Эл аралык Квант жылынын урматына Австралиядагы Мельбурун университетинин улук изилдөөчүсү бул «сырдуу илим» эмне үчүн жашообуздун ар бир тармагында барган сайын маанилүү болуп баратканын түшүндүрөт.
Сиз муну азырынча байкай элек болушуңуз мүмкүн, бирок Бириккен Улуттар Уюму 2025-жылды Кванттык илим жана технологиянын Эл аралык жылы деп жарыялаган.
Бул чынында эле майрамдоого татыктуу окуя, анткени сиз ушул макаланы окуп жаткан электрондук түзмөк да кванттык кубулуштардын татаал колдонмолоруна негизделген.
Бул жыл жөн эле тандалган эмес. 2025-жыл – кванттык механика (кванттык физика деп да аталат) боюнча алгачкы илимий макалалар жарыяланганына 100 жыл толгон учур.
Ал изилдөөлөрдө фотон, электрон сыяктуу субатомдук бөлүкчөлөрдүн кыймылын жана өз ара аракетин сүрөттөп берген илимий принциптер негизделген. Бул бөлүкчөлөр – учурда зат жөнүндө түшүнүгүбүздү түзгөн эң майда бөлүкчөлөр.
Бир кылым өткөндөн кийин, кванттык механикага негизделген технологиялар азыр бардык жерде бар.
Уюлдук телефондор сыяктуу түзмөктөр кванттык электродинамика теориясынын өнүккөн колдонмолоруна таянат. Бул теория зат менен электромагниттик нурлануунун өз ара аракетин ар бир атомдун деңгээлинде сүрөттөйт.
Жөнөкөйлүк жана аныктын элеси
Колдонуучу үчүн электрондук түзмөктөр заманбап технологиянын туу чокусундай сезилет.
Сиздин мобилдик телефонуңуз дээрлик бардык нерсени кылууга жөндөмдүү, жаңылбас тактык менен иштеген машинадай көрүнөт.
Ал сизге физикалык түрдө тийүү талап кылынбаган технологияларды колдонуп иштейт. Болгону күйгүзүп-өчүрүү баскычы, сенсордук экран, үндү угуу жана берүү үчүн динамик менен микрофон жана батарейканы кубаттоо үчүн розетка керек.
Бирок бул жөнөкөйлүктүн элеси түзмөктөрдүн атомдук деңгээлде кантип иштээрин түшүнүүгө келгенде жоголот.
«Белгисиздик» деген сөз кванттык механикада так техникалык мааниге ээ жана бул жаңы технологияларды иштеп чыгууда тоскоолдук да, мүмкүнчүлүк да катары каралат.
Биз күнүмдүк жашообузда тааныш болуп калган анык нерселердин – мисалы, сенсордук экрандан күткөн реакциялардын өзү – кванттык механиканын татаалдыгы менен белгисиздигинин жамааттык жүрүм-турумунан келип чыгат.
Кванттык механиканын негизинде белгисиздик принциби турат.
Айрым негизги физикалык ченемдер бар – мисалы, бөлүкчөнүн абалы (позициясы) жана импульсу (кыймыл өлчөмү) – биз аларды бир убакта так өлчөй албайбыз.
Эгер электрондун кайда экенин так билсек, анын импульсу тууралуу эч нерсе биле албайбыз. Тескерисинче, эгер импульсун так билсек, анда электрондун кайда экенин так айта албайбыз.
Белгисиздик принциби айрым физикалык ченемдерди бир убакта так өлчөө мүмкүнчүлүгүн чектейт.
Эч бир эксперименттик ыкмалар – канчалык амалкөй же акылдуу болбосун-бул табият мыйзамын айланып өтө албайт.
Белгисиздик өнүгүүгө тоскоол эмес
Кванттык механикада аныктын ордуна ыктымалдуулук келет.
Биз убакыттын каалаган учурунда абал (позиция) жана импульс сыяктуу касиеттерди өлчөөдө кандай жыйынтыктарды алаарыбыз тууралуу ыктымалдуулук менен гана сүйлөй алабыз.
Кванттык механикалык система жөнүндө билишибиз мүмкүн болгон бардык маалыматтар толкундуу функция (wavefunction) деп аталган математикалык объектиде камтылган. Бул функция ыктымалдуулуктарды эсептөө үчүн, так аныкталган эрежелерге таянып колдонулат.
Бүгүнкү күндө биз бул толкундуу функцияларды алуу жана кванттык механиканын эрежелерин колдонуп, физикалык өлчөөлөрдүн натыйжаларын так алдын ала айтуу жагынан абдан ийгиликке жетиштик.
Мисалы, кванттык электродинамика (QED), бул теория эксперименттер менен салыштырганда, 1 триллиондон 1 бөлүк тактыкта тастыкталган.
Бул азыркыга чейин адамзат ойлоп тапкан эң так физикалык теория болуп турат.
Бирок физиктер менен философтордун арасында кванттык механиканын илимий теория катары ролу тууралуу так айырмаланган эки көз караш бар.
Айрымдар кванттык механиканы физикалык өлчөөлөрдү алдын ала айтууга жана түшүндүрүүгө арналган таза математикалык процесс катары карашат.
Ал эми башкалары бул теория физикалык чындыкты өзү ачып бериши керек деп эсептешет.
