Опрос
|
реклама
Быстрый переход
В США разработали квантовую память на звуковых волнах — она в 30 раз превосходит электронную
22.08.2025 [10:39],
Геннадий Детинич
Больное место квантовых платформ — это запоминание квантовых состояний. Без памяти невозможно передавать данные на большие расстояния, а также выполнять сложные расчёты. А всё потому, что квантовые состояния — это математические функции с множеством переменных. Поэтому запоминать приходится не значения, а уравнения в динамике. Но и к этому можно найти подход. 
Источник изображения: ИИ-генерация Grok 3/3DNews По большому счёту, для математики не имеет значения, на какую основу «натягивать» уравнения. Классические сверхпроводящие кубиты оперируют квантовыми состояниями электронов и, следовательно, электромагнитными полями и соответствующими колебаниями (частотами). Но там настолько высокие частоты, что они удерживают состояния лишь очень короткий промежуток времени. А если взять звуковые колебания? Их частоты ведь намного ниже. Это означает, что квантовые состояния смогут продержаться дольше, если их представить в звуковых волнах. Чем не память — пусть время удержания квантовой информации будет куда короче, чем у той же DRAM. Но для квантовых вычислений или квантового интернета это уже колоссальное достижение. Команда Калифорнийского технологического института (Caltech) разработала гибридный подход, использующий звук для хранения квантовой информации. В проведённом эксперименте сверхпроводящий кубит был интегрирован с механическим генератором — миниатюрным устройством, напоминающим камертон, которое преобразует электрические сигналы в акустические волны с частотой в гигагерцовом диапазоне. Выяснилось, что эти волны, или фононы, позволяют сохранять квантовые состояния в 30 раз дольше, чем лучшие сверхпроводящие кубиты. 
Квантовое запоминающее устройство под микроскопом. Источник изображения: Caltech Механический генератор состоит из гибких пластин, которые вибрируют под воздействием звуковых волн и при этом взаимодействуют с электрическими сигналами, несущими квантовую информацию от расположенных рядом кубитов. Это позволяет записывать квантовые состояния в устройство и извлекать их обратно, что аналогично работе квантовой памяти. Преимущество подхода заключается в относительно медленном распространении акустических волн по сравнению с электромагнитными, что делает устройства компактными и минимизирует потери энергии. Кроме того, механические колебания не распространяются в свободном пространстве, что снижает нежелательное взаимодействие между соседними устройствами и увеличивает время хранения информации. Несмотря на успех, команда отмечает, что для полноценного применения разработки в квантовых вычислениях необходимо увеличить скорость взаимодействия между кубитами и генератором в 3–10 раз. Исследователи уже работают над улучшением системы, чтобы повысить её эффективность. Этот подход открывает перспективы для создания масштабируемых квантовых запоминающих устройств с интеграцией множества механических генераторов на одном чипе, что может стать важным шагом в развитии квантовых технологий. Учёные нашли недостающую материю Вселенной — она всё время была на виду
18.06.2025 [14:45],
Геннадий Детинич
На обычную материю во Вселенной, из которой, например, состоят звёзды, планеты и люди, приходится всего 16 % вещества. Но точно локализована лишь малая часть из этого объёма. Где находится остальное вещество — вопрос, на который долгое время могли отвечать только теоретики. Новая работа учёных из Калтеха (Caltech) пролила свет на реальное распределение видимой материи во Вселенной. Фактически, они нашли её всю. 
