19ΎΗ г.Октябрь Том 126, вып. 2 УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ Η АУ К НОВЫЕ ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ «21.378.365КВАНТОВЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ Л. С. Корниенко, В. Б. Штейншлейгер СОДЕРЖАНИЕ 1. Введение 287 2. Парамагнитные кристаллы для квантовых усилителей 289 3. Устройство и характеристики современных квантовых усилителей 294 4. Применение квантовых усилителей 300 Цитированная литература 307 1. ВВЕДЕНИЕ Повышение чувствительности радиоприема всегда являлось одной из основных проблем радиоэлектроники.Острота и актуальность этой проблемы заметно возросла в 60-х годах в связи с началом активного изучения и освоения космического пространства.В то время в диапазоне микроволн *) -основном диапазоне волн для исследования космического пространства радиометодами -наилучшими по шумовым характеристикам входными радиоприемными устройствами считались кристаллические полупроводниковые смесители с шумовой температурой**) 1000 -2000 °К.Впоследствии благодаря разработке ряда новых входных малошумящих устройств (электронных микроволновых усилителей; параметрических, туннельных, транзисторных усилителей; квантовых усилителей), шумовую температуру радиоприемников в диапазоне микроволн удалось существенно снизить.Среди малошумящих устройств в микроволновом диапазоне квантовые усилители или, как их часто называют, мазеры, занимают особое место: они имеют наименьшие собственные шумы и являются своеобразным эталоном, степенью приближения к которому можно характеризовать шумовые устройства других типов малошумящих устройств.ШЩ^Шумовая температура квантовых усилителей чрезвычайно мала -•всего около 10 °К.Поэтому они применяются в тех случаях, когда главным требованием, предъявляемым к радиоприемной системе, является обеспечение предельно малой шумовой температуры.Именно к такого рода системам относятся наземные радиоприемные •системы дальней космической связи (ДКС) и ряд радиоастрономических *) К диапазону микроволн принято относить дециметровые, сантиметровые и миллиметровые длины волн.**) Шумовые свойства приемного устройства принято характеризовать шумовой температурой Т. Это есть измеренная в градусах Кельвина температура абсолютно черного тела -эквивалента антенны, тепловое излучение которого создает в приемнике шумы, равные по интенсивности собственным шумам последнего.
19ΎΗ г.Октябрь Том 126, вып. 2 УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ Η АУ К НОВЫЕ ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ «21.378.365КВАНТОВЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ Л. С. Корниенко, В. Б. Штейншлейгер СОДЕРЖАНИЕ 1. Введение 287 2. Парамагнитные кристаллы для квантовых усилителей 289 3. Устройство и характеристики современных квантовых усилителей 294 4. Применение квантовых усилителей 300 Цитированная литература 307 1. ВВЕДЕНИЕ Повышение чувствительности радиоприема всегда являлось одной из основных проблем радиоэлектроники.Острота и актуальность этой проблемы заметно возросла в 60-х годах в связи с началом активного изучения и освоения космического пространства.В то время в диапазоне микроволн ) -основном диапазоне волн для исследования космического пространства радиометодами -наилучшими по шумовым характеристикам входными радиоприемными устройствами считались кристаллические полупроводниковые смесители с шумовой температурой*) 1000 -2000 °К.Впоследствии благодаря разработке ряда новых входных малошумящих устройств (электронных микроволновых усилителей; параметрических, туннельных, транзисторных усилителей; квантовых усилителей), шумовую температуру радиоприемников в диапазоне микроволн удалось существенно снизить.Среди малошумящих устройств в микроволновом диапазоне квантовые усилители или, как их часто называют, мазеры, занимают особое место: они имеют наименьшие собственные шумы и являются своеобразным эталоном, степенью приближения к которому можно характеризовать шумовые устройства других типов малошумящих устройств.ШЩ^Шумовая температура квантовых усилителей чрезвычайно мала -•всего около 10 °К.Поэтому они применяются в тех случаях, когда главным требованием, предъявляемым к радиоприемной системе, является обеспечение предельно малой шумовой температуры.Именно к такого рода системам относятся наземные радиоприемные •системы дальней космической связи (ДКС) и ряд радиоастрономических *) К диапазону микроволн принято относить дециметровые, сантиметровые и миллиметровые длины волн.**) Шумовые свойства приемного устройства принято характеризовать шумовой температурой Т. Это есть измеренная в градусах Кельвина температура абсолютно черного тела -эквивалента антенны, тепловое излучение которого создает в приемнике шумы, равные по интенсивности собственным шумам последнего.
