Новости науки

МОСКВА, 13 июл – РИА Новости. Ученые из Российского квантового центра использовали уникальные сверхчувствительные магнитные сенсоры для измерения силы магнитного поля, вырабатываемого сердцем, рассказал российский физик Владимир Белотелов на московском Квантовом форуме.

"Чувствительность наших магнитных датчиков на 9-10 порядков превосходит силу магнитного поля Земли. Магнитное поле сердца человека как раз находится на этой отметке. Буквально на прошлой неделе нам удалось измерить сигнал от сердца человека, импульс составляет 80 пикотесла (пико – 10 в минус 12 степени, триллионная доля единицы)", — заявил российский физик.

Данное открытие, по словам Белотелова, стало возможно благодаря тому, что все эксперименты проводились внутри специальной "безмагнитной комнаты", чьи стены практически непрозрачны для внешних магнитных полей. Она была приобретена за счет средств гранта Российского научного фонда, "Сверхчувствительные сенсоры магнитного поля для магнитокардиографии".

Помимо датчиков магнитного поля, российские физики из группы Белотелова активно работают над созданием структур, позволяющих в буквальном смысле "собирать" энергию из фонового микроволнового излучения, "засоряющего" воздух крупных городов.

По словам ученого, подобные приборы-"жнецы", как он их назвал, будут представлять собой особый класс квантовых устройств – так называемые спиновые диоды. Они представляют собой "столбик" из множества нанослоев диэлектриков и ферромагнетиков, где будет возникать вихревая магнитная структура, помогающая извлекать энергию из бросового излучения.

Как отмечает Белотелов, подобная структура уже была собрана в стенах его лаборатории, и сейчас российские физики работают над созданием прототипа рабочего устройства на ее основе.

Источник

Все начиналось со светящейся точки. Затем точка переросла в шар с размытыми очертаниями. И наконец сейчас на свежем «портрете» Плутона, отправленном на Землю зондом НАСА «Новые горизонты» перед нами предстает удивительный новый мир с отчетливо различимыми формами рельефа поверхности, включая гигантскую темную полосу, известную как «кит».

Появление утром 10 июля этого новейшего черно-белого снимка, сделанного камерой Long Range Reconnaissance Imager (LORRI) космического аппарата, вызвало бурный восторг у членов научной команды миссии. Количество снимков и научных данных, которые отправляет на Землю зонд «Новые горизонты», возрастает лавинообразно, по мере того как межпланетная научная станция приближается к Плутону, пролет мимо которого намечен на 14 июля.

Этот снимок Плутона был сделан 9 июля 2015 г. с расстояния 5,4 миллиона километров от карликовой планеты в разрешении 27 километров на один пиксель. С этого расстояния уже становятся видны отдельные формы рельефа на поверхности карликовой планеты. На снимке представлена та сторона Плутона, которая обращена к его крупнейшему спутнику Харону, и в нижней части фото виден «хвост» таинственного «кита» темного участка поверхности, раскинувшегося вдоль экватора карликовой планеты. В то же время светлый участок поверхности в форме «сердца», наблюдавшийся на опубликованном несколько дней назад снимке Плутона, теперь уже покинул зону видимости.

Источник

Ученые из Национальной обсерватории оптической астрономии при помощи 8-метрового телескопа обсерватории Джемини, расположенной в Чили, получили снимок планетарной туманности NGC 2346 в самом высоком возможном на настоящее время разрешении. Имеющий форму бабочки, или песочных часов, но известный науке как биполярная планетарная туманность, этот объект находится на расстоянии 2300 световых лет от нашего Солнца в созвездии Единорога.

Новые наблюдения этой газовой туманности позволили астрономам рассмотреть детали, сравнимые по размеру с нашей с вами Солнечной системой. Исследователи обнаружили прежде не наблюдаемые «узлы» и «нити» из молекулярного водорода подробности, которые не в состоянии были различить прежде ни наземные телескопы, ни даже легендарный космический телескоп «Хаббл». В своей работе ученые во главе с Артуро Манчадо предлагают компьютерную модель, описывающую поведение газов в системе NGC 2346 и объясняющую происхождение наблюдаемых газовых образований.

NGC 2346 представляет собой звезду, находящуюся на последних этапах своего жизненного цикла. Она начинала «жизнь», будучи двойной звездной системой, состоящей из звезд-компаньонов массами порядка двух солнечных масс каждая, которые обращались вокруг общего центра масс. Более массивная из этих звезд быстрее израсходовала свое «звездное топливо», чем звезда-компаньон, после чего расширилась, находясь в фазе красного гиганта, и, сбросив внешние оболочки, превратилась в белого карлика. В настоящее время звезды движутся по очень узкой орбите с орбитальным периодом порядка 16 дней, то есть находятся даже ближе друг к другу, чем Меркурий к Солнцу.