Источник изображения: Caltech Данные о распределении обычной (барионной) материи в пространстве помог собрать радиотелескоп DSA-110 Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology). Видимая материя излучает свет различных длин волн и поэтому может быть обнаружена. Другое дело, что, рассеявшись по невероятно большому объёму Вселенной, она в основном представляет собой «туман», который непросто обнаружить на расстояниях в сотни миллионов и миллиарды световых лет. К счастью, во Вселенной нашлись своеобразные прожекторы, которые помогли буквально высветить «пропавшее» вещество. В качестве таких маяков астрономы Калтеха использовали источники быстрых радиовсплесков (FRB). Эти всплески сами по себе остаются загадкой, но для их применения в роли прожекторов суть происхождения не важна. Главное — FRB испускают сквозь пространство мощный радиоимпульс, который преломляется при встрече с рассеянным веществом. Когда радиоволны от быстрых радиовсплесков достигают Земли, они рассеиваются на разные длины волн, подобно тому как призма превращает солнечный свет в радугу. Степень этого рассеивания — или дисперсии — зависит от того, сколько материи находится на пути распространения света. Для исследования были отобраны 69 быстрых радиовсплесков, координаты которых ранее были определены с достаточной точностью. Всего науке известно свыше тысячи таких событий, но источники большинства из них остаются неустановленными. В данной работе радиовсплески как бы «осветили» структуру распределения вещества в космическом пространстве. Самый удалённый FRB находился на расстоянии 9,1 млрд световых лет, а самый близкий — в 11,7 млн световых лет от Земли. Результаты показали, что 76 % обычной материи во Вселенной находится в межгалактическом пространстве. Около 15 % сосредоточено в гало галактик, а оставшаяся часть — внутри самих галактик, в звёздах и холодном галактическом газе. Такое распределение согласуется с прогнозами, полученными в результате сложных космологических моделей, но до сих пор не подтверждалось прямыми наблюдениями. Полученные данные помогут исследователям лучше понять, как формируются и развиваются галактики, а также продемонстрируют, как быстрые радиовсплески могут быть использованы для решения важных задач космологии — например, в определении массы нейтрино. Стандартная модель физики предсказывает, что у нейтрино не должно быть массы, однако наблюдения показывают, что она есть — пусть и крайне малая. Точное знание этой массы может привести к открытию новых физических законов, выходящих за рамки Стандартной модели. Настоящий прорыв, впрочем, ожидается с вводом в строй нового, более мощного радиотелескопа DSA-2000, который сейчас планируется к строительству в пустыне Невада. Этот инструмент сможет локализовывать до 10 000 быстрых радиовсплесков в год, что значительно усилит их ценность как инструментов для изучения обычной материи и поможет глубже понять природу самих FRB. Шум во благо: физики добились квантовой «гиперзапутанности» атомов при помощи лазерного пинцета
31.05.2025 [13:24],
Павел Котов
Учёные Калифорнийского технологического института (Калтех) разработали новый способ управления отдельными атомами при помощи оптического пинцета из лазерного света и создания состояния гиперзапутанности. Это, возможно, поспособствует появлению новых форм квантовых вычислений и достижений в квантовом моделировании, которые помогут ответить на некоторые фундаментальные вопросы физики. 
Источник изображений: caltech.edu Позволяющий манипулировать отдельными атомами квантовый пинцет учёные Калтеха используют уже несколько десятилетий — он помог им обеспечить квантовую коррекцию и описать метод создания самых точных в мире часов. Одной из сопутствующих проблем в этом процессе традиционно было естественное движение атомов, которое вносит в квантовую систему шум и ошибки. В новом исследовании учёные показали, как это свойство можно обратить во благо. В последнем проекте они использовали это движение для создания гиперзапутанных групп атомов. Обычная квантовая запутанность предполагает, что две и более частиц синхронизированы, и одно из свойств остаётся у них одинаковым на огромных расстояниях. У атомов в состоянии гиперзапутанности одинаковыми оказываются сразу несколько свойств. В ходе эксперимента физики Калтеха связали как состояния движения, так и электронные состояния (меру уровня внутренней энергии атома) в паре атомов. «Это позволяет нам кодировать больше квантовой информации на атом. Получается больше запутанности с меньшими ресурсами», — прокомментировали достижение авторы проекта.  Чтобы добиться этого состояния гиперзапутанности, учёным пришлось охладить нейтральный атом одного из щелочноземельных металлов при помощи метода, предусматривающего «обнаружение и последующую коррекцию тепловых двигательных возбуждений» — его движение почти полностью остановили. На следующем этапе атомы заставили колебаться как маятники в двух разных направлениях одновременно, создав тем самым состояние суперпозиции, при котором частица принимает противоположные значения свойств сразу. Далее эти колеблющиеся атомы запутали с парами, соответствующими их движению, и перевели в состояние гиперзапутанности, внеся электронные состояния. Целью эксперимента было определить пределы, в рамках которых можно контролировать атомы. «Мы, по сути, строим ящик с инструментами. Мы знали, как управлять электронами в атоме, а теперь узнали, как управлять внешним движением атома в целом — как будто атом — это игрушка, которую ты освоил полностью», — рассказали учёные. Они сделали вывод, что в гиперзапутанность можно включать новые состояния или свойства, и это может использоваться на практике: в квантовых технологиях, вычислениях, моделировании и точных измерениях. В США создали стенд для тестирования солнечных парусов, которые доставят зонды к Альфе-Центавра и дальше
01.02.2025 [16:08],
Геннадий Детинич
Учёные из Калифорнийского технологического института (Caltech) создали стенд для изучения материалов для солнечного (светового) паруса, потенциально способного доставить зонды к другим звёздам и системам. Делать миниатюрные зонды мы уже научились, но с парусами проблема. К ним предъявляются достаточно жёсткие требования, что вызывает необходимость проведения глубоких научных изысканий. Созданный в США стенд для тестирования материалов поможет пройти этот путь. 
