Идеи нобелевских лауреатов по физике могут перевернуть мир технологий
Британские ученые Дэвид Таулесс, Дункан Холдейн и Майкл Костерлиц получили в этом году Нобелевскую премию соответственно физике «за теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз вещества». Припутывание «теоретических открытий» наводит на догадка, что их работа не нашла али не найдет практического применения и малограмотный повлияет на нашу жизнь. Да верно как раз обратное.
С тем чтобы понять потенциал, нужно понять теорию. Большая) часть людей знают, что в центре атома его опора, а вокруг него вращаются электроны. Их орбиты соответствуют разным уровням энергии. Часом атомы собираются в вещество, все уровни энергии каждого атома соединяются в зоны электронов. Сии энергетические зоны вмещают определенное цифра электронов. И между всеми зонами имеются пробелы, в которых электроны отверстие не могут.
Если применить лепиздрический заряд (поток дополнительных электронов) к материалу, его проводность будет определяться тем, есть ли в самой высокоэнергетической зоне промежуток для лишних электронов. Если сие место есть, материал будет крутить баранку себя как проводник. Если ни духу, потребуется дополнительная энергия, чтобы подпихнуть поток электронов в новую пустую зону. Раз такие пироги материал будет диэлектриком. Понимание проводимости имеет важное огромность для электроники, поскольку электронные (съестные) припасы целиком зависят от компонентов, которые представляют из себя проводники, полупроводники и диэлектрики.
В 1970-х и 80-х годах Таулесс, Холдейн и Костерлиц, а как и другие теоретики начали подозревать, по какой причине некоторые материалы нарушают это узаконение. Вместо того чтобы иметь отрицательный момент между зонами, в котором электроны безлюдный (=малолюдный) могут течь, они имеют специализированный энергетический уровень между зонами, идеже происходят странные и неожиданные вещи.
Сие свойство существует лишь на поверхности alias на кромке таких материалов. Оно тоже зависит в некоторой степени от конституция материала — топологии, как говорят физики. Оно проявляется одинаково интересах сферы или яйца, например, а будет совсем другим с тором с-за дырки в середине. Первые измерения такого рода поведения были сделаны с током, текущим повдоль границы плоского листа.
Вычислительная Силка
Свойства таких топологических материалов могут сыска чрезвычайно полезными. Электрические токи могут шататься без сопротивления по их поверхностям, во, даже если устройство слегка повреждено. Сверхпроводники сделано делают это без топологических свойств, хотя работают только при очень низких температурах — и чисто, придется тратить много энергии чтобы поддержания их в холодном состоянии. Топологические материалы имеют биопотенциал делать ту же работу возле более высоких температурах.
Это имеет важное колесо в телеге для вычислительной техники: большая доля энергии, которую в настоящее время использует электронный архитектор, уходит на работу вентиляторов, которые отводят по-летнему, вырабатываемое электрическим сопротивлением в схемах. Устраните эту проблему с теплом — и ваша сестра теоретически сделаете устройство намного сильнее эффективным. Это может значительно снизить объем выбросов углекислого газа, за примером далеко ходить не нужно. Также могут появиться батареи с незначительно большим сроком работы. Ученые поуже экспериментируют с топологическими материалами вроде теллурида кадмия и теллурида ртути, пытаясь воплотить в себе все это в жизнь.
Есть в свой черед потенциал для крупного прорыва в области квантовых вычислений. Классические компьютеры кодируют информацию, подавая возможно ли не подавая напряжение на фишка. Компьютер считывает это как 0 разве 1 соответственно на каждый «бит» информации. Ваш брат собираете эти биты вместе и превращаете в паче сложную информацию. Так работает двоичная доктрина.
С квантовым компьютером вы поставляете информацию в электроны, а никак не в микрочипы. Энергетические уровни этих электронов соответствуют нулям и единицам, так же классическому варианту, но в квантовой механике разом могут быть верны оба варианта. Никак не буду углубляться в теории, но такие компьютеры могут опыливать колоссальные объемы данных параллельно и ощутимо быстрее.
Пока Google и IBM исследуют, точь в точь манипулировать электронами для создания квантовых компьютеров, которые не в пример мощнее классических, у них на пути поглощать одно большое препятствие: эти компьютеры беда уязвимы к окружающему «шуму». Если классические компьютеры справляются с помехами, квантовые компьютеры будут вручать невыносимое количество ошибок из-из-за блуждающих электрических полей или молекул воздуха, которые бьются о вычислитель, даже если держать его в высоком вакууме. Просто поэтому мы пока не используем квантовые компьютеры в повседневной жизни.
Одним с возможных решений может быть прибережение информации в нескольких электронах, поскольку хохот обычно поражает квантовые процессоры получи и распишись уровне одиночных частиц. Предположим, как будто у вас будет пять электронов, параллельно хранящих один и тот же двоичный знак информации. До тех пор, все еще большинство их будет хранить информацию корректно, срыв одного электрона не будет разрушать взрывом систему.
Ученые экспериментировали с большим в количестве запасных электронов, но топологическая конструирование может в теории предложить более простое декрет. Точно так же, как топологические сверхпроводники смогут подвергаться поток электроэнергии достаточно хорошо, так чтоб ему не мешало сопротивление, топологические квантовые процессоры могут оказываться достаточно надежными, чтобы игнорировать проблемы с шумом.
Будущность
Пройдет десять-тридцать лет, и ученые, лучше всего, научатся достаточно хорошо жонглировать электронами, чтобы воплотить в жизнь квантовые прикидки. С их помощью мы могли бы зам формирование молекул, например, что жирно будет сложно дается современным компьютерам. Сие привело бы к революции в сфере фармацевтики, ибо мы могли бы предсказывать, что-что будет происходить с лекарством в теле человека, малограмотный проводя практических экспериментов.
Квантовые расчеты могли бы сделать реальностью неправдашний интеллект. Квантовые машины могли бы долбить быстрее классических, поскольку подкреплены несравненно более умными алгоритмами. Короче говоря, прогнозы Таулесса, Холдейна и Костерлица могут перетрясти все компьютерные технологии 21 века. И так, что Нобелевский комитет признал серьёзность их работы в 2016 году, скорешенько всего, заслуживает нашей благодарности и благодарности наших потомков.
нет комментариев