Околонаучное

В магнитном поле Земли существует дыра, и она меняется. Согласно данным NASA, аномалия не представляет опасности, однако влияет на спутники и космические аппараты. Возникает вопрос: свидетельствует ли аномалия о скорой смене полюсов магнитного поля Земли? Я решила в этом разобраться.

Ослабленная область магнитного поля получила название Южно-Атлантической аномалии.

Согласно названию, аномалия располагается преимущественно над Южной Атлантикой и захватывает части Южной Америки, включая восточное побережье Бразилии и Аргентины. Аномалия известна науке давно, однако недавно привлекла внимание СМИ из-за изменений в её структуре.

Первое обнаружение аномалии датируется 1958 годом, когда специалисты американских спутниковых программ, особенно работавшие с серией спутников Explorer, зафиксировали необычное приближение радиационных поясов Ван Аллена к поверхности Земли в данном регионе.

Пояса Ван Аллена представляют собой две кольцевидные области, заполненные высокоэнергетическими заряженными частицами — преимущественно электронами и протонами, удерживаемыми магнитным полем Земли. По широте располагаются ближе к экватору, чем к авроральной зоне (зоне полярного сияния), на значительной высоте — от 600 километров.

NASA отслеживает аномалию, поскольку снижение поясов Ван Аллена подвергает спутники и Международную космическую станцию повышенным уровням радиации. Излучение воздействует на электронные системы и здоровье космонавтов. На авиалайнеры аномалия не воздействует ввиду существенно меньших высот полета.

Аномалия магнитного поля разделяется на две отдельные зоны. Несколько лет назад специалисты Космического центра Годдарда NASA проанализировали данные спутников Swarm Европейского космического агентства и миссии CubeSat ELFIN для отслеживания динамики аномалии. Результаты исследования попали в заголовки новостей. Ученые установили ослабление центральной части аномалии. Основная зона концентрируется над Южной Америкой, тогда как вторичная смещается к юго-западу в направлении Африки.

Исследование прошлого года продемонстрировало влияние магнитной аномалии на ослабление полярных сияний в южном полушарии.

Возникает вопрос: свидетельствует ли аномалия о приближающемся перевороте магнитного поля Земли? Геологические данные демонстрируют, что за последние сотни миллионов лет магнитное поле Земли меняло полюса каждые 450 тысяч лет. Аналогичный процесс происходит на Солнце, но значительно чаще — солнечное магнитное поле меняет полярность каждые 11 лет.

Инверсия магнитного поля Земли является следствием механизма формирования магнитосферы планеты: движения раскаленных металлов в земных недрах. Так утверждают геологи. Впрочем, существует гипотеза о компьютерной симуляции, требующей периодической перезагрузки.

Независимо от причин, экстраполяция данных показывает вероятность очередного переворота магнитного поля в ближайшие 10 000 лет. Для геологической шкалы времени события такой давности считаются актуальными. Проблема заключается в том, что магнитная инверсия способна ослабить защиту от космической радиации на протяжении тысячелетий.

Современные геологи считают, что наблюдаемые изменения магнитной аномалии не указывают на скорый полный переворот поля. Основная гипотеза связывает образование аномалии с движением расплавленного железа во внешнем ядре Земли, вызывающим в данном регионе ослабление выхода линий магнитного поля на поверхность.

Согласно моделированию, аномалия перемещается во внешнем ядре на протяжении 10 миллионов лет. Аномалия представляет собой локальную особенность, не связанную напрямую со сменой магнитных полюсов.

Значимость этой аномалии магнитного поля определяется возможностью получения данных о процессах внутри планеты, что позволит точнее прогнозировать сроки потенциальной инверсии магнитного поля.

Феномен напоминает нам о ценности нашей планеты, ибо она защищает нас от  радиации своим магнитным полем. Марс лишился такой защиты. Красная планета утратила большую часть магнитного поля 4 миллиарда лет назад из-за остывания ядра и прекращения его движения. Результатом стал высокий уровень радиации на поверхности Марса как следствие потери атмосферы, которую сдуло солнечным ветром без защиты от магнитного поля.

Альтернативная теория предполагает, что это портал инопланетян, собирающихся захватить Землю. Жду не дождусь...

Много лет вы просили рассказать о Теории всего Стивена Вольфрама. Я избегала этой темы, не понимая сути его работы. Недавно я осознала, что и сама часто не понимаю, что делаю. Честно говоря, когда я просматриваю новости, мне кажется, что никто не знает, что делает. Поэтому поделюсь своим пониманием его идей.

