Как меняется наше понимание Вселенной и создаются технологии будущего⁠⁠

В день рождения Константина Эдуардовича Циолковского, 17 сентября, отмечается Всероссийский день физики. В честь праздника расскажем о самых ярких прорывах в науке последних лет, которые приближают нас к пониманию загадочных процессов во Вселенной и создают новые возможности для развития передовых технологий.

Новые данные о тёмной энергии

Один из самых больших проектов современной астрономии — спектроскопический обзор DESI — создал самую подробную трёхмерную карту Вселенной, которая охватывает миллионы галактик и квазаров и показывает, как космос менялся за миллиарды лет. Одним из важнейших достижений стало уточнение свойств тёмной энергии: новые наблюдения за галактическими скоплениями позволили сузить пределы, в которых она действует, а значит, учёные получили более точные знания о расширении Вселенной.

Стандартная модель современной космологии считает тёмную энергию «постоянной» силой, обеспечивающей расширение Вселенной. Однако огромный набор данных, полученных в проекте DESI, указывает на возможные отклонения от этой модели. Накопление данных продолжается и, если это полностью подтвердится, физикам придётся пересмотреть космологическую модель. По сути, мы стоим перед возможностью переписать представления о том, как будет развиваться Вселенная.

Бозон Хиггса распадается…

После открытия бозона Хиггса в 2012 году учёные активно исследуют его свойства. Физики коллаборации ATLAS представили на конференции EPS-HEP 2025 новые результаты по двум исключительно редким распадам бозона Хиггса. В первом случае, распад на пару мюонов (H → μμ). Несмотря на свою редкость – всего в 1 из 5000 распадов Хиггса – этот процесс предоставляет наилучшую возможность для изучения взаимодействия Хиггса с фермионами второго поколения и проливает свет на происхождение массы в разных поколениях. Второе исследование посвящено распаду бозона Хиггса на Z-бозон и фотон (H → Zγ), где Z-бозон впоследствии распадается на пары электронов или мюонов. Он особенно интересен, поскольку  происходит через промежуточную «петлю» виртуальных частиц. Если будет точно доказано, что новые частицы вносят вклад в эту петлю, этот процесс может пролить свет на физику за пределами Стандартной модели.

Чёрные дыры и гравитационные волны

Продолжается развитие гравитационно-волновой астрономии. Чувствительные инструменты обсерваторий LIGO, Virgo и KAGRA фиксируют гравитационные волны — метрики искажения нашего пространства, рождающиеся в далеких астрофизических процессах.

В 2023 году эти лаборатории зафиксировали слияние самых массивных черных дыр за историю наблюдений: слились черные дыры массой более 100 солнц каждая. Такие объекты слишком велики для привычных сценариев эволюции звезд. Это не только редкие события, но и начало полноценной статистики: мы начинаем видеть «популяции» чёрных дыр и нейтронных звёзд, а значит — можем проверять теории их происхождения. Но, конечно, требуется еще много исследований.

Чёрные дыры и гравитационные волны

Продолжается развитие гравитационно-волновой астрономии. Чувствительные инструменты обсерваторий LIGO, Virgo и KAGRA фиксируют гравитационные волны — метрики искажения нашего пространства, рождающиеся в далеких астрофизических процессах.

В 2023 году эти лаборатории зафиксировали слияние самых массивных черных дыр за историю наблюдений: слились черные дыры массой более 100 солнц каждая. Такие объекты слишком велики для привычных сценариев эволюции звезд. Это не только редкие события, но и начало полноценной статистики: мы начинаем видеть «популяции» чёрных дыр и нейтронных звёзд, а значит — можем проверять теории их происхождения. Но, конечно, требуется еще много исследований.

Чёрные дыры и гравитационные волны

К загадкам Вселенной смело можно отнести и квантовый мир. Что особенно приятно, российские учёные в этой сфере показывают мировой уровень исследований. В 2016 году Минобрнауки России, ГК Росатом и Фонд перспективных исследований дали старт глобальному проекту «Лиман» по разработке технологии обработки информации на основе сверхпроводниковых кубитов. По сути, с него началось развитие квантовых технологий в стране. Исполнители проекта — консорциум ведущих российских вузов (НИТУ МИСИС, МФТИ, НГТУ, МГТУ им. Н.Э. Баумана), ИФТТ РАН, Российский квантовый центр и ВНИИА им. Н.Л. Духова.

В 2019 году в России заработал первый прототип квантового компьютера. Устройство было создано на двух кубитах из сверхпроводящих материалов, что дало ему ряд преимуществ перед зарубежными аналогами на атомах и ионах. В ходе испытаний прототип успешно выполнил алгоритм Гровера — один из базовых квантовых алгоритмов поиска — и показал результат выше прогнозируемого порога точности: 53% против ожидаемых 50%.

НИТУ МИСИС оказался одним из флагманов этого проекта, имея богатый задел в области сверхпроводимости. В частности, в течение 25 лет (с 1975 по 1991) кафедру теоретической физики в университете возглавлял будущий лауреат Нобелевской премии Алексей Алексеевич Абрикосов — выдающийся теоретик, объяснивший, как магнитные поля проникают в сверхпроводники.

Эксперимент с 8-кубитным процессором

В 2023 году учёные НИТУ МИСИС совместно с Российским квантовым центром и МФТИ провели первый в стране эксперимент с квантовым процессором, содержащим 8 сверхпроводниковых кубитов-трансмонов. Это устройство стало важной вехой: впервые в России был достигнут квантовый объём такого масштаба, а точность выполнения двухкубитных операций превысила 95%. Конструкция процессора оказалась инновационной: кубиты концентрической формы и перестраиваемые элементы связи позволили гибко управлять взаимодействием и минимизировать утечки квантового состояния. По точности операций российская разработка превзошла даже ряд зарубежных систем с куда большим числом кубитов, включая 80-кубитный процессор Rigetti. А уже в 2024 году количество кубитов в процессоре МИСИС было удвоено.

50-кубитный квантовый компьютер

В 2024 году в России был создан первый 50-кубитный ионный квантовый компьютер. Проект реализовали ФИАН и Российский квантовый центр всего за четыре года — это мировой рекорд по срокам. Система основана на управлении ионами иттербия в ловушке и уже показала стабильную работу всех кубитов. Такой масштаб позволяет решать пробные практические задачи, недоступные классическим суперкомпьютерам, в частности моделировать молекулы и оптимизировать сложные процессы.

Квантовая связь для критической инфраструктуры

В конце 2024 года «Ростелеком» и «ИнфоТеКС» провели успешные испытания квантовой защиты данных в волоконно-оптических DWDM-сетях. В отличие от традиционного шифрования, которое может быть взломано будущими квантовыми компьютерами, в основе безопасности новой системы лежат фундаментальные законы квантовой механики: любое вмешательство в канал автоматически изменяет сигнал и становится заметным. Испытания на линии до 40 километров доказали, что квантовая криптография уже готова к практическому применению, в частности, в энергетике, банковской сфере и на объектах государственного значения.

Подводя итоги, можно с уверенностью сказать: мы живем в эпоху великих астрономических и квантовых открытий. Наше понимание Вселенной всё менее интуитивно и всё более опирается на факты. Эти фундаментальные прорывы не остаются отвлечёнными теориями — они уже сегодня трансформируются в технологии, которые определят наше будущее. Например, квантовый компьютер перестал быть фантастикой. Он стал инженерной задачей, и Россия уверенно занимает лидерское место в этой гонке, демонстрируя мировые достижения в области квантовых вычислений и защищённой связи.