Mindblæsende videnskab
Den lille verden kom op til nogle ret store ting i år. Fra mærkelige Schrödingers-kat-situationer til mysterier med vand til umulige partikler, der flyver op fra den antarktiske is, beviste partikelfysik, at der er mange ukendte i universet, som vi kan udforske. Her er de 18 mest fantastiske kvantemekanik og fysikhistorier med stor energi-partikler fra 2018.
Kvantedata blev tættere end nogensinde
For at bygge kvantecomputere skal forskere først finde ud af, hvordan man manipulerer og effektivt lagrer information med kvanteobjekter. I 2018 ramte forskere en milepæl i denne indsats, idet de pakket 18 qubits af kvanteinformation i kun seks fotoner, en ny rekord.
Termometeret gik Schrödinger
I vores verden er temperatur bare en ting. Hvis en fryser er kold nok til at fremstille is, skal alt vand, du lægger inde i det, fryse. Men kvantemekanik tillader objekter at eksistere i usikkerhed mellem flere tilstande, på en måde at være mere end én ting på samme tid - ligesom Schrödingers kat er både levende og død i sit tankeeksperiment. Og i 2018 lærte vi, at dette også gælder for temperatur. Kvanteobjekter kan fra et bestemt synspunkt være både varme og kolde på samme tid.
Let mistet spor af tiden
Tiden antages at flyde i én retning, efter at den vej, der er sat for den af kausalitet, er. En bowlingkugle ruller ned ad en bane og lugter i en stift, så stiften falder. Stiften, der falder, får ikke bowlingkuglen til at rulle ned ad banen og smække ind i den. Men i kvanteområdet er tingene mere sart. Et team af videnskabsfolk i 2018 sendte en foton på en rejse, en der skulle have taget den ned ad sti A og derefter sti B, eller sti B og derefter sti A. Men takket være den løse-gåsede måde kvanteobjekter fungerer, gjorde den foton ikke følg ikke den ene sti foran den anden. Det fulgte efter dem begge uden at gider med at vælge en ordre.
Kvantefysik tvang os til at revurdere livet
I teorien skal kvantefysik arbejde for objekter af enhver størrelse. Men mange forskere mener, at livet kan være for kompliceret til, at nogen form for meningsfulde kvanteeffekter dukker op. Men et eksperiment udført i 2016 så ud til at vise bakterier, der interagerer kvantemekanisk med lys på en meget begrænset, subtil måde. I 2018 gik en anden gruppe forskere tilbage og kiggede på dette eksperiment og fandt, at der kunne være sket noget meget dybere og fremmed, hvilket tvang os til at revurdere livet og kvanteverdenen.
En lille håndvægt spundet virkelig, virkelig hurtigt
Nogle gange, når du har fået et nyt legetøj, skal du tage det ud for en spin. Det var, hvad forskere gjorde med fælles kugler af silica i år, "nanodumbbells" bare 0,000012 inches (320 nanometer) lang og cirka 0,000007 inches (170 nm). Ved hjælp af lasere sprængte de håndvægte op til rotationshastigheder på 60 milliarder hvirvler i minuttet.
Vand afslørede sin Jekyll og Hyde
Der er egentlig ikke kun en slags vandmolekyle, et kvantefysisk eksperiment afsløret i år. I stedet er der to. Begge består af to hydrogenatomer, der stikker op fra et stort oxygenatom, H2O. Men i en slags vand, kaldet "ortho-vand", har disse hydrogenatomer kvante- "spins", der peger i samme retning. I en anden slags vand, kaldet "para-vand", peger disse spins i modsatte retninger.
Einstein blev igen ret
Et team af schweiziske videnskabsmænd har udført en massiv test af et af de underligste paradokser inden for kvantemekanik, et kæmpe eksempel på den slags opførsel Albert Einstein skeptisk kaldet "uhyggelig handling på afstand". Ved hjælp af en superkølet klump på næsten 600 atomer viste de, at sammenfiltring stadig fungerer selv i meget store (kvantemekanisk-talende) skalaer.
20 qubits blev sammenfiltret
Qubits er den grundlæggende informationsenhed i kvantecomputere, og at gøre kvantecomputere arbejde vil involvere sammenfiltring af dem med hinanden. I 2018 lykkedes det et eksperiment at sammenfiltrere 20 af qubits sammen og få dem til at tale med hinanden og derefter læse de oplysninger, de indeholdt, tilbage. Resultatet var en slags prototype af korttidshukommelse til et kvante-computersystem.
Kvantradar kom tættere på at blive en realitet
Militærradar fungerer ved at sprænge radiobølger fra genstande, der flyver gennem himlen. Men i regioner nær Jordens magnetiske nordpol kan disse signaler blive krypterede. Og der er stealth-fly, der er designet til at undgå at besejre radarbølger tilbage ved deres kilde. I 2018 gjorde Canada fremskridt med en kvantradar, der kunne afvise lysfotoner fra indkommende fly, efter at have sammenfiltret disse fotoner med andre fotoner langt væk ved radarbasen. Kvanteradarsystemet ville undersøge fotoner i basen for at se, om deres sammenfiltrede partnere blev manipuleret med kvanteteknologier.
Kvantet tilfældighed blev lidt mere demokratisk
Tilfældighed er ekstremt vigtig for cybersikkerhed. Men sand tilfældighed, som fysisk er umulig at forudsige, er overraskende svært at komme med. En af de få kilder til tilfældighed i verden er kvanteområdet, som er utilgængeligt for de fleste af os. Men det ændrede sig i 2018, da forskere oprettede en "tilfældighed" online "tilfældig" - en offentlig kilde til tilfældige strenge af numre, som enhver kan få adgang til. De har siden gjort denne kilde mere kompleks og nyttig, og der er flere kilder til offentlig tilfældighed, der snart kommer.