Вольфрам - известный математик и специалист по информатике, более всего известен как создатель программы Mathematica. Он стремится объяснить устройство мироздания через компьютерный код. Его теория всего переводит гипотезу симуляции на язык математики. Он ищет код, способный воспроизвести известную нам физику с гравитацией и частицами стандартной модели.

Вольфрам выделяется среди других теоретиков глубоким пониманием используемой математики. При этом физики почти не замечают его идеи. У меня есть предположение почему.

По его мнению, вселенная работает как компьютерная программа с простыми правилами, порождающими физические законы. А те в свою очередь определяют наблюдаемую реальность. Это усложненная версия клеточных автоматов, создающих двумерные узоры построчно. Узоры могут быть очень сложными. Возможно, четырехмерная версия объяснит всю вселенную. Такова суть идеи.

Я встречала Вольфрама на семинаре примерно 10 лет назад. Он представлял теорию всего группе физиков. Их реакцию можно описать как вежливый скептицизм - как если бы ваша тётка рассказала о том, что встретила Элвиса [Пресли, вероятно] в метро.

Я понимаю причины скептицизма. Идея физических законов как вычислений противоречит общей теории относительности Эйнштейна, причем существенно.

Любое вычисление происходит пошагово. Иначе это просто иная формулировка известных физических законов. У вычисления есть правило обновления состояний. В клеточных автоматах обновление идет построчно, с определенным шагом во времени и пространстве.

В своей книге 2002 года "Новый вид науки" Вольфрам говорит, что хочет описать пространство как сеть. Математики также называют их "графами". Оба эти термина, сети и графы, относятся к одному и тому же - это точки, соединённые линиями. Если описывать пространство таким образом, это своего рода дискретизация. Затем Вольфрам говорит, что законы физики - это правила обновления связей в сети. Это, по идее, может описывать как пространство, так и материю в нём.

Проблема не только в том, что теории Эйнштейна не используют графы - их нельзя даже приближенно описать графами. Промежутки в графе и шаги обновлений должны быть наблюдаемы. Но мы их не видим.

Возьмем фотон определенной длины волны. Длина волны обратно пропорциональна энергии. Какова энергия фотона?

Если вы не знаете ответа, то вы правы. У вопроса нет ответа. Энергия фотона зависит от того, как вы его наблюдаете. Предположим, вы наблюдаете фотон, скажем, зелёного цвета. Наблюдатель, движущийся к нему, увидит цвет смещённым в синюю область, то есть с более высокой энергией, а наблюдатель, движущийся от него, увидит его смещённым в красную область, то есть с меньшей энергией. Какова "реальная" энергия фотона? На этот вопрос нет ответа. Все эти энергии одинаково реальны. Энергия может быть сколь угодно высокой, а длина волны сколь угодно малой, или энергия может быть сколь угодно низкой, а длина волны сколь угодно большой.

Это происходит потому, что в теории Эйнштейна движение наблюдателя меняет само понимание того, что значит большое или маленькое, или что имеет высокую или низкую энергию.

В этом проблема дискретных подходов к пространству-времени. Если пространство описывается графом с минимальным расстоянием (планковской длиной), для движущегося наблюдателя эта структура окажется намного меньше. Это нарушает лоренц-инвариантность.

Нельзя аппроксимировать общую теорию относительности графом с сохранением симметрий. Можно пожертвовать симметриями, но отклонения всегда будут существенны для некоторого наблюдателя.

Это так раздражало меня, что я написала статью, в которой доказала, что это невозможно. Не существует сетевого подхода к пространству-времени, который был бы совместим с теориями Эйнштейна. Его просто нет. Теперь вы, возможно, понимаете, почему мне не нравились идеи Вольфрама.

Можно возразить: это хорошо, что нельзя воспроизвести общую теорию относительности, потому что тогда мы можем проверить эту идею. Да, и именно поэтому некоторые люди ищут небольшие отклонения от лоренц-симметрии и утверждают, что они проверяют гипотезу симуляции, что создаёт броские заголовки.

Проблема в том, что мы знаем: если серьёзно относиться к квантовой механике, даже малейшие отклонения от этой симметрии привели бы к наблюдаемым явлениям в физике частиц, а они давно исключены. Поэтому я осмеливаюсь сказать, что совершенно неудивительно, что эти эксперименты никогда не находят никаких отклонений от лоренц-симметрии.

На том семинаре 10 лет назад физики тоже указывали на проблему лоренц-симметрии: как согласовать теорию с наблюдениями.

