерять крошечные различия во всех видах свойств, таких как температура, ускорение, сила тяжести или время.

Квантовое зондирование может изменить нашу технологию измерения и обнаружения. Оно не только обеспечивает более точные и чувствительные измерения, но и открывает возможности для измерения вещей, которые мы никогда раньше не могли измерить. Квантовые датчики могут позволить нам точно узнать, что лежит у нас под ногами с помощью картографирования под землей; обеспечить системы раннего предупреждения об извержениях вулканов; позволить автономным системам «заглядывать» за угол; и предоставить портативные сканеры, которые отслеживают активность мозга человека.

В то время как квантовые технологии могут показаться технологиями далекого будущего, первые квантовые датчики фактически уже представлены на рынке (например, атомные часы и гравиметры). Забегая вперед, мы можем ожидать, что в течение ближайших пяти-семи лет станет доступно больше приложений квантового зондирования, включая устройства квантовой навигации и синхронизации (PNT), а также технологии квантовых радаров в качестве приложений, на которые следует обратить внимание.

Квантовая коммуникация

Потенциал квантовой связи основан на ее обещании обеспечить «сверхбезопасную» передачу данных, потенциально даже полностью невзламываемую. В настоящее время обмен данными основан на потоках электрических сигналов, представляющих собой «1» и «О», проходящих по оптиковолоконным кабелям. Хакер, которому удается подключиться к этим кабелям, может считывать и копировать эти биты. С другой стороны, в квантовой связи передаваемая информация кодируется в квантовой частице в виде суперпозиции «1» и «О», так называемый кубит. Из-за чувствительности квантовых состояний к внешним возмущениям всякий раз, когда хакер пытается перехватить передаваемую информацию, кубит «схлопывается» до «1» или «О», тем самым уничтожая квантовую информацию и оставляя лишь подозрительный след.