Квантовые технологии

18 сентября 2025 года в московском корпусе МФТИ по адресу Климентовский пер., 1 вновь собрались научные журналисты, блогеры и ученые из ведущих российских научных центров. Темой встречи стало будущее электроники — область, где Россия сталкивается с серьезными вызовами, но одновременно имеет и прорывные научные заделы.

Докладчиками выступили: Алексей Большаков, директор Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ: Андрей Зенкевич, заведующий лабораторией функциональных материалов и устройств для наноэлектроники МФТИ; Сергей Пономаренко, директор Института синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН; Ансар Сафин, заместитель директора ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН, руководитель молодежной лаборатории в РАН; Иван Круглов, заведующий лабораторией компьютерного дизайна материалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ; Виктор Казанцев, заведующий лабораторией нейробиоморфных технологий МФТИ, и Алексей Фаустов, заместитель директора  департамента индустриальных программ Сколково.

Международная группа ученых из Китая и России предложила и теоретически обосновала элегантный метод управления сложными квантовыми состояниями в экситон-поляритонных конденсатах. Исследователи разработали двухступенчатый подход, позволяющий с помощью оптического насоса превращать нестабильные, асимметричные состояния системы в устойчивые и упорядоченные. Это открывает новые пути для создания передовых оптических и квантовых устройств. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review B. Исследование было частично поддержано грантами Национального научного фонда Китая и Санкт-Петербургского государственного университета.

Представьте мир, где искусственный интеллект обучается не месяцами, а часами, сложнейшие климатические и фармакологические модели рассчитываются в реальном времени, а безопасность данных гарантирована законами квантовой физики. Это не сценарий далекого будущего — это обозримая перспектива, ключ к которой лежит в создании фотонно-квантовых чипов. Недавно Китай заявил о разработке чипа, который, по утверждениям, способен в тысячу раз ускорить работу дата-центров для ИИ. Эта новость обнажила острейший технологический фронт нашей эпохи, где титаны науки и бизнеса ведут невидимую, но отчаянную борьбу за квантовое превосходство. Но что стоит за громкими заголовками? Где закреплены права на эти прорывные технологии? Ответ лежит в мире патентов — цифровой карте интеллектуальных сражений за будущее.

Вам нужно подготовить текст (программу или статью), вы профи и прекрасно знаете как это делать, но в голове хаос из мыслей и гнетущее чувство сомнения. Силы тратятся на борьбу с самим собой, на то что бы вернуть свое внимание к предмету задачи после того как поймал себя на том, что снова отвлекся на какую-то ерунду — это мое личное ощущение при проживании прокрастинации. Если у вас ощущения проблемы совпадают, то есть шанс, что решение вам тоже подойдет.

Всё, что вам нужно знать, умещается в три шага. Не читайте дальше, пока не выполните их мысленно для своей текущей задачи.

Алгоритм «Установка якоря»:

В 2025 году была опубликована работа из области философии квантовой механики, которая объясняет как можно превратить квантовую механику в полноценную физическую теорию (как принято определять физическую теорию в философии физики), не модифицируя её (как это делает, например, GRW), не прибегая к онтологии многих миров (как это делает MWI и некоторые другие интерпретации) и избегая иных проблем (свойственных, например, бомовской механике). Я хочу рассказать об этой работе, которая существенно продвигает наше понимание квантовой физики, даже если и не является окончательным ответом на загадку квантовой механики.

Международный коллектив исследователей из Университета Вестлейк (Китай), СПбГУ и МФТИ разработал уникальный «умный» материал. Полимерный фотонный кристалл с эффектом памяти формы может «стирать» свой яркий структурный цвет при контакте с водой и мгновенно восстанавливать его под действием спирта, ацетона или простого прикосновения.

Группа исследователей из МФТИ, Санкт-Петербургского и Владимирского государственного университетов разработала и теоретически обосновала новую платформу для контроля над гибридными частицами света и материи — экситон-поляритонами. Объединив свойства жидких кристаллов, полупроводниковых перовскитов и мощного вычислительного метода топологической оптимизации, ученые показали, как можно создавать сложные световые поля с заранее заданной структурой, включая полноценные полутоновые изображения и области с различной поляризацией света. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review A. 