1979 г.Сентябрь Том 129, вып. 1 УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ И А У К ИЗ ТЕКУЩЕЙ ЛИТЕРАТУРЫ 539.184.2 ' СПЕКТРОСКОПИЯ СВЕРХВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ НА ОСНОВЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ СОСТОЯНИЙ Е. Б. Александров, Н. И. Калитеевский, М. И. Чайка СОДЕРЖАНИЕ 1. Интерференция атомных состояний 155 2. Явления и методы квантовых биений 156 3. Пересечение уровней 159 4. Сопоставление методов интерференции состояний и нелинейной лазерной спектроскопии 162 Цитированная литература 164 В 60-х годах происходило интенсивное развитие и внедрение в атомную спектроскопию идей и методов интерференции состояний, позволяющих исследовать структуру энергетических уровней с разрешением, не ограниченным допплеровским уширением спектральных линий.Расцвет работ по интерференции состояний совпал по времени с появлением нового вида спектроскопии -лазерной нелинейной спектроскопии сверхвысокого разрешения.В последние годы наблюдается интенсивный технический прогресс в области перестраиваемых лазеров, обещающий превратить лазерную спектроскопию в универсальный всеобъемлющий метод.В связи с этим встает вопрос о конкурентоспособности прежних методов и о разумной области их применения.В настоящем обзоре будут кратко суммированы основные сведения об интерференционных методах спектроскопии и их развитии в лазерный период; обсуждаемые методы будут сопоставлены с задачами и достижениями лазерной спектроскопии.
Сегодня квантовые технологии могут получить новый виток развития, что, наверняка, даст возможность получить решения для многочисленных задач, которые ранее не поддавались решению в рамках традиционных парадигм и вычислительных моделей.Все человечество стоит у порога так называемой второй квантовой революции, и ее краткосрочные и отдаленные последствия затронут практически все сферы жизни глобального общества.Свое непосредственное развитие получат такие направления и отрасли науки и техники, как материаловедение, нанотехнология, фармакология и биохимия вообще, моделирование хаотичных динамических процессов (ядерные взрывы, турбулентные потоки, погода и долгосрочные климатические явления) и т. д., а также решение любых задач, которые сводятся к перемножению матриц больших размеров (в частности, моделирование квантовых систем).Однако вместе с необычайными возможностями квантовые технологии несут с собой и определенные риски и угрозы, в частности слом всех информационных систем, основанных на современных достижениях криптографии, что повлечет за собой практически полное разрушение секретности, глобальный финансовый кризис из-за разрушения банковской сферы и компрометации всех каналов связи.Даже несмотря на то, что уже сегодня разрабатываются методы так называемой постквантовой криптографии, некоторые риски еще необходимо осознать, так как не все долгосрочные последствия могут быть просчитаны.Вместе с тем ко всему перечисленному надо быть готовым, в том числе при помощи подготовки специалистов, работающих в области квантовых технологий и понимающих все их аспекты, новые возможности, риски и угрозы.В связи с этим в настоящей статье приводится краткое описание текущего состояния квантовых технологий, а именно квантовой сенсорики, передачи информации при помощи квантовых протоколов, универсального квантового компьютера (аппаратное обеспечение) и квантовых вычислений, основанных на квантовых алгоритмов (программное обеспечение).Для всего перечисленного приводятся прогнозы развития в части воздействия на различные сферы человеческой цивилизации.
Квантовый компьютер для чайников А.Г.Грозин Институт ядерной физики им.Г.И.Будкера 630090 Новосибирск, СО РАН Аннотация Введение в квантовые компьютеры, квантовую криптографию и квантовую телепортацию для тех, кто никогда об этих вещах не слышал, но знает квантовую механику.Ряд простых примеров подробно рассмотрен с использованием эмулятора квантового компьютера QCL.c Институт ядерной физики им.Г.И.Будкера СО РАН .1 Квантовый компьютер Я не буду обсуждать попытки технической реализации квантового компьютера.Много групп во всём мире этим занимаются, используя разнообразные подходы.Достигнут некоторый прогресс, и, несомненно, значительно большее продвижение произойдёт в близком будущем.Но до работающего квантового компьютера, способного делать что-то полезное, пока далеко.Я не специалист по конкретным методам реализации.Вместо этого, я расскажу о некоторых простых вещах, которые можно будет делать с квантовым компьютером, когда технические трудности его создания будут преодолены.Литература на эту тему весьма обширна.Я не пытался составить подробный список литературы; приведены только ссылки на некоторые работы, посвященные тем конкретным вопросам, которые будут обсуждаться.Более обширные списки литературы можно найти в учебниках и подробных обзорах. Устройство и система командГлавная часть квантового компьютера -память, состоящая из квантовых бит.Будем считать, что квантовый бит -это спин 1 2 ; спин вверх означаетКак известно, всякий эксперимент в квантовой механике состоит из 3 этапов: приготовление начального состояния; эволюция состояния (описываемая уравнением Шрёдингера); измерение какой-нибудь наблюдаемой в конечном состоянии.Цикл вычислений на квантовом компьютере состоит из тех же 3 этапов:• память приводится в начальное состояние |00000000>; • производится некоторая последовательность унитарных преобразований, действующих на отдельные биты или пары битов; • измеряется один или несколько битов.