И я думаю, что Вольфрам серьёзно отнёсся к критике. Потому что пару лет назад он опубликовал вместе с несколькими соавторами продолжение работы, в которой они пытались решить эту проблему.

Я прочитала её, когда она вышла, и собиралась рассказать о ней рассказать, но собитие как раз совпало с первыми ковидными локдаунами, и у меня были другие заботы - например, попытаться не сойти с ума.

Не помогло и то, что вместо обычной публикации PR-служба Вольфрама выпустила пресс-релиз о том, что он "возможно, нашел путь к фундаментальной теории физики, и она прекрасна". Отчасти поэтому физики игнорируют Вольфрама - он не следует научному этикету. Я не оправдываю, а объясняю  их реакцию: в основном закатывание глаз.

Новый подход Вольфрама использует гиперграфы - коллекции графов вместо одиночных графов для описания пространства-времени и частиц.

Точки в графах описывают пространство-время и материю. Связи в гиперграфах нефизические - у них нет длины, они показывают только отношения между точками. Отсутствие длины решает проблему разных наблюдателей. Умное решение.

В 2020 году я обсуждала это с Джонатаном Горардом из Wolfram Research, видимо, главным автором работы. 

Идея работоспособна, но не нова - это подход "причинных множеств" Рафаэля Соркина. 

В нем пространство-время - "множество" точек, и эти точки имеют причинные отношения, которые можно изобразить стрелками, тем самым получив граф. Данный подход сохраняет симметрии теории Эйнштейна.

Если посмотреть на то, чем они занимались после 2020 года, они исследовали связь гиперграфов Вольфрама с причинными множествами. Большая часть этих исследований, похоже, была проведена Джонатаном Горардом. Горард также изучал применение к общей теории относительности и устранение сингулярностей - чего не удавалось сделать в причинных множествах.

Теория всего? Пока нет. Во-первых, я не понимаю описание квантовой физики Вольфрама, мне оно кажется несвязным. Также есть много проблем с реализацией квантовой физики с помощью неквантового алгоритма, которые он не рассматривает.

И он не предоставил конкретики о том, как воспроизвести стандартную модель или элементарные частицы. Однако люди, работающие с причинными множествами, уже показали, что возможно поместить дискретизированную версию дифференциальных уравнений на эти графы, так что, может быть, это не так сложно, как кажется.

На сегодняшний день я честно считаю, что данная исследовательская весьма успешна, и я думаю, что физикам пора начать уделять ей немного больше внимания.

Научное мошенничество - огромная проблема. И я боюсь, что она станет еще серьезнее. Это уже не только проблема академических кругов, все чаще она проникает и в повседневную жизнь.

Недавнее расследование выявило некоторые сомнительные исследовательские практики в Лаборатории инноваций в здравоохранении Стэнфорда (Stanford Healthcare Innovation Lab - SHIL). Она расположена прямо рядом с Центром одобренных нарушений Стэнфорда (Stanford Centre of Approved Misconduct - SCAM). Нет, я это выдумала. Последнее. А институт SHIL абсолютно реален.

Они провели несколько психологических исследований с довольно небольшими группами испытуемых, показывающих, что шестидневный курс оратора-мотиватора Тони Роббинса чрезвычайно эффективен в лечении депрессии. 

Согласно San Francisco Chronicle, по крайней мере одно из исследований финансировалось Robbins Research International, компанией, принадлежащей тому самому Тони Роббинсу, чей курс был предметом исследования. Возможно, здесь есть небольшой конфликт интересов. Как вы думаете?

Хорошо, вы можете сказать, что все знают, что половина психологии в любом случае псевдонаука. Но как насчет этого?

Помните куркумин, один из ингредиентов индийской специи под названием куркума? Да, то желтое вещество, которое, как вам говорили, якобы полезно для здоровья. Если вы погуглите, вы найдете множество сайтов, утверждающих: "Многие качественные исследования показывают, что он приносит огромную пользу вашему телу и мозгу" и тому подобное. К сожалению, это неправда.

Этот миф восходит к Бхарату Аггарвалу, американскому биохимику индийского происхождения, работавшему в Университете Техаса. 

Он опубликовал десятки статей о предполагаемой пользе куркумина. Он даже написал об этом книгу.

Но после публикации книги некоторые люди внимательно изучили его статьи. И они нашли явные доказательства неоднократных нарушении этических норм при проведении научных исследований, в частности, манипуляций с изображениями. Целых 65 его статей были отозваны. Последующие исследования показали, что куркумин малополезен, если вообще что-то делает, в основном потому, что он не усваивается организмом, хотя добавление других веществ может улучшить его усвоение и пользу.

