Рубрики
Бритaнскиe учeныe Дэвид Тaулeсa, Дункaн Xoлдeйн и Мaйкл Кoстeрлицa выигрaл в этoм гoду Нoбeлeвскую прeмию пo физикe «зa тeoрeтичeскoe oткрытиe тoпoлoгичeскиx фaзoвыx пeрexoдoв и тoпoлoгичeскиe фaзы мaтeрии». Тeг для «тeoрeтичeскиx oткрытий» укaзывaeт нa тo, чтo иx рaбoту нe нaйти, или нe нaйти прaктичeскoгo примeнeния и никaк нe пoвлияeт нa нашу жизнь. Но, что верно обратное.
Чтобы понять потенциал, необходимо разобраться в теории. Большинство людей знает, что в центре атома ядро, а вокруг него вращаются электроны. Их орбиты соответствуют различные уровни энергии. Когда атомы собираются в сущности, все уровни энергии каждого атома соединяются в зоне электрона. Эти энергетические полосы может вместить определенное количество электронов. И между всех областях есть пробелы, где электроны не могут течь.
При применении электрического заряда (потока электронов дополнительного) материала, его проводимость будет определяться, является ли большинство из зоны высокой энергетической место для дополнительных электронов. Если это место, материал будет вести себя как проводник. Если не требуют дополнительной энергии, чтобы подтолкнуть поток электронов в новом, пустом пространстве. Тогда материал будет изолятор. Проводимость понимание важно для электроники, потому что электронные продукты целиком и полностью зависит от компонентов, которые представляют собой проводники, полупроводники и изоляторы.
В 1970-х и 80-х годов Таулеса, Холдейн и Костерлица и другие теоретики начали подозревать, что некоторые из материалов нарушает это правило. Вместо того, чтобы разрыв между зонами, в которых электроны не могут течь, они обладают особым уровнем энергии между зонами, где происходят странные и неожиданные вещи.
Это свойство существует только на поверхности или на краю таких материалов. Она также в определенной степени зависит от формы материала топологии, как говорят физики. Это то же самое для сферы или яйца, например, но будет с различными условиями в связи с отверстие в середине. Первая мера такого поведения было сделано с током, протекающим вдоль границы плоского листа.
Питания компьютера
Свойства таких топологических материалов могут быть чрезвычайно полезны. Электрические токи, могут перемещаться без сопротивления их поверхностей, например, даже если устройство немного повреждена. Сверхпроводники уже делают это без каких-либо топологических свойств, но работают только при очень низких температурах — и поэтому нужно тратить много энергии, чтобы поддерживать их в холодном состоянии. Топологические материалы имеют потенциал, чтобы сделать ту же работу при более высоких температурах.
Это важно для вычислительной машины: большая часть энергии в настоящее время вы используете компьютер, перейдите к болельщикам, которые рассеивают тепло, электрическое сопротивление в цепи. Устранить эту проблему с жарой и теоретически сделает устройство намного эффективнее. Это может значительно сократить выбросы углекислого газа, например. Вы также можете получить батареи с очень большой жизни. Ученые уже экспериментируют с топологическими таких материалов, как теллурид кадмия и теллурида ртути, пытаясь воплотить все это в жизнь.
Кроме того, существует потенциал для значительного прогресса в области квантовых компьютеров. Классические компьютеры кодировать информацию, подавать или не подавать напряжение на чип. Компьютер читает его как или 1, соответственно, за каждый «бит» информации. Вы сможете собрать эти части вместе и быть преобразован в более сложную информацию. Как это работает в двоичной системе.
Квантовый компьютер будет поместить информацию в электроны, а не в микросхемах. Уровень энергии этих электронов соответствуют нулей и единиц, как классический вариант, но в квантовой механике не может одновременно быть лояльным к обоим. Я не буду вдаваться в теорию, но эти компьютеры могут обрабатывать большие объемы данных, в то же время и гораздо быстрее.
В то время как Google и IBM изучают, как управлять электроны, чтобы создать квантовые компьютеры, которые намного более мощные, чем классические, на их пути есть одно большое препятствие: эти компьютеры очень уязвимы для окружающего «шума». Если в классических компьютерах справиться с интерференцией, квантовые компьютеры будут генерировать недопустимо большое число ошибок из-за паразитных электрических полей или молекул воздуха, бьется о нагрузке, даже если вы держите его в высоком вакууме. Это причина, почему мы не используем квантовые компьютеры в повседневной жизни.
Одним из возможных решений может быть, чтобы вспомнить информацию в несколько электронов, так как шум обычно влияет на квантовые процессоры на уровне одиночных частиц. Предположим, что у вас есть пять электронов, в то же время сохраняя тот же бит информации. В то время как большинство из них будет хранить информацию, травма одного электрона не будет мешать системе.
Ученые экспериментировали с большим количеством свободных электронов, но и топологических методов проектирования в теории можете предложить более простое решение. Аналогичным образом, топологические сверхпроводники имеют возможность передавать поток электричества достаточно хорошо, что это не мешает устойчивости, топологические квантовые процессоры могут быть достаточно сильны, чтобы игнорировать проблемы шума.
Будущее
После десяти до тридцати лет, и ученые, наверное, учатся достаточно хорошо, чтобы манипулировать электрон для реализации квантовых вычислений. С их помощью мы можем имитировать образование молекул, например, что тоже сложно, учитывая современные компьютеры. Это приведет к революции в сфере обращения лекарственных средств, потому что мы можем предсказать, что произойдет с препаратом в организме человека и без практических экспериментов.
Квантовые компьютеры могут воплотить в реальность искусственного интеллекта. Квантовые машины будут способны учиться быстрее классической, подкреплены много более интеллектуальные алгоритмы. Короче говоря, предсказания Tulessa, Холдейн и Костерлица может превратить все компьютерные технологии 21-го века. Тот факт, что Нобелевский Комитет признал важность их работы в 2016 году, скорее всего, заслуживает наше уважение и благодарность наших потомков.
Идеи Нобелевских лауреатов в области физики могут изменить мир с технологией
Илья Хель