Источник изображений: Caltech Идея использовать световой парус и толкающие его мощные лазеры с Земли или из космоса окончательно сформировалась в 2016 году, когда супруги Юрий и Юлия Мильнеры финансировали проект The Breakthrough Initiatives, заручившись поддержкой всемирно известного физика Стивена Хокинга (Stephen Hawking). Научные работы по проекту возглавил Калифорнийский технологический институт. Создание на базе Калтеха платформы для тестирования материалов для световых парусов стало логическим продолжением работ в той сфере. Для исследователей было важным отсечь тепловое влияние на образцы лазерного луча — внешнего привода паруса — от создаваемого им теплового излучения, а также от внешних помех. Сила светового давления лазера в составе стенда настолько мала (она и космосе-то будет сравнительно небольшая), что на измерениям мешал даже простой разговор рядом с установкой. В конечном итоге с использованием аргонового лазера удалось создать платформу в вакуумной камере, которая позволяла бы фиксировать воздействие фотонов на материал образцов. «При разработке мембраны, которую в конечном итоге можно было бы использовать в качестве светового паруса, возникает множество проблем. Она должна выдерживать нагрев, сохранять форму под давлением и устойчиво перемещаться вдоль оси лазерного луча, — говорят учёные. — Но прежде чем мы сможем приступить к созданию такого паруса, нам нужно понять, как материалы реагируют на воздействие лазерного излучения. Мы хотели знать, можем ли мы определить силу, действующую на мембрану, просто измерив её движение. Оказывается, мы можем». Для оценки смещения образцов паруса под воздействием светового давления были использованы два луча — опорный и измеряющий отклонения. Для этого учёные собрали в микроскопе интерферометр. Почему в микроскопе? Размеры образцов составляют всего 40 × 40 мкм, поэтому для работы с ними без микроскопа не обойтись.  Образец фиксируется в раме на пружинных растяжках. Образец можно поворачивать под нужным углом к лазерным лучам, имитируя различные условия полёта и манёвров, а также получая информацию о распределении силы, которая оказывает на парус световое давление. Очевидно, в полёте парус может менять угол по отношению к толкающему его лучу. Важно возвращать его на курс, что, кстати, можно делать автоматически, если использовать метаматериалы на внутренней поверхности паруса, которые, например, будут придавать ему обратное вращение для возвращения на курс просто под давлением света. Создаваемое лазером давление на крошечную мембрану из нитрида кремния сместило его на несколько пикометров. Ранее нитрид кремния уже рассматривался в качестве перспективного материала для светового паруса. Новая работа показала, что его свойства можно буквально изучать под микроскопом, собирая полный набор данных, необходимых для будущей реализации масштабного проекта. Кстати, не обязательно лететь к Альфе-Центавра. Небольшой зонд с солнечным парусом уже сегодня мог бы послужить науке, оказав помощь в поиске девятой планеты в Солнечной системе где-то на её далёких окраинах, на что намекают множество косвенных фактов. И это была бы удивительная история. |
© 1997—2026 Электронное периодическое издание "3ДНьюс" | Свидетельство о регистрации СМИ Эл ФС 77-22224
выдано Федеральной Службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия
При цитировании документа ссылка на сайт с указанием автора обязательна. Полное заимствование документа является
нарушением
российского и международного законодательства и возможно только с согласия редакции 3DNews.
MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