Преодоление пути от точки А до точки Б может быть весьма увлекательным приключением, которое может стать куда более важно самого пункта назначения. Однако, чаще всего присутствует желание как можно быстрее преодолеть этот путь. В работах жанра фэнтези и научная фантастика часто встречается технология (или заклинание) для моментального переноса человека из одно место в другое — телепортация. Теоретически, это вполне возможно реализовать, но пока нам до этого еще очень далеко. А вот квантовая телепортация информации стала намного ближе благодаря исследователям из Штутгартского университета (Штутгарт, Германия), которым удалось перенести данные между двумя фотонами из разных квантовых точек. Как именно была осуществлена телепортация данных, что для этого потребовалось, и насколько ближе стала реализация квантового интернета? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

В этой статье я подробно опишу как численно смоделировать простейшую квантовую систему — систему с двумя состояниями. Ценность этой симуляции не только в ней самой, но также в той базе, которую она заложит для любой квантовомеханической симуляции.

Использовать для расчётов я буду (современный) Фортран, так что можно рассматривать эту статью и как своеобразное введение в программирование на Фортране. Это по-своему красивый язык, паритета с которым в ряде аспектов не имеет ни один другой язык программирования.

Физики из МФТИ и Всероссийского научно-исследовательского института автоматики им. Н.Л. Духова (ВНИИА) предложили и теоретически обосновали новый способ создания макроскопических квантовых состояний света, известных как «коты Шрёдингера». Механизм, основанный на рассеянии лазерного излучения на свободных электронах, открывает путь к созданию таких состояний в условиях, где другие, более известные методы, не работают. Это достижение не только расширяет фундаментальное понимание взаимодействия света и материи, но и предоставляет новый инструмент для развития квантовых технологий. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review A.  Работа была поддержана грантом Российского научного фонда 24-12-00055.

Коллектив российских физиков из МФТИ, Института теоретической и прикладной электродинамики РАН и ВНИИА им. Н.Л. Духова теоретически доказал и смоделировал удивительное явление: временное охлаждение самого холодного объекта в сложной квантовой системе без использования внешнего холодильника, за счет передачи его тепла более горячим объектам. Этот парадоксальный процесс не нарушает второе начало термодинамики, но бросает вызов нашему интуитивному пониманию тепловых потоков. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review A.

Теории квантовой гравитации - на сегодняшний день это, пожалуй, самая сложная для понимания и неоднозначная с точки зрения достоверности и проверяемости ветвь современной физики. Это попытка соединить непрерывную общую теорию относительности, описывающую гравитационные поля и волны, с дискретной квантовой физикой, исходя из предположения квантования (существования минимальной единицы) пространства-времени.

Представляю вам перевод на русский язык фундаментальной работы 1995 года физика Криса Ишема, не потерявшей актуальность и в наши дни, где он подробно и относительно простым языком анализирует проблемы квантовой гравитации, существующие теории, их достоинства и недостатки. Это прекрасное введение в квантовую гравитацию, в область знаний, которая бросает дерзкий вызов нашей логике и интуиции, нашему интеллекту...

Независимая лаборатория CloudBridge Research открывает инструменты и результаты исследований QUIC, MASQUE, BBRv3 и FEC. В статье — практический опыт измерения задержек и джиттера на межрегиональных трассах, ссылки на открытые стенды и приглашение университетов, компаний и open-source проектов к совместным экспериментам.

Международная группа физиков-теоретиков из Китая и России предложила и детально смоделировала новый способ управления экзотическими квантовыми объектами — «вихревыми молекулами». Эти устойчивые, вращающиеся пары или группы квантовых вихрей удалось сформировать в уникальной среде, известной как экситон-поляритонный конденсат.

