Фізики винайшли квантовий кубик Рубіка: головоломка складна, але вирішити можна

Іноді для перевірки розумових здібностей людей пропонується зібрати кубик Рубіка. Вважається, що розв'язати цю головоломку можуть тільки дуже розумні люди. Але для деяких людей, особливо якщо вони фізики, кубик Рубіка є занадто простою головоломкою. Тому вчені з Університету штату Колорадо в Боулдері, США, вирішили створити свою версію кубика Рубіка — квантовий кубик Рубіка. Дослідження опубліковано на сервері препринтів arXiv, пише IFLScience.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

За словами вчених, щоб створити квантовий кубик Рубіка вони замінили його частини квантовими частинками. Різні види однакових частинок замінюють собою різні кольори кубика Рубіка. Усі частинки одного "кольору" не відрізняються одна від одної, але всі частинки різних "кольорів" можна відрізнити. Квантовий кубик Рубіка, який насправді є кубоїдом, складається з двох частинок заввишки і завширшки, але тільки з однієї частинки в глибину.

Фізики скоротили кількість очевидних можливих ходів до двох: поворот по осі z і поворот по осі x. Будь-який інший хід можна зробити за допомогою різних комбінацій цих ходів.

Є ще один хід, який можна виконати в цій версії головоломки, і він можливий тільки завдяки квантовому налаштуванню. За словами вчених, це квадратний корінь перестановки, і це означає, що у квантовому кубику Рубіка сторони можуть бути як переміщені, так і не переміщені одночасно.

У звичайного кубика Рубіка, у якого шість граней по дев'ять квадратів на кожній, існує 43 квінтильйони можливих способів зібрати головоломку. Проте деякі люди можуть зібрати кубик Рубіка за лічені секунди. Але у квантового кубика Рубіка існує нескінченна кількість можливих станів. Чи означає це, що головоломку не можна вирішити? Насправді є два способи.

За словами фізиків, можна просто виміряти в якому стані перебуває частинка і перевірити, рухалася вона чи ні. Як і у випадку з відомим котом Шредінгера, це зруйнує суперпозицію, і змусить частинку поводитися як звичайна грань куба. З іншого боку, квантовий кубик Рубіка може бути створений з певних частинок, наприклад, ідентичних ферміонів. У такому разі будь-який хід утримуватиме головоломку в її найнижчому енергетичному стані. Це призведе до дискретного простору станів. Простір станів являє собою набір усіх можливих конфігурацій системи. Оскільки простір станів і набір дій скінченні, цю версію головоломки можна порівняти з класичними головоломками перестановок, хоча і з дуже дивною геометрією, кажуть фізики.

Фокус уже писав про те, що нове виверження на дивній кометі 29P/Швассмана-Вахмана зробило її яскравішою майже в 300 разів. Чотири виверження на кометі, яка є кентавром, відбулися за 48 годин.

Також Фокус писав про те, що фізики вперше виявили дивні частинки під назвою напівдираківські ферміони. Вони мають масу тільки під час руху в одному напрямку, але не мають маси під час руху в іншому напрямку.