Исследование появилось в журнале The Astrophysical Journal.

Источник

Быстро распространяющиеся по Вселенной магнитные волны, излучаемые сверхмассивной дырой, «извиваются», подобно кнуту, рукоять которого встряхивает гигантская рука, согласно новому исследованию, проведенному при помощи телескопа Very Long Baseline Array Национальной радиоастрономической обсерватории США. Ученые использовали этот инструмент для наблюдений системы галактика-черная дыра, известной как BL Ящерицы (BL Lac) в высоком разрешении.

«Эти волны возбуждаются при «потряхивании» джета у его основания», — сказал Дэвид Мейер, бывший сотрудник Лаборатории реактивного движения НАСА и Калифорнийского технологического института, оба научных учреждения США, принимавший участие в проведении нового исследования.

В этом исследовании впервые идентифицированы так называемые волны Альфвена в системе с черной дырой. Волны Альфвена возникают, когда линии магнитного поля, подобные тем, которые пронизывают Солнце или диск материи вокруг черной дыры, взаимодействуют с заряженными частицами, или ионами, и скручиваются в спирали. В случае системы BL Lac эти ионы находятся в форме джетов, состоящих из частиц которые выбрасываются из противоположных полюсов черной дыры со скоростями, близкими к скорости света.

Стоит отметить, что джеты, выбрасываемые черными дырами, вообще-то склонны слегка «изгибаться» и даже «покачиваться», однако, как правило, это происходит на протяжении нескольких тысяч или даже миллионов лет. Необычность системы BL Lac состоит в том, что в ней ученые зафиксировали аналогичные процессы, происходящие в течение всего лишь нескольких недель.

Исследование было опубликовано в журнале The Astrophysical Journal.

Источник

Она расположена на расстоянии 42 млн световых лет от нас. Ее масса в 20 миллионов раз превосходит массу Солнца. Она возвращается к жизни. Команда радиоастрономов во главе с Меган Арго, исследователя из Астрофизического центра «Джодрелл Бэнк», наблюдает за черной дырой, которая отошла от долгого сна: впервые, возможно, за миллионы лет она активно поглощает материал. Сегодня, 9 июля, Меган Арго представила результаты исследования на встрече Британского королевского астрономического общества, которая проходит в Лландидно, в Уэльсе.

В центре ядра большинства галактик, в том числе и нашей, по всей вероятности имеются черные дыры. В случае примерно с 10 % галактик центральные черные дыры проявляют активность, поглощая материал и извергая гигантские струи. В ходе нового исследования ученым впервые довелось наблюдать переход черной дыры на эту активную фазу. Объектом исследования стала черная дыра в центре галактики NGC 660, находящейся в созвездии Рыб.

NGC 660 – это яркий пример редкого типа галактик с полярным кольцом. Как и большинство галактик, она имеет толстый диск звезд и газа. Однако в галактике NGC 660 также имеется и гораздо большее и менее плотное кольцо звезд и небольших облаков звездных формирований на орбите над ее полюсами. Считается, что это дополнительное кольцо образовалось в результате прошлой встречи NGC 660 с другой галактикой, которая нарушила обе системы.

В 2012 году астрономы, проводившие небесный обзор с помощью радиотелескопа Аресибо в Пуэрто-Рико, заметили, что галактика NGC 660 всего за несколько месяцев вдруг стала в сотни раз ярче. Яркость обычных галактик не меняется очень быстро, поскольку они представляют собой большие системы, состоящие из многочисленных относительно небольших отдельных компонентов – звезд, газа и пыли. Средняя яркость галактики, как правило, очень стабильна, хотя этот показатель может довольно резко измениться.

Результаты исследования означают, что один конкретный объект в галактике претерпел значительных изменений и стал гораздо ярче. Как предполагают ученые, виновником увеличившейся яркости является либо взрывающаяся звезда, либо центральная сверхмассивная черная дыра. Но наблюдения с помощью телескопа Аресибо могут лишь дать намек на то, что происходит на самом деле. 

Последние наблюдения позволили выявить очень яркий источник излучения в самом центре галактики NGC 660 – именно там, где, по мнению ученых, и находится центральная сверхмассивная черная дыра.

Неактивные черные дыры не излучают большого количества радиации, поэтому их можно обнаружить лишь по воздействию гравитации на окружающую материю. Однако в настоящее время черная дыра в галактике NGC 660 совершенно очевидно стала в сотни раз ярче, нежели прежде. К такому заключению ученые пришли, сравнив результаты последних наблюдений с архивными данными, собранными до 2010 года.

Источник

Поверхность Земли практически не дает информации о далеком прошлом нашей планеты. По причине постоянной тектонической активности, ветров и большого количества осадков за миллиарды лет земная поверхность претерпела значительных изменений. Большинство кратеров, образованных в результате воздействия астероидов и комет, со временем были стерты из геологической летописи. На сегодняшний день на континентах остается немногим более 100 известных кратеров.

