|
Использование стимпанка для объяснения квантовой физики
|
|
|
|
Какое отношение квантовые компьютеры имеют к заполненным смогом лондонским улицам, летающим подводным лодкам, жилетам, нижним юбкам, мистериям Шерлока Холмса и медным очкам? Многое, по словам Николь Юнгер Халперн. На прошлой неделе физик-теоретик присоединился к Джейкобу Барандесу, содиректору аспирантуры по физике, чтобы обсудить ее новую книгу «Квантовый стимпанк: физика вчерашнего дня и завтрашнего дня». В нем Юнгер Халперн анализирует новую отрасль науки - квантовую термодинамику, или, как она ее называет, квантовый стимпанк, - путем слияния стимпанковской фантастики с документальной литературой и термодинамики викторианской эпохи (тепло и энергия, приводящие в действие паровые двигатели) с квантовой физикой. Юнгер Халперн представляет причудливую линзу, через которую читатели могут наблюдать «научную революцию, происходящую в реальном времени», как сказал Барандес, исследуя тайны, которые даже Холмс не может надеяться разгадать, например, почему время течет только в одном направлении.
|
|
|
|
«Это слияние старого и нового создает прекрасное чувство ностальгии и приключений, романтики и исследований», - сказал Юнгер Халперн во время виртуальной научной беседы в Гарварде, представленной Отделением науки университета, Научной библиотекой Кэбота и Книжным магазином Гарварда. В стимпанке, продолжила она, «поклонники наряжаются в костюмы, полные цилиндров, очков и механизмов, и собираются на съездах. О чем они мечтают, у меня есть огромная привилегия иметь возможность жить». Юнгер Халперн, сотрудник Объединенного центра квантовой информации и компьютерных наук и адъюнкт-профессор Мэрилендского университета, использует стимпанк, сочетающий викторианский стиль и футуристические технологии, чтобы познакомить читателей со сложным и фантастическим миром квантовой термодинамики. Новая область объединяет квантовую физику, информатику и энергетику для изучения новых способов питания автомобилей, зарядки аккумуляторов, шифрования информации и охлаждения квантовых компьютеров.
|
|
|
«Как мы можем распространить викторианскую теорию термодинамики с больших повседневных систем, таких как паровые двигатели, на небольшие квантовые системы и системы обработки информации?» - спросил Юнгер Халперн, а затем ответил: «Мы возвращаемся в прошлое и направляемся в будущее». Чтобы направить их разговор, Барандес сосредоточился на способности Юнгера Халперна причудливо объяснять плотные квантовые концепции. В то время как «Квантовый стимпанк» в основном представляет собой документальную литературу, Юнгер Халперн представляет каждую главу вымышленной сказкой в стиле стимпанк с участием персонажей с такими именами, как Одри и Бакстер. Это не просто ученые-отщепенцы викторианской эпохи, летающие на дирижаблях и возящие машины времени; это стимпанк-версии Алисы и Боба - псевдонимы, которые ученые обычно дают квантовым частицам, чтобы упростить описание их поведения.
|
|
|
|
Чтобы представить множество абстрактных определений своей области, Юнгер Халперн создала целый зверинец метафор. Например, она сравнивает слабые квантовые измерения, используемые для исследования квантовой системы, не вызывая ее возмущения, с колибри, «которая очень мягко садится вам на плечо», - сказал Юнгер Халперн. Для интегральной концепции энтропии Юнгер Халперн опирался на еще одну птицу, а точнее на ворона Эдгара Аллана По. Энтропия - это просто мера неопределенности. В очень узкой области квантовой физики ученые должны распутать больше энтропий или неопределенностей, чтобы получить контроль над квантовыми частицами. В более крупных системах с большим количеством частиц, таких как паровые двигатели, все меньше и меньше значения энтропии.
|
|
|
|
«Это напомнило мне отрывок из «Ворона», - сказал Юнгер Халперн, прежде чем приступить к декламации нескольких строф знаменитого стихотворения По. "Возможно, это нестандартный способ сказать, что все эти квантовые энтропии сводятся к одной в обычной термодинамике". Прежде чем задать свой следующий вопрос, Барандес вскочил, чтобы продолжить с того места, на котором остановился Юнгер Халперн, прочитав еще одну строфу «Ворона» с почти квантовой скоростью. («Моя жена закатывает глаза», - сказал он, когда по завершении обсуждения Юнгер Халперн предложил им объединиться для более продолжительного чтения в рамках Месяца поэзии.)
|
|
|
|
Барандес также попросил Юнгера Халперна порассуждать о будущем квантовых компьютеров и о том, когда они станут глобальными. По словам Юнгера Халперна, такие машины могут делать больше за меньшие деньги, а это означает, что они могут решать гораздо более сложные задачи быстрее и с меньшими ресурсами, чем классические компьютеры. Ранее в своем выступлении Юнгер Халперн показала фотографию современного квантового компьютера, который, как хорошая машина в стиле стимпанк, выглядел как искусно сплетенная паутина из хрупких металлов. Но эта штуковина, объяснила она, была всего лишь компьютерным холодильником; Квантовый компьютер представлял собой крошечный уязвимый чип, расположенный в центре, как драгоценности в короне Лондонского Тауэра.
|
|
|
|
Хотя до этого еще несколько десятилетий, Юнгер Халперн сказал, что квантовые компьютеры могут декодировать потоки трафика или почти непроницаемое шифрование. Но, по ее словам, «не все задачи хорошо подходят для квантовых компьютеров. Например, я не рекомендую делать налоги на одном из них». И хотя она не видит такого аналитического гиганта в каждом домашнем офисе, она признала, что сегодняшние физики сделали открытия, которые основатели квантовой теории считали невозможными. «Я очень надеюсь, - сказал Юнгер Халперн, - что квантовые компьютеры улучшат нашу жизнь так, как мы сегодня не можем себе представить». Или, если взять викторианское стихотворение По, которое она читала несколько минут назад: «Я стояла там… и мне снились сны, которые ни один смертный не осмеливался видеть раньше».
|
|
|
|
Источник
|
