?

Log in

No account? Create an account
 
 
13 September 2012 @ 11:33 pm
Политическая физика: Алексей Устинов считает возможным создать сверхпроводящие провода для ЛЭП  
Макроскопические квантовые резонаторы Алексея Устинова и квантовые компьютеры светлого мегагрантового будущего
13 сентября 2012 г. (четверг) в рамках проекта «Публичные лекции «Полит.ру» выступил Алексей Устинов, доктор физ.-мат. наук, профессор Физического института Технологического университета Карлсруэ, победитель конкурса мегагрантов 2011 года, руководитель лаборатории сверхпроводящих материалов МИСиС, член управляющего комитета Российского Квантового Центра.
Тема: Квантовая физика с паяльником.
Лектор рассказал об экспериментах со сверхпроводниковыми квантовыми цепями и устройствами. Из школьного курса про электричество мы знаем, что соединив в электрическую цепь катушку и конденсатор, мы получим колебательный контур, а проще говоря, электрический резонатор. Такие резонаторы используются во многих устройствах вокруг нас – радиоприемниках, компьютерах, мобильных телефонах. На первый взгляд, никакой квантовой физики в обычных резонаторах нет и быть не может. Однако около 10 лет назад были сделаны первые эксперименты, показывающие, что это не так. Как и всякая колебательная система, электрический резонатор обладает квантовыми уровнями энергии, разность между которыми определяется частотой колебаний. Для того, чтобы обращаться с такой системой как искусственным «атомом», необходимо уменьшить, насколько это возможно, потери энергии и использовать сверхнизкие температуры. Этого можно достичь с использованием сверхпроводников. Сверхпроводящие квантовые цепи – это своего рода искусственные «атомы», представляющие собой микроволновые резонаторы из сверхпроводников и джозефсоновских переходов. Будущие их применения – квантовые технологии, квантовые вычисления и коммуникации.

Конспект

Двухуровневая квантовая система образует кубит Qubit
Объект мысленного эксперимента с кошкой Эрвина Шредингера 1935 чтобы показать неполноту квантовой механики при переходе от субатомных систем к макроскопическим. Однако кот останется жив.
Классическая механика библия Ландай и Лифшиц. Колебания шарика в параболической формы гармонический осциллятор частота не зависит от амплитуды, определяется крутизной ямы. Суммарная энергия постоянна, происходит перекачка одной формы в другую.
В квантовой механике иначе, состояние квантового гармонического осциллятора описывается набором уровней на одинаковом расстоянии др от др. в принципе он адекватно описывает и классические колебания. Если облучить и энергия фотона соответствует разнице уровней, он просто перейдет на следующий уровень.
В квантовой механике состояния описываются волновыми функциями вероятность нахождения частицы в определенной точке. Ноль в центре и максимум чуть в стороне. Разница энергии между уровнями определяется постоянной Планка и частотой.
В электрических резонаторах конденсатор соответствует высоте ямы с потенциальной энергией, а катушка индуктивности ее дну с кинетической энергией. Можно ли из нее с помощью паяльника сделать что-то квантовове?
В классическом осцилляторе невозможно одновременно мерить скорость частицы и координаты, неопределенность не больше постоянной Планка.
Гармонический потенциал: эквидистантные уровни энергии. Гакмильтониан. Возникают т.н. некоммутирующие наблюдаемые, которые ведут себя также, мы не может со сколь угодной точностью мерить одновременно и ток и потенциал.
Атом как резонатор. Почему электрон не падает на ядро? Это привело к постулату Бора. Искусственный атом как резонатор. Ангармонический потенциал можно получить используя нелинейную инуктивность или емкость. Получается джосефсоновский переход.
Расстояние по энергии между уровнями ничтожно мало. Потери энергии за счет ненулевого сопротивления разрушают квантовые состояния. Любая проволока имеет сопротивление, значит колебания не вечны.
Два уровня различимы если энергия много больше kT. Один мегагерц соответствует 10 градусам Кельвина.
Кеммерлинг-Оннес в 1911 году при четырех градусах кельвина на примере ртути получил сверхпроводимость. В кольце из такой ртути ток будет идти сколь угодно долго.
Жидкие газы азот 77 (по стоимости как молоко), неон 27, водород 20, гелий 4,2 Кельвина.
Сверхпроводников море даже в таблице Менделеева.
Левитация магнита из сверхпроводника.
Квантование магнитного потока: абрикосовские вихри. А.А.Абрикосов Нобелевская премия 2003.
Вклад российских ученых в теорию сверхпроводимости огромен.
Туннельный барьер между сверхпроводниками без потери энергии. Устройство имеет индуктивность с нелинейной зависимостью от тока. Она будет не параболой а какой-то другой.
Сверхпроводящая электроника разработана в нашей стране группа в полном составе переехала в Америку и основала фирму. Если заменить транзисторы на туннельные переходы скорость будет выше.
Макроскопические квантовые системы.
Джосефсоновский переход аналог шарика на наклоненной стиральной доске. С увеличением наклона шарик скатывается. Вблизи наклона скатывания колебания не гармонические зависят от массы частицы.
Джозефсоновский фазовый кубит можно рассматривать как искусственный атом.
Сверхпроводящий кубит. Конечно нам необходим холодильник. В МИСиС запустили 16 милликельвинов самое холодное место в Москве.
Осцилляции Раби. Время жизни квантового состояния увеличили в 10000 раз до миллисекунд.
Тунеллирующие атомы образуют диполи.
Российский квантовый центр в Сколково совет попечителей Сергей Белоусов Александр Галицкий Алексей Мордашев