Однако, как говорят ученые, все же есть место, куда мы можем отправиться, чтобы узнать больше о прошлом нашей планеты, и это место – Луна. Поверхность Луны, в отличие от земной поверхности, покрыта тысячами кратеров различных размеров. Многие из них образовались вскоре после рождения Луны. На Луне нет ветров, рек или тектонических плит, которые могли бы стереть эти следы давнего воздействия. По этой причине поверхность Луны может служить своего рода окном в раннюю историю Солнечной системы. Изучая химический состав пород и почвы на нашем естественном спутнике, мы могли бы получить представление об особенностях геологии Земли на ранних этапах ее развития, а также найти ответы на вопросы о зарождении жизни.

По мнению ученых, Земля сформировалась порядка 4,54 млрд лет назад, а Луна – примерно 70 миллионов лет спустя. Перенесемся на 500 миллионов лет. Примерно в это время произошла перестройка орбит планет-гигантов Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна в результате сложных гравитационных взаимодействий с мириадами планетезималей. Это привело к столкновению Земли с множеством астероидов. Когда они врезались в нашу планету, обломки породы вылетели с ее поверхности на орбиту. Некоторые из них могли достичь Луны. В этом случае такие обломки породы, вероятно, до сих пор покоятся на поверхности нашего естественного спутника. По мнению некоторых исследователей, земной материал сконцентрирован в районе полюсов Луны. Представлен ли этот материал в форме пыли или мельчайших частиц зависит, в том числе, от того, с какой силой он врезался в поверхность Луны. 

Вне зависимости от размера остатки земной породы могут содержать ценную информацию о ранних годах нашей планеты. В частности, они могут рассказать о химическом составе древней мантии Земли. Сравнив эту информацию с современными данными, ученым смогли бы сделать выводы о том, как эволюционировала обитаемая планета. Это позволило бы нам лучше понять внесолнечные планетарные системы.

Как предполагают ученые, в обломках земной породы на Луне могут быть найдены органический углерод, минералы, собранные микроорганизмами, а быть может даже и сами окаменелые микроорганизмы.

Источник

В то время как космический аппарат НАСА «Новые горизонты» приближается к Плутону — готовясь совершить ближайший подход к карликовой планете 14 июля — другая миссия, находящаяся на Земле, наблюдала тень, отбрасываемую карликовой планетой: 29 июня обсерватория SOFIA (Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy), расположенная на борту высотного самолета НАСА, находилась в небе над Новой Зеландией, наблюдая покрытие звезды планетой — редкое построение небесных тел, при котором Плутон проходит прямо между Землей и далекой звездой, отбрасывая на Землю слабую тень. Характер блокировки Плутоном звездного света может рассказать ученым подробности о составе атмосферы карликовой планеты.

В течение многих лет, начиная с 1988 г., когда было впервые проведено измерение параметров атмосферы Плутона, разрабатывались теории, согласно которым атмосфера Плутона по мере его удаления от Солнца сжимается все сильнее и сильнее, до тех пор пока в какой-то момент не осядет полностью на поверхности льда. Новые наблюдения, проведенные при помощи обсерватории SOFIA демонстрируют, что до сих пор этого не произошло, хотя многие из существующих моделей атмосферы карликовой планеты предсказывали исчезновение атмосферы Плутона уже к настоящему времени. Таким образом, проведенные исследования позволили наложить ряд ограничений на существующие модели атмосферы Плутона.

Источник

Астрономы в минувший понедельник предложили новое объяснение необычному облику кометы, на которой «сидит» европейский космический робот «Филы» ¬¬– существование на комете внеземной микробной жизни.

Многие особенности рельефа поверхности этого замороженного шара из пыли, в числе которых: черная корка, покрывающая поверхность полностью промерзших озер, кратеры с пологими склонами и гигантские мега-валуны, рассеянные по поверхности кометы, «согласуются» с присутствием на ней микроорганизмов, говорят ученые.

Наблюдения, проведенные при помощи орбитального модуля «Розетта» Европейского космического агентства, показали, что комету 67P/Чурюмова-Герасименко «не следует рассматривать лишь как полностью промерзшее, неактивное небесное тело, но, скорее, комета представляет собой тело, внутри которого протекают геологические процессы», как сказал Макс Валлис из Университета Кардиффа, Великобритания, в заявлении, опубликованном Королевским астрономическим обществом.

На самом деле комета, приближающаяся в настоящее время к Солнцу со скоростью 32,9 километра в секунду, «может иметь более благоприятные для микробной жизни условия, чем арктические и антарктические области на Земле».

Валлис и его коллега Чандра Викрамасингх из Букингемского центра астробиологии представили свою теорию в понедельник на собрании Королевского астрономического общества, проходившем в Уэльсе.

