Квантовые технологии

Можно ли построить демона — наблюдателя, который знает состояние системы настолько точно, что будущее для него так же очевидно, как прошлое?

Квантовые материалы могут революционизировать целый ряд технологий — от мощных компьютеров и сверхбезопасной связи до передовых энергетических систем. Однако всегда существовало одно серьёзное препятствие. 

Практически все известные квантовые материалы проявляют свои удивительные свойства только при охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю. При комнатной температуре тепло вызывает постоянные колебания атомов, которые подавляют тонкие квантовые явления, на которые рассчитывают учёные. Для подавления этих колебаний требуются громоздкие криогенные холодильные системы, что делает квантовые материалы мощными инструментами в лаборатории, но затрудняет их внедрение на практике. 

В исследовании, опубликованном в журнале Nature, физики из Университета штата Луизиана (LSU) разработали первый квантовый материал, работающий при комнатной температуре и способный различать и передавать различные квантовые состояния света, преодолев тем самым одну из самых серьёзных проблем в области исследований квантовых материалов. Работа, возглавляемая доцентом кафедры физики Омаром С. Маганья-Лоайса, устанавливает общий принцип проектирования для создания совершенно нового класса квантовых материалов, открывая новые возможности для квантовых вычислений, безопасной связи, сенсорных технологий и передовых энергетических систем. 

Для Чэнлуна Ю, бывшего постдокторанта, а ныне профессора Китайского университета электронных наук и технологий, одним из самых воодушевляющих моментов стало то, что нестандартный подход команды сработал именно так, как и предсказывала теория. 

Итан Сигел (американский астрофизик-теоретик и научный журналист, изучающий теорию Большого взрыва, автор рубрики "Спросите Итана", один из пропагандистов современных научных знаний), собрал 10 заблуждений относительно квантовой физики.

@avshkol перевел эту статью (и снабдил несколькими разъясняющими примечаниями) для всех, кто хочет упорядочить свои знания о квантовой физике, или просто хочет поспорить с известным ученым... Ведь квантовую физику не понимает никто, включая самого Итана, но это не точно...

Итан Сигел (американский астрофизик-теоретик и научный журналист, изучающий теорию Большого взрыва, автор рубрики "Спросите Итана", один из пропагандистов современных научных знаний), 24 марта 2026 года опубликовал статью с безапелляционным заявлением о том, что два описания Вселенной, которые прекрасно работают, общая теория относительности и квантовая физика, абсолютно несовместимы. Несмотря на все поиски многочисленных теорий квантовой гравитации...

@avshkol перевел эту статью (и снабдил несколькими разъясняющими примечаниями) для всех, кто хочет глубже погрузиться в одну из ключевых проблем (даже, скорее, Проблему №1) современной физики...

Научная фантастика или…? Давайте разбираться.

Как все к этому пришло?

Небольшая вводная теория, необходимая для погружения в тему для тех кто далек от физики, а тем более от квантовой. Это необходимо для понимания, почему квантовые состояния такие хрупкие и почему все с ними так носятся и почему обнаружение таких эффектов в живых организмах имеет такой восторженный отклик.

Стрелка часов выглядит самым надежным элементом физической реальности. Секунды сменяют друг друга строго вперед, прошлое закрыто, будущее неизвестно. Но стоит обратиться к уравнениям микромира, как эта уверенность рассыпается.

Базовые законы Вселенной — от механики Ньютона до квантовой теории поля — обладают T-симметрией. Математически они инвариантны относительно обращения времени. Если заменить переменную t на −t, формулы продолжат работать корректно. В микромире нет разницы между прошлым и будущим. Однако наше макроскопическое восприятие фиксирует жесткий односторонний вектор. Откуда берется эта асимметрия?

За последние годы физики предложили несколько радикальных объяснений парадокса. Мы разберем четыре любопытные концепции: модель Джулиана Барбура, работы физика Рокко, специальную теорию относительности и механизм Пейджа — Вуттерса.

Забегая вперед: к консенсусу ученые все еще не пришли а некоторые теории и вовсе предлагают исключить время из списка базовых физических величин.

