Новый метод регулирования напряжения - путь к созданию полноценных квантовых компьютеров


Несмотря на множество усилий, прикладываемых ученым из различных стран и организаций, люди так и не получили пока возможность создания полноценных и универсальных квантовых компьютеров. Однако, момент появления первых квантовых компьютеров стал на один большой шаг ближе благодаря работе ученых из университета Сассекса (University of Sussex). Они разработали и испытали новый способ регулирования напряжения, прикладываемого к ионам, выступающим в роли квантовых битов. И это позволяет системе обойтись без использования лазеров, что, в свою очередь, является сейчас непреодолимым препятствием к созданию крупномасштабных квантовых вычислительных систем.

В настоящее время на свете существует несколько простейших квантовых вычислительных систем. К примеру, это система компании IBM с несколькими кубитами, которая доступна онлайн, а ученые Бристольского университета разработали систему с двумя кубитами, которая может выполнять некоторую полезную работу. Но эти и другие подобные системы практически невозможно расширить и дополнить, ведь каждый из пойманных в ловушке ионов управляется при помощи луча отдельного лазера. И очень тяжело даже представить себе, как будет выглядеть квантовая вычислительная система с сотнями тысяч и миллионами кубитов.

Ученые из Сассекса искали пути, позволяющие избавиться от необходимости использования лазерного света. Для управления квантовым состоянием ионов они использовали управляющий электрический потенциал, подаваемый на соответствующие элементы квантового чипа, своего рода квантового процессора. И в конечном результате ученые получили при помощи нового метода контроля уровень ошибок, которые практически равен уровню ошибок, возникающих в квантовых системах с лазерным управлением.

Созданный учеными из Сассекса квантовый процессор является не первым процессором, в котором используется несколько кубитов, которые традиционно запутываются при помощи фотонов света. Для запутывания некоторого числа кубитов требуется наличие соответствующего числа запутанных друг с другом фотонов света, и в новой версии квантового процессора все это делается без сложных манипуляций с лучами лазерного света и без необходимости использования громоздких оптоэлектронных устройств.

Изменяя значение прикладываемого к отдельным ионам-кубитам электрического потенциала, исследователи могут не только управлять работой квантовых логических элементов, состоящих из нескольких кубитов. Этот метод также позволяет динамически запутывать и "распутывать" пары квантовых битов, меняя конфигурацию логического элемента буквально на лету.

"То, чего нам удалось добиться, может в корне изменить все правила игры на поле технологий квантовых вычислений" - рассказывает Винфрид Хензингер (Winfried Hensinger), профессор из университета Сассекса, - "Новый метод создания и управления запутанными кубитами не требует использования большого количества лазеров и другого оборудования. Это позволит в будущем создать небольшие квантовые компьютеры, которые можно будет использовать в любых практических целях. И, по мере дальнейшего развития данной технологии мы построим первый такой компьютер в стенах нашего университета".


Источник

Ученые научились синтезировать кристаллы лонсдейлита, гексагонального алмаза, который прочнее, чем обычный алмаз


Исследователи из австралийского Национального университета, возглавляющие работы в рамках международного проекта, разработали технологию получения наноразмерных кристаллов лонсдейлита, гексагонального алмаза, прочность которого на 58 процентов превышает прочность обычных ювелирных алмазов. Но не стоит надеяться на то, что в будущем вам удастся приобрести кольцо или другое украшение с такими камнями, они предназначаются для создания режущего инструмента и бурильных головок, которые смогут проходить сквозь самые твердые горные породы.

Напомним нашим читателям, что кристаллы лонсдейлита были найдены в природе только в областях кратеров, оставленных ударами метеоритов. Ни в каких других местах на земном шаре нет условий, необходимых для формирования кристаллов углерода с шестиугольной кристаллической решеткой. Такие условия были воссозданы лишь в лабораторных условиях группой, возглавляемой Джоди Брэдби (Jodie Bradby), адъюнкт-профессором из австралийского Национального университета, и в этих условиях были получены лишь наноразмерные кристаллики лонсдейлита.

Синтез кристаллов лонсдейлита проводился под высоким давлением, полученным при помощи специальной алмазной наковальни. При этом, температура, при которой проводился синтез, составляла всего 400 градусов Цельсия, практически в два раза ниже температуры, при которой производится выращивание кристаллов искусственных алмазов обычного типа.