Вопросы

Б.Д.: Чем занимаетесь именно вы? – В МИСиС сверхпроводящие метаматериалы создаем. Это фактически среды созданные из квантовых схем искусственных атомов. Берем их много и получаем новую квантовую среду. Получается очень интересная физика.

- Квантовый компьютер придуман для решения определенного рода задач, перемножение двух больших простых чисел для целей криптографии с отрытым ключом, чтобы их находить. Сложность растет экспоненциально и время превышает время жизни вселенной. Квантовый компьютер решает быстрее.
Квантовый компьютер работает с квантовыми битами также называемыми кубитами. Классический компьютер работает с битами.

Простой вопрос из классической физики. Любая домохозяйка знает что мобильный телефон плохо влияет на генетику? – Б.Д.: Не надо оперировать неточностями социологическими. – Наверное есть генетики могут определить.

Б.Д.: Как вам работается с этим проектом? – Пока настроение очень позитивное. У меня в Карлсруе 20 человек, постдоки. Ни у одного нет постоянной работы. Мегагрант их поддерживает.

Читала критичные отзывы в ЖЖ от физиков работающих на графене в адрес вашей отрасли? – Каждый физик превозносит свое.

Зачем разрабатывать более «теплые» материалы, когда рядом Космос есть? – Идея использования сверхпроводников правильная и она активно используется. Миллиметровая астрономия. Любая обсерватория которая запускается в Космос основана на сверхпроводниках. Кроме радиоастрономии развиваются средства связи. На самом деле не надо бояться низких температур.

- Да, в Германии есть утечка мозгов, уезжают в Америку. В Германии есть своя научная политика. Потребовалось восстанавливать. В Америке есть больше свободы, позволяет начинать новые вещи. Но существует и обратный поток. Есть мнение что человек должен получить мультикультурный опыт

- Масса частицы определяет энергию покоя и масштаб энергии с ней связанной.

Можно ли рассматривать квантово-механический контур как конденсатор?.. – Есть проблема квантов измерения. Дисперсионные измерения.

Б.Д.: Кот это все-таки метафора.

Л.М.: Вопрос политической физики: ВТО и зачем вложил в одной из посланий президента Медведева предложение по созданию ЛЭП из сверхпроводников при обычной температуре? – На основе квантовых вычислений можно попытаться найти материал, но это задача не близких лет.

Один из слушателей лекции, Сергей Борисович Алеманов сообщил Л.М., что создание т.н. квантовых компьютеров еще впереди, пока это не более чем благие пожелания. В этом смысле лекция на значительную долю представляла собой рекламу работ лектора. С другой стороны, левитацию можно получить заменив сверхпроводник на простой графит без всякой низкой температуры и такие игрушки для демонстрации эффекта делают. Обнаружен эффект трения о флуктуации вакуума, т.е. фактически структуру хаоса.