Представьте, что ваш зашифрованный трафик злоумышленники записывают прямо сейчас. На первый взгляд, это бессмысленно: расшифровать его классическими методами невозможно. Однако существует стратегия «собери сейчас, расшифруй потом» (Harvest Now, Decrypt Later). Суть такого подхода заключается в накоплении зашифрованных данных сегодня, чтобы взломать их завтра, когда появится достаточно мощный квантовый компьютер, называемый в литературе криптографически-значимым квантовым компьютером (Cryptographically Relevant Quantum Computer – CRQC). По нейтральным оценкам крупных международных корпораций, он может появиться через 5–10 лет. С другой стороны, некоторые криптографы считают, что у спецслужб криптографически значимые квантовые компьютеры появятся к 2029 году, а для широкого пользования – примерно к 2032. Для госсектора и крупного бизнеса, где информация требует защиты десятилетиями, это критическая угроза.

Значительная часть такого трафика передается по защищенным каналам на базе набора протоколов IPsec. Его ключевой компонент – протокол IKEv2, отвечающий за согласование ключей и алгоритмов. Изначально он не был рассчитан на использование постквантовых алгоритмов: большие размеры ключей и подписей создавали эксплуатационные сложности. Однако благодаря техническим расширениям IKEv2 теперь поддерживает гибридный режим – одновременное использование классического протокола Диффи–Хеллмана (он позволяет двум сторонам выработать общий секретный ключ по открытому каналу связи) и постквантовых алгоритмов.

TLS 1.3 с прямой секретностью - это правильный выбор. Если завтра скомпрометируют серверный ключ - прошлые сессии не расшифруются. Эфемерные ключи уничтожены. Все продумано.

Проблема в том, что это защита от одного сценария. Не от того, о котором идет речь.

В 1963 году 21-летний аспирант из Кембриджа начал замечать странную неуклюжесть в движениях и вскоре услышал от врачей страшный диагноз — боковой амиотрофический склероз. Ему прогнозировали всего несколько лет жизни. Болезнь постепенно лишала его подвижности и речи, но его разум продолжал работать с поразительной силой. Его звали Стивен Хокинг. Спустя десятилетия он станет одним из самых известных физиков современности, напишет бестселлер «Краткая история времени», а его идея о квантовом излучении чёрных дыр серьёзно изменит представления о космосе.

«Теория всего» — это не учебник, а сборник из семи лекций. В них Хокинг почти не использует сложные формулы и последовательно проводит читателя через историю научных представлений о Вселенной: от античной философии до современных теорий.

В 1935 году Эрвин Шрёдингер решил, что с него хватит.

За десять лет до этого смелый венский физик своим «волновым уравнением» преобразовал новую теорию квантовой механики, описав в нём то, как квантовые частицы способны вести себя подобно волнам. После этого он стал свидетелем того, как некоторые исследователи выдумывали то, что он считал смехотворной интерпретацией квантовой теории, отрицавшей реальность таких квантовых объектов, как атомы и субатомные частицы, до наблюдения за ними.

Шрёдингер написал письмо столь же скептически настроенному Альберту Эйнштейну, рассказав о мысленном эксперименте, в котором квантовое событие могло убить или не убить сидящего в ящике кота. По словам Шрёдингера, было бы смехотворно, если бы кот был и жив, и мёртв, пока мы его не увидим, и из этого простого наблюдения следует, что природа обязана выбрать то или иное состояние.

Приведя пример квантового поведения, влияющего на объекты, которые мы можем увидеть (и даже погладить), Шрёдингер хотел показать абсурдность того, что наблюдения способны определять реальность.

Почти сотню лет его мысленный эксперимент порождал споры о том, что же именно подразумевается под измерением или наблюдением в квантовой теории. Это бросило вызов экспериментальной физике: насколько большими мы можем делать объекты, сохраняющие любопытные квантовые свойства (не находящиеся ни в том, ни в другом состоянии)? Можно ли создать если не для кота, то хотя бы для существенного объёма неживой материи (который некоторый называют котятами Шрёдингера) такие странные квантовые «суперпозиции»?