Привет! Меня зовут Михина Полина, сейчас я аналитик в Cloud.ru, а в прошлом занималась разработкой противоопухолевых препаратов в ФИЦ ПХФ и МХ РАН. Этот опыт позволяет мне смотреть на развитие квантовых технологий, в частности на квантовое машинное обучение (QML), через призму конкретной проблемы, которую она может решить.

Ранее я убедилась, что процесс драг-дизайна устроен крайне сложно. Каждая потенциальная молекула — это месяцы расчётов, синтеза и экспериментов, где малейшая ошибка возвращает исследователя в начало. Квантовые методы, как QPE  (Quantum Phase Estimation, алгоритм квантовой оценки фазы), могли бы радикально сократить этот цикл, позволяя моделировать взаимодействия молекул и их энергетические состояния с точностью, недостижимой для классических вычислений. Это особенно важно, когда сложность исследуемых систем растет, и приходится прибегать к приближениям, что снижает точность и увеличивает время вычислений.

В этой статье мы трезво посмотрим на QML: где оно уже работает (и работает ли?), с какими ограничениями сталкивается и что из этого может быть полезно IT-специалистам без громких заявлений о «квантовом будущем через наносекунду».

Эта статья — пятая и финальная часть цикла, в котором я последовательно собирал «теорию всего» из квантовой информации и симметрий. В первых четырёх текстах мы прошли путь от линейной квантовой механики и конформных теорий поля до гравитации, голографии, Стандартной модели, чёрных дыр и космологии. Но неизбежный вопрос после всего этого один: какой мир мы вообще описываем?

Здесь я честно ухожу в метафизику, опираясь на уже построенный физический каркас. Сначала объясняю, почему картинка «одна классическая Вселенная + наше неполное знание» не работает: неравенства Белла, отложенный квантовый ластик и запрет клонирования слишком сильно ограничивают возможные модели реальности. Многомировая интерпретация в духе Эверетта оказывается не «фантастикой», а минимально честным способом сохранить унитарность и согласовать всё с экспериментом.

Затем я предлагаю видеть мир как информационный граф: вершины — события, рёбра — причинные связи, глобальное квантовое состояние — распределение амплитуд по всем возможным ветвям этого графа. В такой картине «материя» перестаёт быть фундаментальным кирпичом и становится особым классом устойчивых информационных конфигураций, а пространство-время и геометрия — эффективным описанием крупномасштабной каузальной структуры.

Отдельная глава посвящена роли сознания: не как «магической сущности», а как подсистемы с памятью и моделью мира, которая идёт по одной ветке информационного графа и переживает её как «свою жизнь». В финале я формулирую, что для меня значит «теория всего»: минимальный набор информационных принципов и симметрий, из которого нельзя ничего убрать и нельзя ничего добавить, не сломав согласованность с собой и с экспериментом.

Это не ответ на все вопросы и не попытка навязать веру. Это — честная попытка описать, как выглядит реальность, если всерьёз принять результаты современной квантовой физики, гравитации и голографии, а не прятать их в разрозненных курсах.

Когда я начинал первую статью — ту самую «Теория всего. From Zero to Hero» — мотивация была простая: физика — это не набор разрозненных курсов (квантовая механика, теория поля, теория струн, космология), а единый язык, который пока плохо организован на интуитивном уровне. Я не пытаюсь «создать новую физику», а лишь систематизирую понятийный аппарат вокруг цельного восприятия теоретической физики и облегчить читателю путь к пониманию самых сложных областей человеческого знания.

Эта, четвёртая статья цикла, посвящена тому, ради чего всё и затевалось: гравитация, горизонты, квантовая информация и космология. Сначала я аккуратно разбираю классическую сторону: как из принципа эквивалентности рождается идея, что гравитация — это не сила, а кривизна пространства-времени; что такое метрика, геодезические и уравнения Эйнштейна; как в этой картине появляются горизонты — чёрных дыр, горизонты Риндлера для ускоренных наблюдателей и космологические горизонты.