"Шестиугольная кристаллическая решетка такого алмаза делает его намного прочнее обычных алмазов, имеющих кубическую кристаллическую решетку" - рассказывает Джоди Брэдби, - "Пока нам удалось получить такие кристаллы очень маленьких размеров. Но мы уже знаем, в какую сторону нам надо двигаться дальше, и в будущем мы попытаемся синтезировать кристаллы лонсдейлита больших размеров".

И в заключении следует отметить, что лонсдейлит получил свое название в честь Кэтлин Лонсдэйл (Dame Kathleen Lonsdale), британской ученой-кристаллографа, которая является первой в истории женщиной, ставшей членом лондонского Королевского научного общества.


Источник

Астрономы обнаружили звезду, "сожравшую" большую часть ее планетарной системы


На расстоянии 300 световых лет от Земли находится звезда, во многом подобная нашему Солнцу. Однако, в отличие от Солнца, этой звезде уже удалось поглотить несколько планет, которым не посчастливилось оказаться поблизости. Группа ученых-астрономов наблюдала за звездой HIP68468 в течение нескольких лет, и им удалось собрать неопровержимые подтверждения об акте этого космического "каннибализма".

Самым главным подтверждением является высокая концентрация лития в материи звезды HIP68468, которая в четыре раза превышает концентрацию этого вещества в звездах, возраст которых составляет около 6 миллиардов лет. Ученые считают, что такое изобилие лития, наряду с наличием других необычных для звезд веществ, может быть объяснено только лишь поглощением звездой близлежащих планет.

"Это похоже на случай, когда вы видите кошку, сидящую возле птичьей клетки" - рассказывает Дебра Фишер (Debra Fischer), профессор из Йельского университета, - "И если вы замечаете желтые перья, торчащие из пасти кошки, это является достаточным доказательством того, что кошка съела канарейку".

При помощи спектрального анализа света от звезды HIP68468, ученые определили, что концентрация лития и других веществ, характерных для "планетного" материала, соответствует массе материи, в шесть раз превышающей массу материи Земли. И у звезды HIP68468 имеется еще несколько планет в запасе, одна из которых является сверкрупным аналогом Нептуна, а вторая является каменистой суперземлей.

То, что система звезды HIP68468 во многом очень похожа на Солнечную систему, показывает нам то, что может произойти с нашей системой через длительный промежуток времени. Но, не стоит пугаться, нам с вами абсолютно не светит быть поглощенными нашим знойным Солнцем в ближайшее время. Ученые уже построили математические модели и провели компьютерное моделирование, учитывающее все гравитационные воздействия в Солнечной системе. И результаты этих расчетов указывают на то, что у нас есть в запасе еще несколько миллиардов лет, прежде чем Земля может быть поглощена Солнцем, если это произойдет на самом деле. И естественно, первыми в очереди на "пожирание" стоят Меркурий вместе с Венерой.

Источник

Компания Intel начинает разработку кремниевых кубитов, которые станут основой масштабируемых квантовых компьютеров с миллионами кубитов


В состав исследовательского подразделения компании Intel входит группа инженеров, базирующаяся в Портленде, Орегон, и специализирующихся на разработке аппаратных средств для технологий квантовых вычислений. В настоящее время специалисты этой группы начали совместную работу со специалистами Квантового научно-исследовательского института QuTech Технологического университета Дельфта, Нидерланды. Задачей, которую решает эта объединенная группа, является создание кремниевых квантовых битов, кубитов, которые станут основой будущих масштабируемых квантовых компьютеров. И совместная работа исследователей начала приносить первые результаты, ученым уже удалось наладить производство стандартных подложек, покрытых слоем ультрачистого кремния, на котором будут создаваться структуры кремниевых квантовых битов.

Такая стратегия ставит компанию Intel обособленно от других промышленных и академических групп, работающих над разработкой квантовых битов различного типа и других компонентов квантовых вычислительных систем. Усилия этих групп уже привели к созданию простейших систем, состоящих всего из нескольких кубитов. Но для создания полноценного и универсального квантового компьютера потребуются процессоры, содержащие тысячи или миллионы кубитов.

Согласно информации, предоставленной Джимом Кларком (Jim Clarke), возглавляющим данное направление, компания надеется выйти на означенный выше рубеж количества квантовых битов в не очень далеком будущем. И ключевым моментом этого станет использование кремния, хорошо изученного материала, из которого делают кристаллы обычных полупроводниковых чипов, содержащих миллиарды транзисторов. Кремниевые кубиты по структуре не будут сильно отличаться от транзисторов и их можно будет изготавливать в любых количествах при помощи стандартного технологического оборудования.