Исследователи указали на факт обнаружения зондом «Розетта» сложных органических веществ, сообщающих поверхности кометы её глубоко темный цвет и крайне низкую отражательную способность, и использовали этот факт как доказательство «присутствия жизни» на поверхности кометы. Также ученые отметили, что комета «слишком рано» начинает сублимировать при приближении к Солнцу и объяснили это существованием во внутренних полостях близ поверхности кометы микроорганизмов, выделяющих газы. Накопление газов в полостях развивает довольно высокие давления в них, и при приближении к Солнцу полости вскрываются «испуская потоки органической материи».

Источник

МОСКВА, 7 июл – РИА Новости. Ученые из Гарварда научились управлять движением своеобразных фотонных "кильватерных волн", которые возникают в тех случаях, когда световые волны "нарушают" предел скорости света для той материи, через которую они движутся, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology. Еще в 1934 году Павел Черенков и Сергей Вавилов заметили, экспериментируя с гамма-излучением, что его попадание в жидкость вызывает в ней слабое, но хорошо заметное свечение благодаря тому, что гамма-лучи выбивают электроны и разгоняют их до скоростей, превышающих скорость света в воде.

Данное явление, носящее название "излучение Черенкова" в зарубежной литературе, используется учеными для обнаружения молекул белков, поиска элементарных частиц и оценки мощности ядерных реакторов, однако напрямую, для изготовления различных наноприборов и источников света, его пока не удавалось "приручить".

Группа физиков из Гардвардского университета под руководством Федерико Капассо (Federico Capasso) сделала первый шаг в сторону манипуляций излучением Черенкова, создав особое нано-устройство из кусочков золота и золотой фольги.

Источник

Команда астрономов, возглавляемая учеными из Сент-Эндрюсского и Манчестерского университетов, вчера, 6 июля, объявила об открытии кольца из камней, опоясывающего очень молодую звезду. Эти наблюдения стали первыми наблюдениями небольших камней, которые, как считается, представляют собой важное «переходное звено» в процессе формирования планет. Доктор Гривз из Сент-Эндрюсского университета представил это исследование на Национальном астрономическом съезде, проходившем в Уэльсе, Соединенное Королевство.

Считается, что планеты формируются из вещества газопылевого диска, окружающего молодую звезду, путем постепенного «слипания» материи во всё более и более крупные отдельности. Начиная с 1990-х гг. астрономы наблюдали во Вселенной как газопылевые диски, так и большое число полностью сформировавшихся планет, однако «переходные формы» обнаружить оказалось значительно сложнее.

В новом исследовании астрономы использовали решетку радиотелескопов e-MERLIN для наблюдений звезды DG Тельца, сравнительно молодой звезды, возраст которой составляет всего лишь 2,5 миллиона лет и которая находится на расстоянии 450 световых лет от нас в созвездии Тельца. Наблюдая окрестности этой звезды в радиодиапазоне, исследователи обнаружили признаки наличия небольших камней на орбите вокруг вновь сформировавшейся звезды.

Наблюдения системы DG Тельца проводились при длине волны 4,6 сантиметра. Чтобы испускать радиоволны такой длины, каменистые образования должны составлять не менее одного сантиметра в диаметре, при этом форма наблюдаемого пояса из камней подтверждает, что источниками радиоволн являются именно эти камни.

Открытие «переходных форм» процессов формирования планет позволит ученым наложить дополнительные ограничения при создании моделей этих процессов, указывают авторы исследования.

Источник

О перспективах построения вычислительного устройства будущего

Научная конференция по квантовым технологиям состоится при информационном партнерстве «Ленты.ру» 13-17 июля в Москве. В рамках открытия конференции один из основных организаторов, доктор физико-математических наук, руководитель группы Российского квантового центра (РКЦ) и заведующий лабораторией сверхпроводящих метаматериалов НИТУ МИСиС Алексей Устинов прочтет научно-популярную лекцию на тему «Квантовый компьютер: все еще миф или уже реальность?».

Специально для читателей «Ленты.ру» Устинов рассказал, какие исследования проводятся для создания квантовых компьютеров (КК), какие задачи стоят перед учеными и когда они могут быть реализованы.

Лекцию можно посмотреть онлайн на «Ленте.ру» или присутствовать лично — 13 июля в 10.00 в конференц-зале отеля Radisson «Украина».

«Лента.ру»: Вы создали в России две экспериментальные лаборатории, в РКЦ и МИСиС. Обе они занимаются экспериментами со сверхпроводниками. Какое место занимают исследования, связанные с квантовым компьютером, в вашей научной деятельности?

Алексей Устинов: Сверхпроводимость — очень широкая область. В ней занимаются и идеальными проводами, и магнитами, и датчиками, с помощью которых создаются детекторы для ненарушающей диагностики, для снятия магнитных кардиограмм и энцефалограмм. Все это делается с использованием уникальных свойств сверхпроводников, определяемых законами квантовой физики.