Вы можете сказать, ладно, но по крайней мере никто не пострадал. Ну, Национальный институт здоровья США потратил более 150 миллионов долларов на изучение этого вещества, и многие люди его купили. Вероятно, покупают до сих пор. Эта сказка о куркумине так широко распространилась по интернету, что ее практически невозможно опровергнуть.

Что случилось с Аггарвалом? Он вышел на пенсию в 2015 году и опубликовал еще несколько статей. Некоторые из них были отозваны.

Более свежая история научного мошенничества, которая еще более удручает, - это история Элизира Маслии. Еще несколько недель назад он был главой отдела нейронаук в Национальном институте старения США. Он был очень большим именем в исследованиях болезни Паркинсона и Альцгеймера.

Но согласно недавнему отчету в Science, целых 132 его опубликованные научные статьи содержат подозрительные изображения и были отмечены как возможные нарушения, включая некоторые работы, которые легли в основу клинических испытаний методов лечения болезни Паркинсона.

Уже два года назад известный исследователь, работавший над болезнью Альцгеймера, был обвинен в нарушениях как минимум в 25 статьях. 

Некоторые его исследования заложили основу для наиболее широко преследуемой гипотезы о том, как возникает болезнь Альцгеймера, а именно путем накопления белка, называемого бета-амилоидом, в мозге. 

На основе этой идеи были разработаны лекарства, но проведенные клинические испытания показали, что они не работают.

Люди, участвовавшие в этих испытаниях, потратили драгоценное время впустую, а государственные и частные деньги были вложены в бесполезные исследования. Научное мошенничество и небрежные исследования затрагивают всех нас. В худшем случае люди активно страдают. Помните Дидье Рауля, который продвигал ивермектин как лекарство от COVID? Десятки тысяч людей, включая многих детей, умерли, потому что не получили надлежащего лечения.

Конечно, это происходит не только в медицине. Нарушения имеют место быть и в исследованиях фотоэлектрических элементов, и в материаловедении. Статья, которая совсем недавно появилась на arXiv, выявила более 2000 случаев подделки изображений электронной микроскопии. Это дерьмо повсюду.

Действительно удручающая часть заключается в том, что многие сфальсифицированные исследования были выявлены по подделанным изображениям, настолько очевидным, что их можно заметить невооруженным глазом. 

Мошенники часто просто копируют и вставляют одно и то же изображение в несколько статей. Существуют бдительные научные детективы, которые специализируются на выявлении таких копий. Теперь их собралась целая группа, они работают над выявлением массового мошенничества.

Недавно я разговаривала с одним из научных детективов, Рисом Рикардсоном, и он сказал мне, что они, наконец, добились финансирования от исследовательских институтов.

Думаю, это действительно хорошая новость. Нам нужно больше такого. Поскольку изображения, сгенерированные ИИ, становятся все более распространенными, ситуация с фальсификациями в академической среде будет только ухудшаться.

Я всегда задаюсь вопросом, почему люди так делают. И я боюсь, что ответ - цинизм. Все больше ученых считают, что система несправедлива, и качественное выполнение работы не является выигрышной стратегией. Они думают, что все фальсифицируют, и это оправдывает их собственные фальсификации. Кроме того, это на самом деле никак особо не наказывается. Могут отозвать статью, попросить исследователя уйти досрочно на пенсию, на которую они будут праздно жить.

Кстати, курс Тони Роббинса по лечению депрессии стоит 4500 долларов, а его предполагаемое состояние составляет 600 миллионов долларов. Думаю, он должен мне за то, что мне приходится делать депрессивные ролики.

Немного некропостинга. Просто попался видос одного американского промышленного мясника с разделкой прилова опаха (не имеет для них ценности, хоть и вкусный), где между делом упоминается, что это единственная известная науке собственно теплокровная рыба. По этому случаю откопал 10-летнюю новостную статью об открытии сего свойства у этого вида. https://earthsky.org/earth/opah-the-first-truly-warm-blooded-fish/

В этом месяце учёные-ихтиологи сообщили, что опах оказался первой известной теплокровной рыбой на Земле. Биолог Николас Вегнер из рыболовного центра NOAA в Калифорнии изучил жабры опаха и нашёл в них особую структуру, позволяющую рыбе быть теплокровной. Статью об этом опубликовали в журнале Science 15 мая 2015 года. Вегнер прокомментировал:

"Природа умеет нас удивлять хитрыми штуками там, где их совсем не ждёшь.

