Создан первый вариант универсальной квантовой шины данных


За последние несколько лет в области квантовых вычислений были достигнуты значительные успехи. Ученые создали множество вариантов реализации различных типов квантовых битов, кубитов, квантовые логические элементы, выполняющие элементарные функции обработки квантовой информации, и множество других вещей. Но для того, чтобы иметь возможность превратить все это в полнофункциональный квантовый компьютер, требуется еще одна вещь - средство коммуникаций, позволяющее обмениваться квантовой информацией между несколькими точками. Такие средства, называемые шинами данных, являются неотъемлемой частью архитектуры любого микропроцессора, они позволяют в произвольном порядке передавать информацию между десятками и даже сотнями отдельных функциональных узлов процессора. И теперь, благодаря усилиям международной группы исследователей, на белом свете появился первый аналог универсальной шины данных, позволяющей производить произвольный обмен квантовой информацией.

Передача квантовой информации из одной точки в другую необходима для реализации технологий квантовых вычислений любых видов, без этого квантовые процессоры не смогут получать исходную информацию, передавать данные своих вычислений и хранить промежуточные результаты в памяти. Однако, для передачи квантовой информации требуются совершенно иные методы, нежели для передачи информации, которая закодирована в виде последовательности электрических сигналов. Одним из перспективных видов квантовых коммуникаций считается использование запутанных на квантовом уровне кубитов на основе фотонов света, но такие технологии пока еще находятся на этапе экспериментальных исследований и об их практическом применении говорить сейчас еще очень рано. Поэтому для создания универсальной квантовой шины данных ученым пришлось использовать другую технологию, так называемую технологию идеальной передачи квантового состояния (perfect state transfer).

Данная технология существовала в течение нескольких лет лишь в теории, данный случай является первым разом ее практической реализации и экспериментального доказательства ее работоспособности. В этой технологии используются кубиты на основе фотонов света, которые переносят содержащуюся в них квантовую информацию к необходимой точке. Собственно шина данных представляет собой решетку параллельных волноводов, в данном случае состоящую из 11 волноводов. Волноводы изготовлены в виде тонких полых трубок, а соединены они между собой "решеткой" лучей горизонтально и вертикально поляризованного лазерного света. Управляя этой решеткой соответствующим образом можно добиться эффекта передачи квантового состояния, родственного эффекту квантового туннелирования электронов. За счет этого эффекта фотон-кубит попадает в соответствующий волновод, конец которого соединен с кубитом, который и является получателем квантовой информации.

Проводя эксперименты с созданным экспериментальным образцом квантовой шины данных, ученые добились точности передачи квантовой информации при помощи фотонов-кубитов на уровне 97.1 процента, что достаточно неплохо для первого раза. А в своей дальнейшей работе ученые из университета RMIT, Политехнического университета Милана и китайского Южного научно-технического университета будут разрабатывать более простую, надежную и технологичную квантовую коммуникационную систему, которая удовлетворит все растущие потребности области квантовых вычислений.

Источник

Сверхтонкие крылья позволят увеличить на 50 процентов эффективность пассажирских авиаперевозок


В настоящее время специалисты НАСА и компании Boeing совместными усилиями производят разработку конструкции сверхтонких крыльев для пассажирских авиалайнеров следующего поколения. Согласно предварительным расчетам и результатам первых аэродинамических испытаний, использование таких крыльев, снабженных специальными элементами поддержки и усиления, позволит самолетам расходовать на 50 процентов меньше топлива в полете, снизив на такую же величину количество вредных выбросов в окружающую среду.

Поскольку пассажирские и транспортные самолеты становятся все больше и больше, им требуются крылья большей площади для создания подъемной силы, способной оторвать их от поверхности Земли. Увеличение размеров и площади крыльев тянет за собой увеличение веса самолета, создавая "замкнутый круг", который приводит к непропорциональному увеличению расхода топлива, к увеличению эксплуатационных расходов и увеличению количества вредных выбросов в атмосферу.

Одним из способов решения вышеописанной проблемы заключается в конструкции более тонких и более длинных, чем в нынешнее время крыльев самолетов. Однако, длинные и тонкие крылья начинают самопроизвольно изгибаться вниз под воздействием собственного веса или вверх под воздействием создаваемой ими подъемной силы. Разработанное специалистами НАСА и компании Boeing крыло имеет растяжку, связывающую среднюю часть крыла с фюзеляжем самолета. Это позволяет добиться максимально эффективного распределения площади крыла, а длина крыла может быть на 50 процентов больше, чем у крыльев существующих самолетов.


Легкий вес конструкции крыла, малое лобовое сопротивление позволят самолету с такими крыльями сжигать в полете на 50 процентов топлива меньше, чем самолеты сопоставимых размеров и грузоподъемности с традиционной конструкцией крыла. Данные об экономии топлива были получены в результате испытаний, проведенных в аэродинамической трубе Исследовательского центра НАСА имени Эймса в Калифорнии. Результаты этих испытаний, совмещенные с результатами компьютерного моделирования воздушных потоков, огибающих крыло новой конструкции, будут использоваться для дальнейшего улучшения их конструкции. И крылья этой новой конструкции могут быть установлены на одну из летающих масштабных моделей, которые специалисты НАСА используют для испытаний различных технологий в условиях, максимально приближенных к реальным.