Экинчи топтун пикиринде, кванттык механиканын кандайча чечмелениши боюнча бир пикирге келе албай жатканыбыз, анын таамайлык менен алдын ала айтып берүү жөндөмүнө карабастан, ал толук эмес физикалык теориянын экенин көрсөтөт.
Келечектеги 100 жыл
Кванттык механиканын математикалык түзүлүшүнүн эң таң калаарлык жыйынтыктарынын бири – кванттык системалардын жаңы түрдөгү маалымат технологияларын курууда колдонула алгандыгы.
Азыр кванттык компьютерлер деп аталгандардын теориялык кубаты бүгүнкү күндөгү эң күчтүү суперкомпьютерлердин мүмкүнчүлүктөрүнөн кыйла ашып түшөт.
Бул идея биринчи жолу кырк жыл мурун айтылганда, кванттык системаларды башкаруу жана өлчөөнүн татаал техникалык көйгөйлөрүн жеңип, иштей алган кванттык компьютерди куруу мүмкүнчүлүгү фантастикалык көрүнгөн.
Бүгүнкү күндө Мельбурн университетинин Физика мектеби магистрлери жана докторанттары IBM компаниясы менен өнөктөштүктө биринчи муундагы функционалдык кванттык компьютерлерде аткарылуучу эсептөө алгоритмдерин иштеп чыгуусуна жетекчилик кылууда.
Биздин изилдөөчүлөр кванттык механиканы колдонуп, өтө кичинекей электромагниттик талааларды аныктоочу кийинки муундагы кванттык эсептөө аппараттарынын жана түзмөктөрүнүн долбоорун эксперименталдык изилдөө боюнча да иш алып барышууда.
Физикадагы көптөгөн долбоорлордой эле, кыйынчылыктар акырында прогресске жол ачат.
Кээде бул прогресс он жылдарга созулуп, ири, биргелешкен, илимдин бир нече багыттары ортосунда жана эл аралык изилдөөчүлөрдүн командаларынын эмгегин талап кылат.
Мельбурн университетинин Физика мектеби бир кезде Австралиянын биринчи санарип компьютери болгон CSIRACты да жайгаштырган.
Жетимиш жылдан кийин дагы биз эсептөө физикасынын алдыңкы саптарында туруп, кванттык компьютерлердин мүмкүн болгон колдонмолору боюнча изилдөөлөрдү алып баруудабыз.
Бул жаңы дары-дармектерди иштеп чыгууга жана жогорку температурадагы суперөткөргүч материалдарды кванттык механиканын биринчи эсептөө принцибин колдонуу аркылуу табууга мүмкүнчүлүк берет.
Караңгы материяны изилдөө биздин асмандын астындагы бөлүкчөлөрдү түшүнүүбүздү кеңейтет деген үмүт бар.
Ал ошондой эле, балким, кванттык механика менен жалпы салыштырмалуу теориясын толук шайкештештирген “бардыгынын теориясы” деген татаал теорияны түзүүгө алып келиши мүмкүн.
Кванттык механиканын биринчи жүз жылдыгында мындай ийгиликке жетишкенибиз чыныгы майрамга татыктуу.
Илимий терминдерге түшүндүрмө:
Субатомдук бөлүкчө – материянын же энергиянын өз алдынча, негизги түзүлүштөрүнүн бири болгон бир нече түрдүү бирдиктердин жалпы аталышы. Субатомдук бөлүкчөлөргө электрондор кирет. Алар терс зарядга ээ, дээрлик массасыз, бирок атомдун көлөмүнүн негизги бөлүгүн түзгөн бөлүкчөлөр. Ошондой эле аларга атомдун кичинекей, бирок абдан тыгыз ядросунун оорураак курулуш элементтери болгон оң заряддуу протондор жана электр зарядсыз нейтрондор да кирет.
Кванттык электродинамика (QED) – заряддалган бөлүкчөлөрдүн электромагниттик талаа менен өз ара аракетин сүрөттөгөн кванттык талаа теориясы. Бул заманбап физиканын негизги түркүгү. Негизинен, ал жарык менен материянын өз ара аракетин сүрөттөйт жана кванттык механика менен атайын салыштырмалуулук теориясынын толук шайкештигине жетишилген алгачкы теория.
Толкундуу функция – бул толкун сыяктуу кубулуштун математикалык сүрөттөлүшү, мисалы, нурлануунун ургалдуулугу же энергиянын өткөрүлүшү. Кванттык механикада бөлүкчөнүн толкундук касиеттерин математикалык жактан сүрөттөгөн өзгөрмө көлөм.
Караңгы материя – теориялык түрдөгү материя, ал жарык же башка электромагниттик нурлануу менен өз ара аракеттенбегендиктен, көрүнбөйт жана түз байкоо жүргүзүү кыйын. Бирок анын бар экендиги көзгө көрүнгөн материяга, мисалы, галактикаларга жана галактикалардын топторуна тийгизген гравитациялык таасири аркылуу аныкталат.
Шилтемелер:
- Макала эң алгач Мельбурн университетинин https://pursuit.unimelb.edu.au/ журналында жарыяланган.
- Макаланын түп нускасы: https://pursuit.unimelb.edu.au/articles/The-100-year-journey-from-quantum-science-to-quantum-technology?in_c=articlelistingblock
- Cүрөт unplash.com сайтынан алынды, автору Matoo Studio.
- Илимий терминдерге түшүндүрмөнү Эл Илим коомдук фонду даярдады.