Раньше я думал, что опах - медлительная рыба, как большинство рыб в холодной воде. Но оказалось, что она может греть своё тело, поэтому на самом деле это активный хищник, который гоняется за быстрой добычей вроде кальмаров и может далеко мигрировать".

Когда команда Вегнера разделала пойманного опаха (эта рыба не очень известна, но становится популярнее на рынках), Вегнер заметил в жабрах сложное переплетение красных и синих сосудов. Эта система вен и артерий, которую по-латыни называют "чудесной сетью" (retia mirabilia), есть и у других продвинутых морских хищников - тунцов и акул.

Но тунцы и акулы не умеют сохранять тепло внутри тела так, как опах. Они вырабатывают тепло от работы мышечной ткани, но только вокруг некоторых групп мышц. У них получаются нагретые, но изолированные участки мышечной ткани, а кровь сразу остывает, когда соприкасается с морской водой в жабрах, где рыбы набирают кислород.

А вот у опаха эта retia mirabilia находится прямо в жабрах. Благодаря этому кровь, идущая от сердца, нагревает свежую кровь с кислородом прямо в жабрах. Потом эта тёплая кровь разносится по всему телу опаха. Так он поддерживает температуру тела выше окружающей воды, что даёт ему большое преимущество.

Опахи вырастают до 2 метров в длину и весят больше 45 кг. Они живут в холодных глубоких водах. Вегнер рассказал:

"Мы следили за опахами со спутника и увидели, что они в основном держатся на глубине от 45 до 400 метров и редко поднимаются на поверхность. Более высокая температура тела должна помогать им лучше работать мышцами, быть выносливее, лучше видеть и соображать, а также защищать от холода сердце и другие органы".

Опах также использует свои большие грудные плавники, чтобы вырабатывать тепло и греть остальное тело. У него есть толстые слои жира, которые защищают сердце, жабры и мышцы грудных плавников от холодной воды вокруг.

Команда Вегнера вживила нескольким опахам маленькие термометры, прежде чем отпустить их обратно в океан. Данные показали, что температура их тела постоянно была выше, чем температура воды вокруг. В исследовании, которое команда опубликовала в Science, говорится:

"У рыбы средняя температура мышц была примерно на 5 градусов Цельсия выше, чем вода вокруг, когда она плавала на глубине от 45 до 300 метров".

Учёные пришли к выводу, что уникальная эволюционная фишка опаха позволяет ему держать более высокую температуру мозга, мышц и, что самое важное, сердца. Благодаря этому рыба приспособилась жить в глубоких водах и охотиться там.

Некоторым опах кажется смешным на вид. Но теперь эта рыба удивила учёных своей необычной способностью.

Для многих людей, похоже, целью жизни является не умереть. И если бессмертие - ваша цель, то где лучше искать вдохновение, как не у "суперстолетних" долгожителей - тех, кто прожил более 110 лет. Почему им это удалось, когда большинство других не смогли? Питание? Гены? Отказ от социальных сетей? Согласно новому исследованию Оксфордского университета, долголетие сильно коррелирует с проживанием в бедных регионах с высоким уровнем преступности. Правда? Да, правда.

Исследование было проведено Солом Ньюманом, который внимательно изучил качество данных о суперстолетних долгожителях. Эта работа еще не прошла рецензирование, но то, что он обнаружил, очень удивительно и более чем немного тревожно.

Первый вывод, заставляющий поднять брови, получен из данных США. Ньюман сравнил распределение дат рождения в общей популяции с распределением среди предположительно сверхстарых людей. Статистические данные показывают, что люди очень преклонного возраста чаще всего рождаются первого или пятнадцатого числа месяца. Это наводит на мысль, что кто-то когда-то просто записал свое лучшее приблизительное предположение об их возрасте. Так что, возможно, долгожители просто выглядели старше, чем были на самом деле.

На следующем графике также видно, что количество зарегистрированных суперстолетних в США резко упало, почти на 80%, в какой-то момент, обозначенный здесь как 0.

Что тогда произошло? Может, американцы умерли со смеху от европейских модных тенденций?

Нет, падение произошло, когда в США ввели регистрацию новорожденных. Это подтверждает подозрение, что у большинства, если не у всех предыдущих суперстолетних, возраст в какой-то момент был неправильно записан.