И это не просто академический вопрос. В прошлом году Нобелевскую премию вручили исследователям, показавшим в 1980-х, что суперпозиции можно создавать в петлях сверхпроводников: подобные компоненты используются в качестве квантовых битов в квантовых компьютерах, производимых такими компаниями, как Google и IBM; эти компьютеры достигают своей огромной вычислительной мощи благодаря обработке информации, представленной в виде суперпозиции двоичных нулей и единиц.

В конечном итоге, эксперименты с котятами Шрёдингера позволяют прощупывать сами пределы квантовой теории. Действительно ли мир полностью квантовый и последствия этого просто сложнее разглядеть с увеличением масс и размеров? Или же, как считают некоторые исследователи, существует граничная точка, после которой квантовая механика ломается и описывать мир оказывается способна только классическая физика?

Эксперты лаборатории криптографии российской ИТ-компании «Криптонит» предложили принципиально новый способ оценки защищённости постквантовых систем на линейных кодах. Он позволяет математически выявлять в них некоторые «слабые места» ещё на стадии проектирования и до начала дорогостоящих эмпирических тестов. Результаты работы представил на конференции CTCrypt 2026 зам. руководителя лаборатории криптографии по научной работе Иван Чижов. В своём докладе «Свойства кода квадратичных отношений и его применение в задаче декодирования линейных кодов» он предложил новый взгляд на внутреннюю структуру линейных кодов и выявил ранее незамеченные закономерности, влияющие на криптографическую надёжность.

Можно ли перенести LLM из кремния в чистую оптику? Чтобы проверить эту идею без дорогого лабораторного стенда, я собрал установку из обычного смартфона и зеркала на столе. Рассказываю о том, как пиксели камеры делают сложение за один оптический такт, и делюсь результатами 101 эксперимента — от волновой физики до оптического инференса трансформера.

Некоторые специалисты по квантовой криптографии стремятся найти способы сохранить секретность сообщений даже в том случае, если законы квантовой механики перестанут действовать. Недавно вновь открытая концепция квантового вмешательства ещё больше усложняет ситуацию.

Вокруг квантовых вычислений много маркетингового шума. Если вы попытаетесь смоделировать честное 48-кубитное квантовое состояние в комплексном базисе complex128, то неизбежно упретесь в «стену памяти» в 4.5 Петабайта. Если же вы решите применить блочную декомпозицию пространства состояний для ее поочередного обсчета, то упретесь в «стену времени» длиною в несколько лет непрерывных вычислений на GPU.

В этой статье мы разберем проект гибридного симулятора, который обходит обе стены, удерживая потребление видеопамяти в пределах 268 МБ, а время симуляции сокращает в 400 раз.

Давайте сразу снимем маски: физически данный симулятор не удерживает 48 кубитов в единой суперпозиции. Между старшей и младшей половиной регистра полностью отсутствует квантовая запутанность (entanglement).

Вместо этого применена жесткая, но эффективная классическая блочная декомпозиция (принцип Space-Time Trade-off, то есть размен памяти на время):

Квантовые вычисления – это сложно. Сложная математика, сложные инструменты, и всё это только в рамках вузовских программ. Я решил это исправить и сделал эмулятор квантовых схем прямо в Telegram – бесплатно, без установки, только кнопки. Внутри статьи – история создания, технические подробности и демонстрация работы.

Надвигающаяся угроза со стороны заточенных на криптографию квантовых компьютеров заставила срочно менять действующие примитивы асимметричной криптографии — обмен ключами (ECDH) и цифровые подписи (RSA, ECDSA, EdDSA) — которые уязвимы для квантового алгоритма Шора. Однако существующих симметричных методов криптографии (AES, SHA-2, SHA-3) или уровней их стойкости это не коснулось. ccc

В индустрии бытует заблуждение, что квантовые компьютеры вдвое ослабят безопасность симметричных ключей, и для обеспечения того же 128-битного уровня защиты потребуется перейти на 256-битные ключи. Это неточная интерпретация ускорения, которое несут в себе квантовые алгоритмы. Она не отражена ни в одном из нормативных стандартов и рискует отвлечь внимание от реально необходимой работы по переходу к постквантовой системе криптографии. Обычно это заблуждение происходит из недопонимания применимости другого квантового метода — алгоритма Гровера.