Из известных научных исследований — это различные детекторы космического излучения (детекторы охлаждаются до температур, близких к абсолютному нулю, что кардинально уменьшает тепловые шумы, позволяет ловить более слабые сигналы — прим. «Ленты.ру»), например, в телескопе «Гершель» (Herschel Space Observatory), который позволил «сфотографировать» процессы образования звезд во Вселенной.

Квантовые компьютеры и построение кубитов (кубит — вычислительный элемент квантового компьютера — прим. «Ленты.ру») — это одно из новых направлений в сверхпроводимости. Эта область интересна тем, что она сочетает и квантовую оптику, и квантовую механику.

Созданием квантовых компьютеров плотно занимаются последние лет десять. Почему они еще не созданы?

Больше 10 лет на самом деле. Сейчас уже достаточно хорошо изучены принципы, которые необходимы для построения таких компьютеров. Проблемы в основном остались в технических способах изолировать от внешних воздействий квантовые системы, которые можно использовать — атомы, ионы, спины, сверхпроводящие устройства. Необходимо, чтобы они сохраняли состояние квантовой когерентности достаточно длительное время, не меняли бесконтрольно свое квантовое состояние. И здесь осталось еще огромное поле для работы физиков.

Как раз в сверхпроводимости эти вопросы в самые последние годы были подробно исследованы. Времена когерентности, которые сейчас достигнуты, уже позволяют делать серьезные устройства. Сверхпроводниковые кубиты отличает от других возможных элементов построения квантового компьютера то, что эти кубиты возможно массово воспроизводить на электронном чипе (масштабировать) как обычные элементы в современной микро- и наноэлектронике. Это гораздо труднее сделать в других подходах, которые обсуждаются для построения кубитов, например, на полупроводниках, на ионах в ловушках, на вакансиях в алмазах. Там показаны какие-то простые вещи для отдельных кубитов, но нет понимания, как это масштабировать.

Для сверхпроводников принципиальный путь построения систем с большим количеством кубитов уже ясен. Уже подключились достаточно большие игроки, которые специализируются на IT-технологиях — например, Google уже имеет лабораторию, где на основе сверхпроводников делают простые квантовые устройства, которые в перспективе станут компонентами квантовых процессоров.

Насколько Россия отстает от западных стран в построении квантовых компьютеров? Частные компании покупают готовые устройства, как Google купил D-Wave, или занимаются и фундаментальными исследованиями?

Google не только купил процессор D-Wave, но и создал собственную лабораторию меньше года назад, куда переманил сильнейшую команду – всю группу Джона Мартинеса из Санта-Барбары. Эта корпорация, как и D-Wave, создает квантовый компьютер на сверхпроводниках, но использует путь, альтернативный подходу D-Wave, который далеко не всем кажется правильным. Многие физики, включая меня, имеют сомнения, что устройства, которые продает эта канадская компания, являются действительно квантовыми. Это вопрос пока не закрытый.

Кроме Google из известных частных компаний свои лаборатории по созданию квантового компьютера сделали также IBM и Microsoft.

В России первое измерение кубита мы сделали два года назад. Этот кубит был в то время сделан в Германии, однако в этом году мы самостоятельно изготовили первый российский кубит и измерили его. Эта работа была сделана совместно с лабораторией Олега Астафьева в МФТИ и нашей с Валерием Рязановым лабораторией Российского квантового центра, располагающейся на территории Института физики твердого тела РАН в Черноголовке.

Существующий уровень того, что делается в мире по кубитам сейчас — это простые устройства от трех до девяти кубитов. Чтобы добраться до этого начального уровня, лидирующим в мире исследовательским группам пришлось пройти примерно десятилетний путь. То есть за прошедшую декаду западные исследователи от первых экспериментальных устройств - отдельных кубитов- продвинулись до простых схем, включающих несколько кубитов.

Понятно, что знания, которые уже накоплены в этой области, очень полезны, чтобы не повторять ошибок и идти дальше прямиком. Но, конечно, развитие этой области в России — это вопрос людей и времени, не говоря уже о деньгах. Нужны сотрудники, которые могут экспериментально исследовать подобного рода задачи. Таких молодых ученых в мире всего несколько сотен, это аспиранты и кандидаты наук, уже поработавшие в данной области. Эти люди сейчас все нарасхват, поскольку область исследований квантового компьютера стремительно развивается.

Давайте уточним: несколько кубитов умеют делать в квантовых компьютерах на сверхпроводниках? Илья Бетеров из Института физики полупроводников имени А. В. Ржанова СО РАН рассказывал нам, что в американском университете Висконсин-Мэдисон созданы системы из 49 кубитов на дипольных ловушках. Чем различаются преимущества этих подходов?