В Италии регистрация новорожденных была введена раньше, но данные также содержат немало сюрпризов. Если разбить их по регионам, то количество долгожителей отрицательно коррелирует с уровнем выживаемости в среднем возрасте. Оно также отрицательно коррелирует с региональным валовым внутренним продуктом, который можно рассматривать как меру благосостояния.

Это означает, что чем хуже условия жизни для среднего итальянца в регионе, тем больше их, кажется, доживает до более высокого возраста. Автор говорит, что это "подтверждает гипотезу о том, что итальянские долгожители в значительной степени представляют собой набор ошибок и пенсионного мошенничества".

Во Франции тоже региональное количество сверхстарых людей коррелирует с бедностью и высоким уровнем преступности. Похожая история и в Англии. Там тоже достижение якобы высокого возраста более вероятно в бедных и проблемных регионах.

Очень показательный пример - Тауэр-Хэмлетс, район Лондона. 

В нем самое большое количество суперстолетних на душу населения в Англии. Также в нем самый высокий уровень бедности, самое высокое неравенство доходов и самый высокий уровень финансовых трудностей среди пожилых людей.

Самое показательное - в нем не только удивительно большое количество людей старше 110 лет, но и удивительно малое количество людей в возрастной группе чуть моложе. Это наводит на мысль, что некоторые выдавали себя за более старых, чем они есть на самом деле.

А как насчет всех японцев, которые якобы доживают до такого возраста благодаря употреблению овощей и рыбы?

Там тоже данные выглядят похоже. Соотношение суперстолетних в Японии коррелирует с бедностью, и, что очень показательно: чем больше денег регион тратит на социальное обеспечение пожилых людей, тем меньше в нем оказывается долгождителей. Опять же, это указывает на то, что многие возрастные рекорды обусловлены мошенничеством с социальными выплатами.

Все это не означает, что все суперстолетние - мошенники, но это означает, что исследования, которые были проведены об их якобы здоровом образе жизни, можно отправить в мусорную корзину науки. Это также означает, что ожидаемая продолжительность жизни человека гораздо сильнее детерминирована, чем мы думали ранее.

Действительно, недавнее исследование показало, что если экстраполировать прошлые данные, кажется, что мы достигаем плато средней продолжительности жизни около 100 лет. То есть, если не произойдет существенных медицинских прорывов, мы вряд ли сможем добиться больших успехов отсюда.

Проблема в том, что человеческое тело не эволюционировало для того, чтобы жить так долго, и очень трудно быстро изменить то, что эволюция создавала на протяжении сотен тысяч лет. Да, мы можем выращивать запасные части и пытаться заменять отказывающие органы, но это, я подозреваю, не даст нам слишком много.

Лично я думаю, что наш лучший шанс существенно увеличить продолжительность жизни - это симбиоз с долговечной электроникой, в котором мы экспортируем нашу когнитивную функцию на совершенно другую систему. Именно поэтому я думаю, что весь этот страх перед ИИ исчезнет, потому что это будем не мы против них, а мы с ними, создающие новый вид.

Пока это не произошло, возможно, нам стоит навести порядок в том беспорядке, которым являют собой научные публикации, боже мой!

Год назад я предсказывала, что 2024 год станет годом, когда ажиотаж вокруг квантовых вычислений достигнет пика и пойдет на спад. Сейчас, когда год близится к концу, я думаю, что мне не стоит делать прогнозы, поскольку ситуация с квантовыми вычислениями, похоже, останется в суперпозиции между многообещающей и не очень. Давайте рассмотрим подробнее.

Около года назад IBM представила свой первый квантовый чип с более чем 1000 кубитов.

Звучит впечатляюще, но меня удивило, что они практически ничего не сказали о том, как чип работает, что довольно подозрительно, не так ли? В то же время IBM тихо пересмотрела свои планы по квантовым вычислениям. У IBM была амбициозная дорожная карта с экспоненциальным увеличением числа кубитов. Она предусматривала достижения более 4000 кубитов в следующем году, затем 10000 и больше после 2026 года.

В своей новой дорожной карте IBM просто отказалась от этих планов. Согласно новому плану, они останутся на уровне 1000 кубитов как минимум на ближайшие несколько лет и вместо этого сосредоточатся на коррекции ошибок.

Я интерпретирую пересмотренную дорожную карту IBM как то, что они становятся более осторожными в вопросе вложения денег в эту проблему. Говоря о вложениях, компании по квантовым вычислениям D-Wave и Rigetti снова получили предупреждение о риске исключения из листинга Нью-Йоркской фондовой биржи из-за слишком низкой стоимости их акций.

