100 лет назад горстка прозорливых физиков перевернула представления о природе, которыми ученые руководствовались на протяжении веков. Оказалось, что частицы могут быть точечными объектами или волнами. Их поведение носит вероятностный характер и может показаться, что они нарушают универсальные законы, такие как, например, закон сохранения энергии. Состояния частиц могут быть спутаны так, что одна из них мгновенно чувствует изменение состояния другой, независимо от расстояния между ними. Кроме того, они могут находиться в разных состояниях одновременно.

Сегодня физики могут уверенно ориентироваться в таких, казалось бы, иррациональных концепциях. Квантовая теория не только стала основой физики, химии, инженерии и биологии, но и лежит в основе транзисторов, лазеров и светодиодов, которые являются движущей силой современной электроники и телекоммуникаций - не говоря уже о солнечных батареях, медицинских сканерах и системах глобальной навигации. И это только начало.

7 июня Организация Объединенных Наций объявила 2025 год Международным годом квантовой науки и технологий, чтобы отметить вклад квантовой науки в технический прогресс, повысить осведомленность о ее важности для устойчивого развития и обеспечить всем странам доступ к квантовому образованию и возможностям. Являясь крупнейшей в мире лабораторией по физике элементарных частиц, ЦЕРН на протяжении последних 70 лет занимается изучением квантовых теорий, управляющих микромиром. Совсем недавно ЦЕРН вошел в быстро развивающуюся область квантовых технологий, цель которой - использовать самые "странные" аспекты квантовой механики для создания нового поколения квантовых устройств для фундаментальных исследований и не только.

"В последние годы мы научились не просто использовать свойства квантового мира, но и управлять ими", - объясняет София Валлекорса, координатор Инициативы ЦЕРН по квантовым технологиям (Quantum Technology Initiative, QTI). "Сегодня революция заключается в управлении отдельными квантовыми системами, такими как отдельные атомы или ионы, что позволяет создавать еще более мощные приложения".

В ЦЕРНе квантовые технологии изучаются и развиваются в рамках двух инициатив: QTI, целью которой является создание технологий - таких как квантовые вычисления, датчики квантовых состояний, протоколы синхронизации времени и многое другое - для физики высоких энергий; и недавно созданный Открытый квантовый институт (Open Quantum Institute, OQI), целью которого является определение, поддержка и ускорение разработки будущих социальных приложений, использующих алгоритмы квантовых вычислений.

Одна из самых перспективных областей - квантовые вычисления. В отличие от обычных компьютеров, использующих "биты", которые могут находиться только в одном из двух состояний, квантовые компьютеры используют кубиты, которые могут существовать в суперпозиции состояний. Это позволяет обрабатывать огромное количество вычислений одновременно, предлагая важные приложения в таких областях, как криптография, логистика и оптимизация процессов, а также открытие лекарств. Квантовая связь, использующая принципы квантовой механики для того, чтобы сделать невозможным перехват информации без обнаружения, является еще одним важным направлением развития. Третьим направлением программы ЦЕРН по квантовым технологиям является зондирование, позволяющее проводить сверхточные измерения физических величин, что может найти применение в таких областях, как медицина, навигация и климатология.

"То, что начиналось 100 лет назад как чисто теоретическое исследование в области физики, сейчас начинает раскрывать весь свой потенциал", - говорит координатор OQI Тим Смит из ЦЕРН. "Международный год квантовой науки и технологии станет прекрасной возможностью отметить прошлое, настоящее и будущее нашего понимания квантового мира".