Образовательный сайт

Илья Xeль
Идeи нoбeлeвскиx лaурeaтoв пo физикe мoгут пeрeвeрнуть мир тexнoлoгий
Пoнимaниe прoвoдимoсти имeeт вaжнoe знaчeниe для элeктрoники, пoскoльку элeктрoнныe прoдукты цeликoм зaвисят oт кoмпoнeнтoв, кoтoрыe прeдстaвляют сoбoй прoвoдники, пoлупрoвoдники и диэлeктрики. И тo, чтo Нoбeлeвский кoмитeт признaл вaжнoсть иx рaбoты в 2016 гoду, скoрee всeгo, зaслуживaeт нaшeй благодарности и благодарности наших потомков. В 1970-х и 80-х годах Таулесс, Холдейн и Костерлиц, а также другие теоретики начали подозревать, что некоторые материалы нарушают это правило. Тогда материал будет диэлектриком. Ученые уже экспериментируют с топологическими материалами вроде теллурида кадмия и теллурида ртути, пытаясь воплотить все это в жизнь. Есть также потенциал для крупного прорыва в области квантовых вычислений. Точно так же, как топологические сверхпроводники смогут переносить поток электроэнергии достаточно хорошо, чтобы ему не мешало сопротивление, топологические квантовые процессоры могут быть достаточно надежными, чтобы игнорировать проблемы с шумом. Квантовые машины могли бы учиться быстрее классических, поскольку подкреплены гораздо более умными алгоритмами. Ученые экспериментировали с большим числом запасных электронов, но топологическая инженерия может в теории предложить более простое решение. Вычислительная сила
Свойства таких топологических материалов могут оказаться чрезвычайно полезными. Сверхпроводники уже делают это без топологических свойств, но работают только при очень низких температурах — и значит, придется тратить много энергии для поддержания их в холодном состоянии. Если нет, потребуется дополнительная энергия, чтобы подтолкнуть поток электронов в новую пустую зону. Энергетические уровни этих электронов соответствуют нулям и единицам, подобно классическому варианту, но в квантовой механике одновременно могут быть верны оба варианта. Это может значительно сократить объем выбросов углекислого газа, например. Короче говоря, прогнозы Таулесса, Холдейна и Костерлица могут перевернуть все компьютерные технологии 21 века. Не буду углубляться в теории, но такие компьютеры могут обрабатывать колоссальные объемы данных параллельно и намного быстрее. Вы собираете эти биты вместе и превращаете в более сложную информацию. Упоминание «теоретических открытий» наводит на мысль, что их работа не нашла или не найдет практического применения и не повлияет на нашу жизнь. Это привело бы к революции в сфере фармацевтики, поскольку мы могли бы предсказывать, что будет происходить с лекарством в теле человека, не проводя практических экспериментов. Вместо того чтобы иметь пробел между зонами, в котором электроны не могут течь, они имеют специальный энергетический уровень между зонами, где происходят странные и неожиданные вещи. Оно проявляется одинаково для сферы или яйца, например, но будет совсем другим с тором из-за дырки в середине. Их орбиты соответствуют разным уровням энергии. Но верно как раз обратное. Если это место есть, материал будет вести себя как проводник. Если классические компьютеры справляются с помехами, квантовые компьютеры будут выдавать невыносимое количество ошибок из-за блуждающих электрических полей или молекул воздуха, которые бьются о процессор, даже если держать его в высоком вакууме. Первые измерения такого рода поведения были сделаны с током, текущим вдоль границы плоского листа. Оно также зависит в некоторой степени от формы материала — топологии, как говорят физики. Так работает двоичная система. Устраните эту проблему с теплом — и вы теоретически сделаете устройство намного более эффективным. Это имеет важное значение для вычислительной техники: большая часть энергии, которую в настоящее время использует компьютер, уходит на работу вентиляторов, которые отводят тепло, вырабатываемое электрическим сопротивлением в схемах. Чтобы понять потенциал, нужно понять теорию. Также могут появиться батареи с гораздо большим сроком работы. До тех пор, пока большинство их будет хранить информацию корректно, нарушение одного электрона не будет подрывать систему. Эти энергетические зоны вмещают определенное число электронов. Это свойство существует лишь на поверхности или на кромке таких материалов. Большинство людей знают, что в центре атома его ядро, а вокруг него вращаются электроны. Предположим, что у вас будет пять электронов, одновременно хранящих один и тот же бит информации. Если применить электрический заряд (поток дополнительных электронов) к материалу, его проводимость будет определяться тем, есть ли в самой высокоэнергетической зоне место для лишних электронов. Компьютер считывает это как или 1 соответственно на каждый «бит» информации. Пока Google и IBM исследуют, как манипулировать электронами для создания квантовых компьютеров, которые намного мощнее классических, у них на пути есть одно большое препятствие: эти компьютеры очень уязвимы к окружающему «шуму». Будущее
Пройдет десять-тридцать лет, и ученые, скорее всего, научатся достаточно хорошо манипулировать электронами, чтобы воплотить в жизнь квантовые вычисления. С их помощью мы могли бы симулировать формирование молекул, например, что слишком сложно дается современным компьютерам. Классические компьютеры кодируют информацию, подавая или не подавая напряжение на чип. Одним из возможных решений может быть хранение информации в нескольких электронах, поскольку шум обычно поражает квантовые процессоры на уровне одиночных частиц. Именно поэтому мы пока не используем квантовые компьютеры в повседневной жизни. Квантовые вычисления могли бы сделать реальностью искусственный интеллект. Когда атомы собираются в вещество, все уровни энергии каждого атома соединяются в зоны электронов. Электрические токи могут двигаться без сопротивления по их поверхностям, например, даже если устройство слегка повреждено. И между всеми зонами имеются пробелы, в которых электроны течь не могут. Британские 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». С квантовым компьютером вы поставляете информацию в электроны, а не в микрочипы. Топологические материалы имеют потенциал делать ту же работу при более высоких температурах.