Новости о PsiQuantum, наиболее известной компании, занимающейся квантовыми вычислениями с использованием фотонов, неоднозначны.

Они привлекли почти миллиард долларов инвестиций, значительная часть которых поступила от австралийских налогоплательщиков.

Но они не только привлекли деньги, но и вызвали много вопросов, не в последнюю очередь потому, что это американская компания. Несколько членов австралийского парламента запросили расследование о том, является ли это инвестирование надлежащим использованием государственных средств.

Теперь о хороших новостях: Google добилась заметного прогресса в коррекции ошибок за последний месяц. Google, напомню, использует ту же технологию квантовых вычислений, что и IBM - то есть сверхпроводящие кубиты. Теперь они впервые продемонстрировали, что коррекция ошибок улучшается по мере увеличения числа кубитов, как и предсказывалось.

Чтобы предотвратить появление ошибок в квантовом компьютере, каждый кубит связывают с несколькими другими. Таким образом они резервируются. Затем можно использовать некоторые кубиты для проверки других и исправления ошибок. Проблема в том, что добавление большего количества кубитов также вносит новые ошибки, поэтому при добавлении все большего числа кубитов не ясно, что произойдет. Уменьшите ли вы общее количество ошибок или увеличите их?

Это похоже на университетскую администрацию: сначала у вас есть одна администрация, потом администрация для администрации, а затем еще больше администраций для администрирования администрации администрации, при этом не факт, что она работает лучше, чем без них. Что ж, по крайней мере для квантовых компьютеров, группа из Google теперь впервые продемонстрировала, что они действительно наблюдают экспоненциальное снижение ошибок по мере увеличения числа кубитов. Это хорошая новость не только для Google, но и для IBM, поскольку они используют ту же технологию.

Что все это теперь означает? Решение IBM не спешить с увеличением числа кубитов может показаться движением назад, но в этом есть большой смысл, поскольку увеличение числа кубитов не является главной проблемой. Проблема заключается в том, чтобы увеличить их количество и при этом иметь возможность использовать кубиты. Поэтому, прежде чем вкладывать деньги в увеличение размеров устройств, нужно удостовериться, что коррекция ошибок действительно работает.

И дело не только в ошибках, накапливающихся из-за декогеренции [процесса нарушения когеренции (связи), вызываемой взаимодействием квантовой системы с окружающей средой]. У этих чипов часто есть внутренний дрейф, то есть система меняется сама по себе, когда вы этого не хотите. Также трудно обращаться к кубитам по отдельности. Если вы нацеливаетесь на один, то соседние тоже могут быть затронуты - проблема, известная как перекрестные помехи. Все это решаемые проблемы, но в целом квантовые вычисления - сложная задача.

Я думаю, что главный риск в области квантовых вычислений заключается не в том, что они не будут работать, а в том, что достижение достаточно хорошей работы для коммерчески интересного применения может оказаться настолько дорогим, что никогда не оправдает вложенных инвестиций. Если бы вы попросили меня оценить стоимость создания такого квантового компьютера для коммерческого использования, я бы назвал сумму в несколько десятков миллиардов долларов или даже 100 миллиардов. Это такая сумма денег, которую даже крупная компания или правительство не могут легко найти.

Если то, что я только что сказала, верно, то произойдет следующее: крупные компании, такие как Google и IBM, станут очень осторожными в отношении дальнейших инвестиций. Тем временем стартапы в области квантовых вычислений будут вынуждены привлекать все больше и больше денег, пока инвесторы не потеряют веру, и в этот момент вся игра начнет разваливаться. Это согласуется с тем, что мы только что наблюдали в IBM и PsiQuantum, так что мы, возможно, являемся свидетелями начала конца.

С другой стороны, это быстро развивающаяся область, и ситуация может измениться. Возможно, потребуется еще немного времени и несколько миллиардов долларов.

Сверхпроводники - перспективная идея, однако на практике их использование крайне затруднительно. Но что, если я скажу вам, что есть компания, которая, по их мнению, знает, как сделать электрическую сеть сверхпроводящей? Да, именно так, давайте рассмотрим этот вопрос подробнее.

Сверхпроводник - это материал, обладающий нулевым электрическим сопротивлением. Внутри сверхпроводника электрические токи перемещаются абсолютно без потерь. Сверхпроводники также обладают уникальным свойством: линии магнитного поля не могут проникнуть внутрь них, поэтому они парят над магнитами, что используется в поездах-маглевах.