Затем поверх этой геометрии поднимается квантовая теория поля: эффект Унру (почему ускоренный наблюдатель видит вакуум «тёплым»), излучение Хокинга и энтропия Бекенштейна–Хокинга, четыре закона термодинамики чёрных дыр. На этом фоне я формулирую информационный парадокс и подключаю голографическую дуальность AdS/CFT: чёрная дыра в AdS ↔ тёплое состояние унитарной CFT на границе. Вводятся формулы Рю–Такэяги и квантово-экстремальных поверхностей (RT/QES), которые делают идею «информация на поверхности» буквально истинной и дают правильную кривую Пейджа для энтропии излучения.

В финале статья поднимается до космологии: FRW-модели и уравнения Фридмана, тёмная материя и тёмная энергия в общем языке «QFT + информация + гравитация», теоремы Пенроуза–Хокинга о сингулярностях и сценарии, которые пытаются обойти классические «бесконечности» (bounce, fuzzballs, causal set, струны). Текст написан в том же стиле, что и предыдущие части: без лишней формальной казуистики, но с максимальной аккуратностью и уважением к читателю с физмат-бэкграундом.

Стандартная модель часто выглядит как странный зоопарк частиц: шесть кварков, шесть лептонов, восемь глюонов, W и Z, фотон, Хиггс… Но если смотреть на неё не как на таблицу, а как на язык симметрий, оказывается, что это очень жёсткая и экономичная конструкция.

В этой статье я продолжаю цикл про «Теорию всего» и разбираю Стандартную модель как минимальную калибровочную квантовую теорию поля. Мы начинаем с симметрий Пуанкаре и внутренних групп SU(3)×SU(2)×U(1), показываем, как из них неизбежно рождаются глюоны, W/Z и фотон. Потом разбираем фермионный сектор: кварки и лептоны как представления этих групп, левый/правый, поколения. Отдельная часть посвящена Хиггсу — не как «шайбе массой 125 ГэВ», а как механизму, который даёт массы W/Z и фермионам, не разрушая калибровочную структуру.

В финале обсуждаем аномалии, BRST-симметрию и ренормгруппу: как требования отмены аномалий фиксируют дробные гиперзаряды и структуру поколений, почему QCD оказывается асимптотически свободной, а калибровочные константы почти унифицируются на высоких энергиях. Цель статьи — показать читателю с физмат-бэкграундом, что Стандартная модель — это не случайный набор формул, а почти единственный самосогласованный способ устроить наш мир из симметрий, который не ломается ни на уровне математики, ни на уровне эксперимента.

Принцип запрета Паули знают все, но мало кто в деталях понимает, почему «два электрона не могут сидеть в одном состоянии» — и при чём тут вообще отрицательные детерминанты и какие‑то «поля‑призраки».

Эта статья — вторая часть цикла о том, как современная квантовая теория очищает своё собственное пространство состояний. Мы начинаем с неразличимости и антисимметрии, аккуратно выводим принцип Паули из линейной алгебры, обсуждаем теорему спин‑статистики и роль грассмановых чисел. Затем переходим к калибровочным теориям: показываем, откуда берутся призраки Фаддеева‑Попова, что делает BRST‑симметрия и почему антикоммутирующие «призраки» не нарушают теорему спин‑статистики, а наоборот — спасают унитарность и калибровочную независимость.

Текст написан в «человеческом» стиле: без избыточной формальной казуистики, но с максимальной аккуратностью. Цель — дать читателю с физмат‑бэкграундом действительно понять архитектуру квантовой теории поля, а не просто выучить стандартные формулы наизусть.

Международный коллектив ученых из Греции (FORTH, Университет Крита), Китая (Университет Вестлейк, Университет Тунцзи), Великобритании (Университет Сент‑Эндрюс) и России (МФТИ, Санкт‑Петербургский государственный университет) впервые продемонстрировал создание и управление экзотическими топологическими состояниями света при комнатной температуре, используя уникальные свойства самособирающихся кристаллов перовскита. Заперев свет в микроскопической ловушке вместе с этими кристаллами, исследователи смогли создать «синтетические» магнитные поля для фотонов, что привело к появлению необычных и надежно защищенных световых состояний. Статья об открытии опубликована в журнале Light: Science & Applications.