Исследуется роль квантовых вычислений в исследованиях в области медицинской физики с упором на их потенциал для повышения эффективности и точности вычислений и разработки новых подходов к лечению. Проведен тщательный анализ литературы последних достижений в области квантовых вычислений и их применения в медицинской физике. Тематические исследования рассмотрены для демонстрации практического применения и возможных преимуществ. Теоретические модели протестированы для прогнозирования будущего развития. Статистические данные о реализации квантовых вычислений собраны из многих источников, особенно об улучшении скорости и точности обработки в приложениях медицинской физики. Результаты показывают, что квантовые вычисления могут значительно повысить скорость обработки сложных методов моделирования и визуализации, при этом некоторые квантовые алгоритмы превосходят классические алгоритмы до 100 раз. Статистические результаты подтверждают перспективность квантовых вычислений. При планировании лучевой терапии квантовые вычисления продемонстрировали повышение точности расчета распределения дозы на 25%. Квантовые алгоритмы сократили время вычислений при молекулярном моделировании примерно на 40%, потенциально ускоряя разработку лекарств и индивидуальную терапию на 30%. Квантовые вычисления могут изменить медицинскую физику за счет увеличения вычислительных мощностей, что может привести к прогрессу в диагностике, планировании лечения и разработке лекарств.
15 мая 1935 года журнал Physical Review опубликовал статью Альберта Эйнштейна, написанную в соавторстве с двумя научными сотрудниками Института перспективных исследований, Борисом Подольским и Натаном Розеном, под названием Можно ли считать, что квантовомеханическое описание физической реальности является полным (Can QuantumMechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete, Эйнштейн III: 604 611). Проблемы, поднятые в данной работе, которую обычно называют ЭПР , быстро стали главным пунктом в обсуждениях интерпретации квантовой теории. Споры по ее поводу не прекращаются и по сей день. В статье описывается экстраординарная ситуация, когда по итогам взаимодействия двух квантовых систем их положения в определенном направлении оказываются связаны с их линейными импульсами (в том же направлении). В результате такой запутанности определение координат или импульса одной системы означает определение (соответственно) координат или импульса другой. Авторы ЭПР используют этот случай, чтобы показать, что нельзя совместить принцип локальности, необходимость которого чувствуется на интуитивном уровне, и полноту квантового описания состояния посредством волновой функции. В этой статье описывается аргумент, приведенный в работе 1935 года, рассматриваются несколько других изложений и откликов на него, а также раскрывается актуальное значение поднимаемых ими вопросов.
Текущие исследования по разработке передовых квантовых алгоритмов нацелены на создание набора алгоритмических примитивов, которые могут быть использованы в качестве модулей для различных промышленных рабочих процессов.Цель статьи заключается в рассмотрении различных квантовых алгоритмов для оптимального квантового управления.В работе использовались методы систематического обзора литературы, контент-анализа.Всесторонний поиск осуществлялся в соответствии с рекомендациями PRISMA и проводился в базах Scopus, Web of Science и Google Scholar за период с 2022 по 2025 г.Литература для такого обзора отбиралась в базах данных на основании количества цитирований публикаций, импакт-фактора, индекса Хирша журналов.В практической части исследования использовались методы численного оптимального управления и обучения с подкреплением.В статье представлен обзор исследований современных авторов в области ослабления эффектов шума и декогеренции, анализа ошибок квантовых алгоритмов, а также методов оценки и снижения суммарной погрешности.В процессе исследования в качестве перспективного алгоритма для квантового оптимального управления прорабатываются тепловые ансамбли с целью аппроксимации следа унитарной матрицы.Проводится аналитическая связь между алгоритмом Ахаронова для получения полинома Джонса.Отдельно рассмотрены трехпрядевые косы и их унитарные представления, а также представления на основе тепловых ансамблей.Показана методика измерения математического ожидания фазово-чувствительного оператора обнаружения ансамбля.Доказано преимущество приведенного алгоритма для квантового оптимального управления.Рассмотрен вариационный квантовый алгоритм и его особенности.В работе получены результаты сравнительного анализа наиболее распространенных квантовых алгоритмов оптимального управления.Обозначены пути их усовершенствования с указанием характерных особенностей для каждой модели.Также отмечено, что перспективным направлением дальнейших изысканий является изучение возможностей пересечения областей квантовой механики и машинного обучения, что может привести к созданию новых подходов к управлению квантовыми системами, улучшению существующих алгоритмов.