AES-128, как и SHA-256, обеспечивает достаточную защиту от атак с применением квантовых компьютеров. В рамках перехода в постквантовую эпоху размер симметричных ключей изменять не требуется. Это почти единогласное мнение среди профильных экспертов и органов стандартизации, которое нужно распространить среди остальной части IT-сообщества. И дальше в статье я подкреплю это утверждение техническими аргументами со ссылками на авторитетные источники.

Китай представил свой новейший фотонный квантовый компьютер «Цзючжан 4.0». По словам исследователей, он значительно превосходит по производительности самый быстрый в мире классический суперкомпьютер, что ещё больше укрепляет позиции Пекина в гонке за квантовое превосходство.

Результаты, опубликованные 13 мая в рецензируемом журнале Nature, знаменуют собой новую веху в стремительно развивающейся квантовой программе Китая, возглавляемой командой учёных из Китайского университета науки и технологий под руководством китайского квантового физика Пана Цзяньвэя.

Ранее на Хабре я несколько раз затрагивал тему скрытой массы Вселенной. Скрытая масса также известна под названием «тёмная материя»; этот термин (dunkle Materie) предложил в 1933 году швейцарский астрофизик Фриц Цвикки. Из наиболее экзотических гипотез, потенциально объясняющих тёмную материю, я успел рассмотреть теорию симметронов, которую сформулировали в 2022 году Аниш Найк и Клэр Бэррейдж. Также я описывал модель, согласно которой избыточная масса может объясняться вращением Вселенной. На мой взгляд, одну из лучших обобщающих статей по тёмной материи «Cага о первичных чёрных дырах: призрак Стивена Хокинга и генезис невидимой Вселенной» написал на Хабре уважаемый Валерий Исаковский @valisak, вне Хабра я бы рекомендовал почитать на эту тему статьи «Тёмная материя и тёмная энергия» с сайта «Эпизоды космонавтики», а также переводной материал о Фрице Цвикки «Сверхновая, альпийское восхождение и космическая эпопея» (Оливер Нилл) с сайта «Методолог», лежащий в Интернете с 1998 года.

Все эти нестыковки с «лишней массой» возникают из-за того, что мы не вполне понимаем суть гравитации, в частности, чрезвычайную слабость гравитации в сравнении с другими фундаментальными взаимодействиями, а также неограниченный предел действия гравитации.  В этой статье попробуем обсудить, какие свойства приписываются гравитону — гипотетической частице, которая может являться как переносчиком гравитационного взаимодействия, так и именно той неучтённой материей, на которую приходится скрытая масса, какие эксперименты могли бы проверить существование гравитона. Вот уже более десяти лет минуло с открытия гравитационных волн, а гравитон по-прежнему не желает соскакивать с кончика пера.

Что есть свет? Ответы будут разительно отличаться в зависимости от того, у кого спрашивать. Однако для физики и других точных наук свет является как важным ресурсом, так и важным интуристом для реализации крайне сложны систем. Контроль и манипулирование светом, а именно его свойствами, открывает новые возможности в самых разных отраслях, от классической электроники до квантовых вычислений. Однако получить контроль над светом — это далеко не тривиальная задача, но вполне выполнимая, если мыслить креативно. Ученые из Варшавского университета (Польша) разработали систему, позволяющую трансформировать лучи света в так называемые оптические вихри. Как именно ученые создали эти «торнадо», какими свойствами они обладают, и где именно могут быть полезны? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

В марте 2026 году криптографы из Google Quantum AI опубликовали доказательство, что сверхпроводящий квантовый компьютер с 500 000 физических кубитов (это 1200 кубитов с коррекцией ошибок) способен взломать приватные ключи Bitcoin максимум за 9 минут (быстрее, чем 10-минутное время генерации новых блоков). Хотя опасность квантовых вычислений для традиционных шифров известна давно, ранее для этого предполагалась более серьёзная конфигурация, чем 500 тыс. кубитов.

Новое доказательство поднимает перед финансовой индустрией несколько вопросов. Самый главный — когда будут разработаны и поступят в продажу квантовые компьютеры на 500 тыс. кубитов, если сейчас у самого мощного около 150 кубитов?

Исследователи Google Quantum AI в техническом отчёте дают рекомендации по минимизации ущерба.