Я не знаю подробностей их работы, но отмечу, что в области ионных ловушек, на мой взгляд, в последние годы наиболее передовые исследования проводит группа Райнера Блатта в Инсбруке. Но эти устройства все-таки не позволят выполнять произвольные квантовые алгоритмы, а значит — скорее подойдут для создания квантовых симуляторов. Такие устройства будут решать одну, строго определенную задачу с набором параметров, которые можно контролировать.

Я думаю, что квантовые симуляторы уже можно считать сформировавшейся областью, и построение таких аппаратов — дело нескольких лет. Построение большого квантового процессора потребует большего времени.

Чем будут полезны квантовые симуляторы?

Создание новых материалов — одна из областей, где будут эффективны квантовые симуляторы. Так, сильно взаимодействующие конденсированные системы — сложные кристаллы, например, — могут быть рассчитаны с использованием квантового симулятора. На них будет удобно быстро перебирать большое количество параметров, а обычным компьютерам просто не хватит мощностей, чтобы перебрать их. Одним из первых о необходимости такого подхода для создания новых материалов заговорил Евгений Демлер из Гарвардского университета, в прошлом выпускник МФТИ и один из сооснователей РКЦ. Одна из возможных сфер — синтез принципиально новых высокотемпературных сверхпроводников. Но пока это находится скорее на уровне теоретических идей, чем практических исследований.

Процессор D-Wave по тем алгоритмам, которые он должен выполнять, просто не приспособлен для этого, он рассчитан на другие задачи. Опять напомню, что он не является тем исходным квантовым компьютером, который был придуман ранее и из-за которого разгорелся интерес к этой теме. Это простейший квантовый вычислитель, оперирующий с одной квантовомеханической задачей, фактически, аналоговым образом.

Разведки всех стран пока могут спать спокойно: все, на что способны существующие простейшие квантовые процессоры — это разложить число 15 на два простых множителя — 3 и 5.

Можно провести параллель состояния развития квантовых компьютеров с обычными полупроводниковыми?

Исследования в области полупроводников начинались с транзистора, следующей была интегральная схема. Уже существующие и работающие кубиты – фактически, аналоги транзисторов. Но и тут есть свои условности. Настоящий кубит-транзистор должен сохранять свое квантовое состояние, то есть «жить» достаточно долго, чтобы можно было провести вычисление и сделать "работу над ошибками" за времена когерентности, а для этого надо еще создать схемы с логическими кубитами, в которых ошибки будут постоянно исправляться с помощью рабочих кубитов. Это можно сравнить с осуществленной аппаратно схемой коррекции ошибок.

Теоретически возможно ее осуществить за счет «поверхностного кода» (surface code), при котором кубиты располагаются в шахматном порядке и их часть используется для хранения информации, а другая часть — для коррекции возникающих ошибок. Есть и более сложные подходы, но важен сам принцип. Схемы с коррекцией ошибок сейчас уже построены и командой в Санта-Барбаре, и IBM. Полагаю, что довольно скоро будет объявлено о создании первого логического элемента квантового компьютера, полностью устойчивого к ошибкам.

Думаю, что американцы здесь будут первыми. Но также очень серьезные европейские команды работают в Делфтском техническом университете в Голландии и в швейцарском университете Цюриха (команду в Цюрихе, кстати возглавляет мой ученик Андреас Валльрафф (Andreas Wallraff), но они немного отстают. Дело в том, что наука делается учеными, которые не обязательно нацелены на создание коммерческого устройства, а фокусируются на том, что им интересно, то есть на научных задачах. А построение квантового компьютера уже становится инженерной задачей. Он уже не 100-процентно пересекается с интересами физиков.

А есть уверенность, что можно построить квантовый компьютер, или теперь этот вопрос надо задавать инженерам?

Мое мнение на этот счет быстро меняется. Лет 5 назад я бы усмехнулся и сказал «скорее нет, чем да», а сейчас я бы сказал, что ситуация кардинально изменилась: «Глаза боятся, а руки делают». И я думаю, что он будет построен в обозримом будущем.

Возможно, квантовый компьютер будет построен не в том формате, как ранее виделось нам, немного не для тех задач, которые мы сейчас обсуждаем. Но фундаментальные физические проблемы со сверхпроводящими кубитами на данный момент практически решены: время когерентности увеличено в миллион раз и этого достаточно для построения систем с коррекцией ошибок. Сейчас вопрос в технической реализации — это уже задачи квантового инжиниринга пройти путь от микросхемы с одним транзистором до миллионов транзисторов. Это колоссальная работа и она делается скорее не физиками, а специалистами другой направленности.

Понимаю, что неблагодарный вопрос, но сколько лет потребуется на создание полноценных квантовых компьютеров?