По предварительной информации, основой работы кремниевых кубитов, разрабатываемых компанией Intel, станет спин, направление вращения, отдельного электрона, пойманного в ловушке, представляющей собой модифицированный полевой транзистор. "Мы уже достаточно давно научились делать неплохие транзисторы. Изменив немного используемые материалы, структуру этих транзисторов, мы получим вполне работоспособные квантовые биты" - рассказывает Джим Кларк.

Еще одной причиной, которая заставляет исследователей работать над кремниевыми кубитами, является то, что они должны быть более надежными, нежели их "собратья", работающие за счет явления сверхпроводимости. Предполагается, что кремниевые кубиты, использующие слабые квантовые эффекты, смогут работать при комнатной температуре, обеспечивая уровень ошибок, сопоставимый с уровнем ошибок низкотемпературных квантовых битов.

Источник

Изучение самых крупных алмазов позволяет пролить свет на внутренний мир нашей планеты


Исследователи обнаружили, что самые крупные и известные в мире алмазы были сформированы в другой части мантии Земли и при помощи иных процессов, нежели остальная часть более мелких алмазов. И изучение этих уникальных камней может дать ученым в руки массу новой информации относительно строения мантии Земли и о истории геологического развития нашей планеты.

Люди, далекие от темы геологии, считают, что алмазы формируются в богатых углеродом угольных слоях. Но это в корне неправильно, они формируются в гораздо более глубоких слоях мантии, на которую приходится около 84 процентов от объема Земли. После этого из глубин мантии алмазы перемещаются ближе или на поверхность за счет вулканических извержений и других тектонических процессов.


Напомним нашим читателям, что земной шар состоит из трех слоев, коры, толщиной около 40 километров, толстой мантии, состоящей преимущественно из силикатов и других минералов, и ядра, состоящего в основном из железа и никеля. Пока ученым известно не очень многое о строении мантии Земли, известно, что в ней встречаются области с вязкими и полужидкими породами, температура которых приближается к точке плавления. И, чем ближе к ядру находится слой мантии, тем больше в нем таких "полурасплавленных" областей.

В среднем материал мантии на 44.8 процента состоит из кислорода, а доли кремния и магния в ней составляют 22.8 и 21.5 процента соответственно. Остальная часть приходится на железо, алюминий, кальций, натрий и калий. Все упомянутые элементы находятся в мантии в виде оксидов, самыми распространенными из которых являются диоксид кремния и оксид магния.

Крупные известные алмазы, такие, как "Cullinan" и "Lesotho Promise", являются сверхглубинными алмазами, сформированными в мантии на глубине не менее 390 километров около 1.2 миллиардов лет назад. Проведя исследования некоторых экземпляров таких алмазов, ученые обнаружили доказательства, подтверждающие теорию о том, что на большой глубине в недрах мантии существуют "карманы", заполненные почти чистым железно-никелевым сплавом. На это указывают крошечные металлические зерна в алмазах, содержащие железо, никель и незначительное количество других примесей - углерода, серы, метана и водорода.


Все это говорит о том, что концентрация кислорода различна в разных слоях мантии. Ближе к ядру материал мантии менее окислен, нежели материал более верхних слоев, и в такой среде, среде с дефицитом кислорода, многие металлы и другие химические элементы могут существовать в своем нормальном виде. "Согласно имеющимся теориям, в недрах мантии существуют области с низкой концентрацией кислорода" - рассказывает Стивен Ширли (Steven Shirley), ученый из Исследовательского института Карнеги (Carnegie Institution for Science), - "Но до последнего времени у нас не было никаких фактов, подтверждающих это".

Наша планета и ее мантия содержат множество тайн и загадок, которые постепенно разгадываются учеными. К примеру, в прошлом году был обнаружен ранее неизвестный слой мантии, концентрация кислорода в котором в 8-10 раз превышает концентрацию кислорода в материале на поверхности планеты. Изучение этого и других феноменов позволит ученым проникнуть глубже в суть процессов геологического развития нашей планеты, что даст информацию о закономерностях распределения полезных ископаемых, движении тектонических плит, о землетрясениях и вулканической деятельности.

Источник