Открытия и «закрытие»: что происходило в физике в 2023 году

В конце года принято подводить итоги. «Вокруг света» решил предоставить слово людям, которые занимаются непосредственно наукой, — чтобы они смогли поделиться самыми захватывающими событиями 2023 года. О достижениях и разочарованиях физиков рассказывает директор Института физики и квантовой инженерии университета МИСИС Алексей Федоров.

В уходящем году физики получили немало интересных результатов, как положительных, так и отрицательных (что тоже важно для науки).

1. С рекордной точностью измерили магнитный момент электрона

Каждый электрон представляет собой крошечный магнит. Магнитный момент — величина, характеризующая это его свойство. В 2023 году удалось измерить его с погрешностью всего 0,13 частей на триллион. Это в два с лишним раза точнее предыдущего измерения!

Насколько мы знаем, электрон не состоит ни из каких более мелких компонентов, это один из фундаментальных кирпичиков материи. Поэтому досконально знать его свойства невероятно важно. У физиков есть поговорка, что открытия начинаются с нового знака после запятой. Чем точнее мы измеряем физические величины в эксперименте, тем строже можем проверять теории. А когда теория расходится с экспериментом, тут-то и начинается прорыв в неизвестное.

2. Китайский квантовый компьютер «Цзючжан 3.0» решил задачу, на которую суперкомпьютеру, по оценкам ученых, потребовалось бы до 30 млрд лет

Квантовый компьютер оперирует не битами, а квантовыми битами, сокращенно кубитами. Физически кубит — это микроскопический объект, живущий по законам квантовой механики. Его можно сделать из маленького сверхпроводящего кольца, отдельного атома или иона.

Чем кубиты лучше битов? Во-первых, бит может хранить только ноль или единицу, а кубит — любое промежуточное число. Но есть «во-вторых», и оно гораздо важнее. Дело в том, что n битов хранят n чисел, а n кубитов — 2ⁿ (два в энной степени) чисел. То есть 40 битов дают возможность работать с 40 числами, а 40 кубитов — с 2⁴⁰ (порядка триллиона) чисел. Как говорится, почувствуйте разницу. Поэтому квантовый компьютер может решать задачи, с которыми даже мощный классический суперкомпьютер, по-видимому, не справится никогда.

Пока классические компьютеры давят количеством. Современные процессоры обрабатывают десятки миллиардов битов, а в лучших квантовых компьютерах пока всего лишь сотни кубитов. Сколько кубитов нужно квантовому компьютеру, чтобы безоговорочно превзойти обычный ноутбук? Есть разные оценки, от сотен и тысяч до миллионов и миллиардов. Все зависит от того, насколько стабильно будут работать кубиты, сколько ошибок они будут допускать. Кубит это очень уязвимое перед помехами устройство. Приходится «поручать» части кубитов перепроверять вычисления за другой частью. Тем не менее квантовые компьютеры уже справляются с некоторыми специально подобранными задачами лучше обычных компьютеров.

_{Фото: SHUTTERSTOCK / FOTODOM, ShanghaiEye / YouTube, Wirestock / Legion Media}

_{Материал опубликован в журнале «Вокруг света» № 10, декабрь-январь 2023/2024}