Конструкция нового крыла с растяжками была разработана в рамках программы НАСА Advanced Air Transport Technology, целью которой является разработка ряда новых технологий для более эффективной и более экологически чистой авиации следующего поколения. А испытания новых крыльев на масштабных моделях будет проведено подразделением НАСА X-Plane, которое занимается подобными испытаниями с 1940-х годов и имеет в этом деде весьма богатый опыт.

Источник

Взрывы сверхновых в далеком прошлом "забросали" землю радиоактивными элементами


Международная группа ученых обнаружила доказательства серии мощных взрывов сверхновых звезд, произошедших в очень далеком прошлом в непосредственной, по астрономическим меркам, близости от Земли. Эти взрывы в буквальном смысле "забросали" Землю различными радиоактивными изотопами, в том числе и изотопом железо-60, который был найден во всех образцах, взятых из соответствующих слоев земной коры со дна Тихого, Атлантического и Индийского океана.

"Основная масса изотопа железо-60 попала на Землю в период от 3.2 до 1.7 миллиона лет назад" - рассказывает доктор Антон Валлнер (Dr Anton Wallner), ученый в области ядерной физики из Австралийского национального университета (Australian National University, ANU), - "Мы сначала были удивлены, что все образцы этого изотопа датируются приблизительно одним и тем же промежутком времени, который находится не менее 1.5 миллиона лет в прошлом. И временное распределение этого изотопа указывает на то, что произошла серия взрывов сверхновых, следующих один за другим через относительно небольшие промежутки времени".

Ученые считают, что потоки космических лучей от взрывов сверхновых послужили причиной увеличения плотности облачного покрова Земли, благодаря чему Земля охладилась и на планете произошел переход от теплой эпохи Плиоцена в более холодную эпоху Плейстоцена.

Взрывы сверхновых, "останки" которых достигли Земли, как считают ученые, произошли на удалении менее 300 световых лет от Земли. С такого расстояния эти космические события должны были быть видимыми в небе в дневное время и сопоставимы по яркости с яркостью Луны при свете дня. Несмотря на то, что после этих взрывов Земля подверглась мощной бомбардировке космическими лучами, состоящими из тяжелых элементов, это вызвало незначительное повышение радиации на поверхности, уровень которой был очень мал для нанесения ущерба биологической жизни и для массовой гибели живых существ.


Как уже упоминалось выше, взрывы сверхновых, которые происходят, когда старые звезды исчерпывают свои запасы ядерного топлива, извергают в окружающее пространство огромное количество материи, в которой содержится большая доля радиоактивных изотопов различных химических элементов. Один из таких изотопов - это железо-60, который, в отличие от стабильного изотопа железо-56, имеет период полураспада, равный 2.6 миллионам лет. Таким образом, в настоящее время уже не должно было остаться и следов изотопа железо-60, который попал на Землю в процессе ее формирования более четырех миллиардов лет назад.

Количество атомов железа-60, достигших Земли в далеком прошлом, очень мало, и ученым пришлось использовать чрезвычайно высокочувствительные методы для того, чтобы найти, идентифицировать и определить концентрацию атомов этого изотопа. Для проведения анализа со дна океана в разных местах были взяты 120 образцов пород, относящиеся к разным периодам, охватывающие временную шкалу до 11 миллионов лет назад.

Сначала ученые из Германии и Японии извлекли все железо, содержавшееся в образцах. После этого, при помощи ускорителя Heavy-Ion Accelerator, находящегося в австралийском Национальном университете, из общей массы железа были выделены только атомы изотопа железо-60, была измерена их концентрации и проведена процедура датирования. Результаты оказались весьма удивительны, изотоп железо-60 был найден абсолютно во всех образцах и приблизительно в одинаковых концентрациях, что говорит о том, что в прошлом Земля буквально полностью "искупалась" в потоках космических лучей от взрывов сверхновых.

Датирование изотопа железо-60 было проведено путем измерения концентрации других радиоактивных изотопов, бериллия-10 и алюминия-26, при помощи ускорителя и масс-спектрометра DREsden AMS (DREAMS), Германия. Эта процедура показала два всплеска концентрации, датированных промежутком от 3.2 до 1.7 миллионов лет назад и порядка 8 миллионов лет назад, которые соответствуют нескольким взрывам сверхновых.

Ученые считают, что взрывы сверхновых произошли в одном из старых звездных скоплений, которое с моментов взрывов успело значительно удалиться от Земли. В таком скоплении не должно наблюдаться больших звезд, все они уже давно взорвались как сверхновые, и ученые-астрономы сейчас проводят поиски скопления, параметры которого удовлетворяют ряду определенных критериев, и которое может являться источником взрывов, окативших Землю "душем" радиоактивных элементов.

Источник