Физики «укротили» квантовый хаос: электроны показали упорядоченность в квантовом мире

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Рассуждения | Наука и космос

Недавние исследования международной группы физиков под руководством Хайро Веласко-младшего из Калифорнийского университета в Санта-Круз открывают новую главу в понимании квантового мира. Экспериментально доказав существование так называемых «квантовых шрамов», ученые не только подтвердили теорию, выдвинутую еще в 1984 году, но и заложили основу для потенциальных технологических прорывов.

Загадка квантового хаоса: почему электроны не ведут себя как бильярдные шары?

В классической физике хаос предстает как непредсказуемое, беспорядочное движение. Представьте себе бильярдный шар, запущенный на стол: его траектория будет зависеть от множества факторов, и даже небольшое изменение начальных условий приведет к совершенно иному результату. В микромире, однако, действуют иные законы. Электроны, эти фундаментальные частицы материи, проявляют как свойства частиц, так и волн. Именно эта двойственность и приводит к неожиданным эффектам, таким как возникновение «квантовых шрамов».

Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

В эксперименте, описанном в журнале Nature, ученые создали микроскопическую ловушку для электронов в графене — материале, известном своей двумерной структурой и уникальными электронными свойствами. Используя сканирующий туннельный микроскоп, они смогли не только зафиксировать электроны, но и наблюдать за их движением, не нарушая их квантового состояния. Результаты оказались поразительными: вместо хаотичного, случайного перемещения, электроны двигались по определенным, замкнутым траекториям. Эти траектории и были названы «квантовыми шрамами».

От компьютерной симуляции к лабораторному эксперименту: 40 лет ожидания и триумф теории

Теоретическое предсказание существования квантовых шрамов было сделано еще в 1984 году физиком Эриком Хеллером. Основываясь на компьютерных симуляциях, он предположил, что интерференция электронных волн в ограниченном пространстве может привести к возникновению устойчивых, высокоплотных орбит. Однако до недавнего времени не существовало экспериментальных доказательств этой теории.

Эксперимент группы Веласко стал именно тем недостающим звеном, которое позволило перейти от теоретических построений к практическому изучению квантового хаоса. Используя графен в качестве модельной системы, ученые смогли создать условия, в которых квантовые эффекты проявляются наиболее ярко. Точность измерений, обеспеченная сканирующим туннельным микроскопом, позволила впервые визуализировать квантовые шрамы и подтвердить предсказания Хеллера.

Квантовые шрамы: ключ к новой электронике?

Открытие квантовых шрамов имеет не только фундаментальное значение для науки, но и открывает перспективы для разработки новых технологий. Устойчивость электронных орбит в квантовых шрамах означает, что информацию, закодированную в свойствах электрона, можно передавать без потерь. Это, в свою очередь, может привести к созданию высокоэффективных и энергосберегающих транзисторов, которые станут основой для компьютеров и смартфонов будущего.

Представьте себе транзистор, в котором электроны движутся не хаотично, а по четко определенным траекториям. Это позволит не только увеличить скорость обработки информации, но и снизить энергопотребление устройств. Конечно, до практической реализации этих идей еще далеко, но сам факт существования квантовых шрамов открывает новые горизонты для наноэлектроники.

Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com
Взгляд в будущее: управление квантовым хаосом

Следующим шагом для исследователей станет разработка методов управления квантовым хаосом. Если научиться манипулировать квантовыми шрамами, то можно будет создавать устройства, в которых электроны будут двигаться по заданным траекториям, перенося информацию с невероятной точностью и эффективностью.

Исследование квантового хаоса — это лишь один из многих примеров того, как фундаментальные научные открытия могут привести к революционным технологическим прорывам. И хотя квантовый мир все еще полон загадок, ученые уверены, что его изучение откроет новые возможности для человечества.

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Ученые составляют карту черных дыр на основе гравитационных волн

Гравитационные волны, рябь пространства-времени, предсказанная Альбертом Эйнштейном более века назад и впервые непосредственно зафиксированная в 2015 году, продолжает переворачивать наши...

Русское искусство по цене Макбука? Удивительные открытия на выставке живописи одного из аукционов

Уже скоро в аукционном доме «Александр» пройдут ежегодные торги, где будут предложены предметы искусства из частных коллекций. Предшествует этому, уже по традиции, предпоказ, где ценители и...

Голубая планета, чёрный прогноз: когда Арктика встретит свой первый безледный день?

Арктика, царство вечной мерзлоты, меняется на глазах. Уменьшение площади ледового покрова — один из самых наглядных симптомов глобального потепления. И хотя ученые уже давно говорят о...

Как на острове Ява, меньшем по размеру, чем Омская область, живёт больше людей, чем в России и какова его особенность

Представьте себе крошечный остров, где живёт больше людей, чем во всей огромной России. Всего лишь небольшой клочок суши, размером меньше Омской области, но на нём умудряется разместиться более 150...

Как повысить качество фотографий с низким разрешением с помощью нейросетей

В этой статье покажу бесплатные сайты с нейросетями, которые помогут улучшить качество скриншотов и снимков. Рассмотрим два варианты и сделаем небольшое сравнение между ними в конце материала....