Квантовая реальность © Generated by AI (DALL·E 3 by OpenAI) is licensed under Free for commercial use (OpenAI License) Дмитрий Грачёв Опубликована сегодня в 9:03 Физики нашли неожиданную проблему: квантовые часы тратят невероятно много энергии только из-за наблюдения Эксперимент пересмотрел представления об энергии квантовых измерений — группа Оксфордского университета Часы — от простых маятников до современных атомных — работают за счёт процессов, которые необратимы по своей природе. Но на квантовом уровне, где всё подчинено принципам суперпозиции и обратимости, измерение времени превращается в крайне непростую задачу. Новое исследование переворачивает привычное представление о том, сколько энергии требуется, чтобы "считать время" в квантовой системе. По словам Марии Кашиной, физика-теоретика и специалиста по квантовой информации, результаты эксперимента меняют основу понимания природы времени и энергетических затрат измерения. Почему квантовые часы сложнее обычных Обычные часы опираются на процессы, которые необратимы: потеря энергии, трение, затухание. На квантовом уровне подобные процессы выражены гораздо слабее. Поэтому считывание квантового состояния — уже само по себе вмешательство, меняющее систему. Именно это делает создание энергоэффективных квантовых часов критически важным — особенно для будущих квантовых сенсоров, навигационных систем и сверхточных измерительных устройств. До недавнего времени термодинамическая стоимость считывания квантового времени оставалась туманной: считалось, что затраты малы и незначительны. Но эксперимент показал, что это заблуждение. Как ученые создали экспериментальные квантовые часы Для изучения энергетических затрат была построена микроскопическая модель часов. Их роль играла двойная квантовая точка — структура из двух наноразмерных областей, между которыми перескакивали электроны. Каждый скачок выступал в качестве "тика". Чтобы зарегистрировать эти тики, использовали два метода: Измерение слабых электрических токов, возникающих при перемещении электрона. Мониторинг радиоволнами, позволяющий фиксировать изменения в системе без прямого контакта. В обоих случаях квантовые сигналы преобразовывались в классические — тот самый квантово-классический переход, являющийся основой любого измерения. Учёные рассчитали энтропию — количество рассеиваемой энергии — как для самих квантовых часов, так и для приборов, которые считывали данные. Эти результаты опубликовали в Physical Review Letters. Таблица: обычные часы vs квантовые часы Параметр Квантовые технологии Что говорят участники исследования "Предполагалось, что квантовые часы, работающие в мельчайших масштабах, позволят снизить энергозатраты на измерение времени, но наш эксперимент показывает неожиданный поворот. Оказывается, в квантовых часах стоимость считывания тиков намного превосходит стоимость работы их механизма", — подчеркнула Наталия Арес. "Наши результаты позволяют предположить, что энтропия, производимая при усилении и измерении тиков часов, которой часто пренебрегали в научной литературе, является наиболее важной и фундаментальной термодинамической стоимостью измерения времени в квантовом масштабе… Следующий шаг — понять принципы, определяющие эффективность наноразмерных устройств", — добавил Вивек Вадхия. Почему энергия считывания настолько велика В классических устройствах измерение почти ничего "не стоит": мы смотрим на стрелки часов, и они не расходуют от этого энергию. В квантовых системах всё иначе. Чтобы превратить слабый квантовый сигнал (скачок электрона) в измеримую величину, нужны мощные усилители, сложные датчики и надежная система регистрации. Именно эта стадия — усиление — и создаёт огромную энтропию. Получается, что квантовые часы сами по себе энергоэффективны. Но их наблюдение — крайне энергозатратный процесс. Ошибка → Последствие → Альтернатива Ошибка: считать, что измерение в квантовой системе всегда дешёвое. Последствие: неверные модели энергопотребления квантовых устройств. Альтернатива: учитывать стоимость квантово-классического перехода. Ошибка: полагать, что чем меньше система, тем она эффективнее. Последствие: неверные прогнозы по миниатюризации технологий. Альтернатива: оптимизировать именно процедуры измерения. Ошибка: игнорировать энтропию усилителей. Последствие: недооценка тепловых потерь и перегрузка системы. Альтернатива: создавать новые схемы энергоэффективных датчиков. А что если… Что если научиться измерять время без усилителей? Квантовые технологии продвинутся на десятилетия вперёд: навигация, квантовые сенсоры, телекоммуникации станут сверхэффективными. Что если заменить измерение другими методами? Теоретически возможно использовать косвенные параметры — например, распределение энергии системы. Что если время действительно зависит от наблюдателя? Этот вывод поддерживает многие интерпретации квантовой механики, включая информационные подходы. Последствия для квантовых технологий Открытие имеет несколько ключевых следствий: Необходимо создавать новые способы считывания квантовых сигналов. При проектировании квантовых устройств следует учитывать термодинамическую стоимость измерений. Возможно появление автономных квантовых часов, работающих ближе к биологическим принципам. Понимание роли наблюдателя позволяет по-новому взглянуть на природу времени. Плюсы и минусы квантовых часов Аспект Source: https://www.newsinfo.ru/articles/fiziki-nashli-1pt/949374/