Идеи нобелевских лауреатов по физике умеют перевернуть мир технологий

    Английские ученые Дэвид Таулесс, Дункан Холдейн и Майкл Костерлиц получили в этом году Нобелевскую премию по физике «за теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз вещества». Упоминание «теоретических открытий» наводит на идея, что них работа и не отыскала либо и не отыщет практического внедрения не воздействует на нашу жизнь. Однако правильно как только раз оборотное.

    Идеи нобелевских лауреатов по физике умеют перевернуть мир технологий

    Дабы осознать потенциал, надо осознать теорию. Большая часть граждан знают, что посередине атома его ядро, а уж вокруг него крутятся электроны. Них орбиты соответствуют различным уровням энергии. Когда атомы собираются в вещество, все уровни энергии каждого атома сливаются в зоны электронов. Эти энерго зоны вмещают определенное число электронов. И меж всеми зонами имеются пробелы, в каких электроны течь и не умеют.

    Ежели применить электронный заряд (поток доп электронов) к материалу, его проводимость будет определяться тем самым, существуют ли в самой высокоэнергетической зоне пространство для чрезмерных электронов. Ежели это же пространство существуют, материал будет яизвестия себя как только проводник. Ежели нет, будет нужно добавочная энергия, дабы подтолкнуть поток электронов в новейшую пустую зону. Тогда-то материал будет диэлектриком. Осознание проводимости имеет значимое значение для электроники, так как электрические товары полностью зависят от компонент, кои воображают собой проводники, полупроводники и диэлектрики.

    В 1970-х и 80-х годах Таулесс, Холдейн и Костерлиц, также альтернативные теоретики начали подозревать, что некие материалы нарушают это же царило. Заместо тамошнего дабы иметь пробел меж зонами, в каком электроны и не умеют течь, они имеют особый энергетический уровень меж зонами, где происходят странноватые и внезапные вещи.

    Это же свойство бытует только на поверхности либо на кромке этаких материалов. Оно зависит также в некой степени от формы материала — топологии, как только рассказывают физики. Оно проявляется идиентично для сферы либо яички, к примеру, однако будет вконец иным с тором по причине дырки посреди. Первые измерения этакого рода поведения были изготовлены с током, текущим вдоль границы плоского листа.

    Идеи нобелевских лауреатов по физике умеют перевернуть мир технологий

    Вычислительная сила

    Характеристики этаких топологических материалов возможно окажутся очень полезными. Электромагнитные токи умеют двигаться без сопротивления по них поверхностям, к примеру, даже ежели прибор немного повреждено. Сверхпроводники уже проделывают это же без топологических качеств, однако ишачят лишь при максимально малорослых температурах — и означает, придется растрачивать не мало энергии для поддержания них в прохладном состоянии. Топологические материалы имеют потенциал выполнять ту самую же работу при наиболее больших температурах.

    Это же имеет значимое значение для вычислительной техники: большинство энергии, которую в текущее время употребляет персональный компьютер, уходит на работу вентиляторов, кои отводят тепло, вырабатываемое электромагнитным сопротивлением в схемах. Убрите эту неурядицу с теплом — и вы на теоретическом уровне сделаете прибор намного наиболее действенным. Это же может изрядно уменьшить размер выбросов углекислого газа, к примеру. А также умеют возникнуть аккумуляторы с еще наибольшим сроком работы. Ученые уже экспериментируют с топологическими материалами вроде теллурида кадмия и теллурида ртути, пытаясь реализовать все это же в жизнь.

    Существуют а также потенциал для большого прорыва в области квантовых вычислений. Традиционные компы кодируют информацию, подавая либо и не подавая напряжение на чип. Персональный компьютер считывает это же как только 0 либо 1 соответственно на каждый «бит» инфы. Вы собираете эти биты совместно и превращаете в наиболее сложноватую информацию. Эдак ишачит двоичная система.

    Идеи нобелевских лауреатов по физике умеют перевернуть мир технологий

    С квантовым персональным компьютером вы поставляете информацию в электроны, а уж и не в микрочипы. Энерго уровни этих электронов соответствуют нулям и единицам, подобно традиционному варианту, однако в квантовой механике сразу умеют быть верны оба случая. И не буду углубляться в теории, однако этакие компы умеют возделывать колоссальные объемы заданных параллельно и намного скорее.

    Пока что Гугл и IBM изучат, как только манипулировать электронами для сотворения квантовых компов, кои намного сильнее традиционных, у их на пути существуют одно крупное препятствие: эти компы максимально уязвимы к окружающему «шуму». Ежели традиционные компы управляются с помехами, квантовые компы будут выдавать нестерпимое количество ошибок по причине блуждающих электронных полей либо молекул воздуха, кои сражаются об микропроцессор, даже ежели держать его в высочайшем вакууме. Вот поэтому мы пока что и не используем квантовые компы в ежедневной жизни.

    Одним из потенциальных решений возможно хранение инфы в пары электронах, так как шум привычно удивляет квантовые микропроцессоры на уровне одиночных частиц. Представим, что у вас будет пять электронов, сразу хранящих один и этот же бит инфы. Перед началом того времени, пока что большая часть них будет хранить информацию корректно, нарушение единого электрона и не будет подрывать систему.

    Ученые экспериментировали с наибольшим числом резервных электронов, однако топологическая инженерия может в теории предложить наиболее элементарное решение. Определенно эдак же, как только топологические сверхпроводники сумеют переносить поток электроэнергии довольно ладно, дабы ему же и не мешало сопротивление, топологические квантовые микропроцессоры умеют быть довольно надежными, дабы игнорировать трудности с шумом.

    Будущее

    Пройдет десять-тридцать лет, и ученые, вероятнее всего, научатся довольно ладно манипулировать электронами, дабы реализовать в жизнь квантовые вычисления. С помощью их мы могли бы симулировать формирование молекул, к примеру, что очень мудрено дается современным компам. Это же привело бы к революции в сфере фармацевтики, так как мы могли бы предвещать, что будет происходить с лекарством в человеческом теле, и не проводя практических тестов.

    Квантовые вычисления могли бы предпринять действительностью искусственный ум. Квантовые машинки могли бы обучаться скорее традиционных, так как подкреплены еще наиболее мозговитыми методами. Короче говоря, прогнозы Таулесса, Холдейна и Костерлица умеют перевернуть все компьютерные технологии 21 века. И то, что Нобелевский комитет признал значимость них работы в 2016 году, вероятнее всего, заслуживает нашей благодарности и благодарности наших потомков.