Полагаю, лет через десять мы можем увидеть первые полноценные квантовые процессоры.

В чем сейчас главная сложность?

Одна из технических сложностей состоит в синхронизации работы элементов квантового компьютера. Обычный компьютер может работать и на пониженной частоте, но квантовый компьютер принципиально требует работы на высоких скоростях. И управлять однокубитными операциями надо с точностью 99,9 процентов, чтобы была эффективна коррекция ошибок.

Частоты квантового компьютера нельзя напрямую сравнивать с обычными, так как квантовый компьютер работает с суперпозицией состояний и одновременно выполняет большое количество операций. Выполнение этих операций требует импульсов на частоте от 5 до 10 гигагерц. Когда мы говорим о частотах, на которых необходима синхронизация, — это не частота сигналов управления, а частота манипуляций с кубитами. Сами манипуляции происходят заметно медленнее, характерное время сейчас составляет 100 наносекунд на операцию.

Сможем ли мы когда-то получить КК в наручных часах или квантовые компьютеры навсегда останутся большими шкафами из-за необходимости охлаждения компонентов ниже минус 270 градусов по Цельсию?

Думаю, наверняка появятся часы или какие-то мобильные устройства, которые будут использовать квантовые технологии. Это не обязательно будут низкие температуры, есть интересные эксперименты по квантовым технологиям в фотонных системах — например, на дефектах в алмазе. Эти операции происходят при комнатных температурах, и времена когерентности там достигнуты большие. Они позволят создавать интересные устройства, связанные с квантовой метрологией, повысят точность атомных часов, GPS, позволят определять координаты объектов на поверхности Земли с точностью до нескольких сантиметров и даже миллиметров.

Что же касается полноценных квантовых процессоров, то, мне кажется, они будут требовать охлаждения, а значит — более объемных установок. Хотя способы получения сверхнизких температур тоже очень быстро совершенствуются. Еще десять лет назад было сложно представить, что во всем мире будут стоять сотни криостатов, которые без заливки жидкого гелия после простого нажатия на кнопку за несколько часов позволяют достигать температур вблизи абсолютного ноля, в сотые доли градуса по шкале Кельвина.

Пока такие криостаты достаточно дорогие, но если они станут массовым явлением, то будут очень быстро дешеветь. Методы получения низких температур перешли от использования холодных жидкостей — гелия или азота для более высоких температур — к технологии применения пульсирующих трубок (pulse tube), которые позволяют достигать низких температур за счет расширения газа, без использования жидкости. Их уже делают и американские, и японские, и европейские компании — есть конкуренция. Для разработки этого метода многое было сделано в России, но это было еще в советские времена.

Зачем России квантовый компьютер?

Думаю, в первую очередь из соображений национальной безопасности. У американцев, видимо, скоро появится такое устройство, причем благодаря поддержке государства, которое финансировало его разработку как раз через различные агентства, связанные с национальной безопасностью. России не стоит отставать в гонке Super Power, — есть множество разнообразных приложений этих технологий.

Но стоит отдавать себе отчет в том, что в Америке на разработку подобных устройств уже были потрачены сотни миллионов долларов. А в России, насколько я знаю, по большому счету это лаборатории РКЦ и мой мегагрант, хотя он имеет непрямое отношение к созданию КК, — это примерно пять миллионов долларов. Есть также новая лаборатория Олега Астафьева в МФТИ, но там масштабы немного поменьше.

Это несравнимое с американским по объемам финансирование, но мы ведь пока и не строим КК, по большому счету, мы скорее здесь занимаемся фундаментальной наукой. Не скрою, нас пришлось бы еще долго уговаривать, начать заниматься сложнейшей технической задачей по построению КК, которая кажется нереалистичной в существующих пока условиях. Даже если не брать в расчет отсутствие необходимого финансирования, непонятно, как уговорить способных и квалифицированных людей, которые могут заниматься данным направлением. Вопрос не просто в деньгах, надо создать среду, в которой это все сможет развиваться — решение задачи требует колоссальных интеллектуальных и инженерных усилий и нельзя просто заплатить деньги и рассчитывать все это получить. Хотя, я думаю, как всегда найдутся люди, которые пообещают это сделать за определенную сумму лет за пять. Но не думаю, что они дадут результат за пять лет. Предстоит огромная работа, сопоставимая по сложности и объему с советским атомным проектом.

Источник

Астрономам удалось обнаружить во Вселенной несколько скрытых от нас сверхмассивных черных дыр.

Используя космическую обсерваторию агентства НАСА Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) международная группа ученых обнаружила высокоэнергетические рентгеновские лучи, источником которых являлись пять сверхмассивных черных дыр. Ранее прямому наблюдению препятствовало облако пыли и газа. Исследование, возглавили которое астрономы из Даремского университета в Великобритании, поддерживает теорию, которая предполагает существование во Вселенной миллионов сверхмассивных черных дыр, скрытых от наших глаз.