Проблема заключается в том, что все известные сверхпроводники требуют либо очень низких температур, либо высокого давления. Наиболее практичными на данный момент являются так называемые высокотемпературные сверхпроводники, которые становятся сверхпроводящими при температурах выше -196°C.

Сложно воспринимать - 196°C как "высокую" температуру, но такой материал хорош тем, что его можно охлаждать жидким азотом. Те сверхпроводники, которые сверхпроводят при более низких температурах, намного сложнее и дороже в плане охлаждения, но это лишь часть проблемы.

Другая проблема заключается в том, что известные высокотемпературные сверхпроводники трудно производить, и они хрупкие. Их невозможно просто вытянуть в провод и начать пользоваться. Если вы помните прошлогоднюю историю с несуществующим сверхпроводником LK-99, это то представляете, в чем дело. Помните, как лаборатории по всему миру что-то выпекали в течение нескольких дней, а на выходе получились только левитирующие крошки? Да, даже если бы это сработало, изготовить линию электропередач из такого материала было бы сложно.

Сверхпроводящие линии электропередачи существуют и уже эксплуатируются, однако они работают принципиально иначе, нежели обычные провода. В стандартном проводе внутри находится, к примеру, медь, а снаружи - изолятор.

В сверхпроводящем же кабеле есть различные слои, между которыми циркулирует хладагент, а сам сверхпроводник обматывается поверх них. Обычно он выглядит, как на картинке ниже - напоминает буррито, но вместо бобов и сыра он наполнен мечтами и надеждами инженеров-электриков.

И да, они работают, но проблема в том, что производство жидкого азота требует больших энергозатрат. Если цель - сделать передачу энергии более эффективной, то бессмысленно вкладывать в систему охлаждения больше энергии, чем экономится при передаче. Кроме того, по мере течения азота по кабелю он нагревается, поэтому требуется регулярное охлаждение, для линий высокого напряжения обычно каждые 5 км.

Поэтому существующие сверхпроводниковые ЛЭП неудобно возводить и дорого эксплуатировать. Но американская компания VEIR утверждает, что нашла решение. Она базируется в Массачусетсе и за последние годы неоднократно привлекала существенные инвестиции, даже провела демонстрационный проект, хотя суть их разработки оставалась несколько неясной.

Однако теперь мне удалось найти статью и два патента, которые, на мой взгляд, объясняют их деятельность. Это похоже на детективное расследование, только вместо раскрытия убийств - разгадка тайны сверххолодных проводов. Первая тайна скрывалась за названием компании VEIR, которое происходит от закона Ома: V = I * R (Voltage Equals current Intensity multiplied by Resistance). Они используют в своей разработке идею, озвученную Национальной лабораторией Лос-Аламос в 2010 году: не прокачивать жидкий азот, а испарять его. 

Схематическое изображение приведено ниже.

Преимуществом данной конструкции является дополнительное охлаждение за счет самого испарения. Похоже на ситуацию, когда ветер ощущается более холодным из-за испарения воды с мокрой кожи (тело теряет энергию на испарение воды и, как следствие, свою температуру). В двух патентах компании описаны конструкция системы охлаждения вдоль маршрута и система подвеса для воздушных кабелей.

По сути, конструкция предназначена для выкачки части азота из кабеля, прокачки его через систему охлаждения и возврата в следующий сегмент. Сам азот можно извлекать из воздуха, который на 78% состоит из него. В любом случае, по их утверждению, с такой системой достаточно иметь станцию охлаждения примерно каждые 100 км, хотя, вероятно, эта оценка слишком оптимистична.

Использование сверхпроводящих кабелей поможет избежать потерь энергии и повысить эффективность передачи электричества, так как такие кабели не нагреваются и могут транспортировать больше энергии. Соответственно, для передачи того же объема энергии потребуется меньшее количество кабелей. В рамках тестового проекта протяженностью около 30 метров разработчики заключили партнерство с энергетической компанией National Grit, которая представлена в США и Великобритании, для испытаний технологии на больших расстояниях. Если бы такие кабели использовались повсеместно, их создатели могли бы разбогатеть.

Однако, как вы уже догадались, существуют проблемы, главная из которых - неизвестная надежность работы системы в крупных масштабах. К тому же высокотемпературные сверхпроводники пока дороже обычных кабелей, а поставщиков немного. Также необходимо решить вопросы образования наледи на линиях и безопасности для птиц, которые могут примерзнуть лапами к холодным проводам. Возможно, это просто вопрос маркетинга: "Криогенные голуби скоро появятся на ЛЭП рядом с вами!"