Результаты исследования были представлены сегодня, 6 июля, на встрече Британского королевского астрономического общества, которая прошла в Лландидно, в Уэльсе. 

Используя для наблюдений телескоп NuSTAR, ученые выделили девять претендентов на звание скрытых сверхмассивных черных дыр. Исследователи предполагали чрезвычайную активность в центре галактик, однако, как считалось, она была скрыта от наблюдения.

В ходе исследования ученые обнаружили высокоэнергетические рентгеновские лучи, источаемые пятью черными дырами. Данное открытие подтвердило предположение о том, что дыры были скрыты пылью и газом. Пять вновь обнаруженных черных дыр были намного ярче и активнее, чем считалось ранее. Это объясняется тем, что они быстро поглощали окружающий их материал и испускали большое количество излучения.

До ввода в эксплуатацию космической обсерватории NuStar произвести такие наблюдения не представлялось возможным. Телескоп был запущен в 2012 году. 

«В течение долгого времени нам было известно о сверхмассивных черных дырах, не спрятанных за пылью и газом. Однако мы подозревали о существовании сверхмассивных черных дыр, которые скрыты от нашего глаза», - говорит Джордж Лэнсбери, ведущий автор исследования из Даремского университета. «Благодаря телескопу NuStar нам впервые удалось отчетливо увидеть этих монстров, существование которых было предсказано, но не доказано. Несмотря на то, что на сегодняшний день нам удалось обнаружить только пять таких спрятанных сверхмассивных черных дыр, если перенести полученные нами результаты на целую Вселенную, то можно предсказать существование огромного количества таких объектов. Это полностью соответствует нашим расчетам». 

Статья с результатами исследования была принята к публикации в журнале The Astrophysical Journal.

Источник

Астрономы из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) подтвердили существование внесолнечной планеты – молодого газового гиганта — лежащего внутри газопылевого диска, окружающего родительскую звезду. Впервые ученые смогли напрямую изучать формирование планеты на одной из самых ранних стадий этого процесса.

Время для наблюдений при помощи инструментов Европейской Южной Обсерватории, расположенной на горе Параналь, Чили, ценится очень высоко и, тем не менее, инфракрасная камера высокого разрешения телескопа Very Large Telescope (VLT), входящего в число инструментов этой обсерватории, целую ночь была направлена на один единственный объект ночного неба. Эти научные данные, собранные при помощи оптического инструмента Naco, позволили международной команде астрономов под руководством Саши Квонц из ETH Zurich подтвердить выдвинутую ими ранее гипотезу, согласно которой по орбите вокруг звезды, носящей название HD 100546, движется молодой газовый гигант, подобный Юпитеру из нашей Солнечной системы.

Лежащая на расстоянии «всего лишь» 335 световых лет от нас, звезда HD 100546 является одним из ближайших «звездных соседей» нашей Солнечной системы, и её возраст оценивается в 5-10 миллионов лет — что делает её довольно молодой по астрономическим меркам звездой. Как и многие другие молодые звезды, она окружена массивным диском из газа и пыли. Во внешних областях диска лежит эта протопланета, получившая название HD 100546b, расстояние от которой до родительской звезды составляет порядка 50 астрономических единиц (расстояний от Земли до Солнца).

Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal.

Источник

Исследователи из Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ), Токийского университета и других научных учреждений во главе с доктором Сатоши Миузаки из Центра перспективных технологий NAOJ начали обзор обширной области неба, ставящий целью выяснение распределения темной материи во Вселенной при помощи новой широкоугольной камеры Hyper Suprime-Cam, которая установлена на телескопе «Субару», расположенном на Гавайях.

Результаты первичных наблюдений, охватывающих область неба в 2,3 квадратных градуса, находящуюся в созвездии Рака, продемонстрировали девять крупных сгустков темной материи, масса каждого из которых сопоставима с массой скопления галактик. Исследования распределения темной материи во Вселенной и его изменения со временем необходимы для понимания роли темной энергии, которая управляет расширением Вселенной. Эти первые результаты показали, что астрономы теперь располагают методами и инструментами, необходимыми для понимания темной энергии. Следующим шагом исследовательской группы станет расширение поля наблюдений, охватываемого обзором, до одной тысячи квадратных градусов на небе — что позволит, возможно, разгадать тайну темной энергии и расширения Вселенной.

Составление крупномасштабных карт темной материи играет ключевую роль в понимании свойств темной энергии, управляющей расширением нашей Вселенной. Эти предварительные научные результаты демонстрируют, что при помощи современных методов исследования и камеры Hyper Suprime-Cam команда готова исследовать изменение распределения темной материи по Вселенной с течением времени, раскрыть тайну темной энергии и изучить историю расширения Вселенной в мельчайших подробностях.

Источник

Источник