"Фейерверк" в молодой Вселенной указывает на неточность современных теорий о процессах звездообразования



Если сделанное недавно астрономами открытие найдет некоторое количество дополнительных подтверждений, то ученым только и останется, что выбросить в мусорный ящик книги, в которых написаны некоторые из теорий, объясняющих процессы звездообразования, формирования и дальнейшего развития галактик. Упомянутое открытие было сделано при помощи космического телескопа Hubble Space Telescope, который сделал снимок древней, образовавшейся 2.7 миллиарда лет спустя момента Большого Взрыва, галактики SGAS J111020.0+645950.8.

"Камнем преткновения" нового открытия является факт наличия в галактике двух дюжин областей, в которых идут интенсивные процессы формирования новых звезд. Однако, размеры этих "звездных родильных домов" составляют от 200 до 300 световых лет. Такая плотная упаковка областей интенсивного звездообразования в одной галактике позволила Джейн Ригби (Jane Rigby), ученой из НАСА, уподобить эту область пространства фейерверку, происходящему в космических масштабах. 200 -300 световых лет - это достаточно большие области пространства, но согласно имеющимся теориям, размеры областей интенсивного звездообразования в галактиках соответствующего возраста и размеров должны быть минимум 3 тысячи световых лет.



Астрономы сделали открытие, благодаря известному эффекту гравитационной линзы, когда свет от далекого космического объекта преломляется и фокусируется под воздействием гравитации находящегося на его пути промежуточного массивного космического объекта, галактического кластера SDSS J1110+6459 в данном случае. Эта гравитационная линза позволила сразу увеличить размер изображения далекой галактики в 30 раз, что дало астрономам возможность рассмотреть даже отдельные звезды. Естественно, что гравитационная линза не дает сразу высококачественного изображения, для компенсации гравитационных искажений ученым пришлось использовать сложную математическую обработку на компьютере.

Пока еще ученым неизвестно, почему обнаруженные в галактике области интенсивного звездообразования имеют столь небольшие размеры, это им предстоит еще выяснить в ходе дополнительных наблюдений. И эти дополнительные наблюдения будут проведены уже при помощи нового телескопа James Webb Space Telescope, "взгляд" которого будет способен проникать через облака пыли и газа, обнаруживая самые древние звезды и галактики. А данные, которые надеются получить ученые, позволят им объяснить некоторые аспекты истории развития галактики SGAS J111020.0+645950.8 и дать ответы на многочисленные вопросы, касающиеся процессов формирования новых звезд.

Источник

Новая архитектура 3D-чипов позволяет устранить узкое место интерфейса процессор-память



Будущим процессорам предстоит работа по обработке огромным массивов информации, количество которой растет буквально с каждым днем. Но производительность вычислительных систем, построенных на базе традиционной архитектуры, зависит не только от вычислительной мощности центрального процессора, одним из факторов, ограничивающих производительность системы, является недостаточная ширина полосы пропускания интерфейса между процессором и оперативной памятью.

Решением этой проблемы может стать новая архитектура 3D-чипов, разработанная специалистами из Массачусетского технологического института и Стэнфордского университета. Опытный образец чипа с такой архитектурой состоит из несколько слоев, на которых расположены логические схемы и ячейки резистивной памяти, изготовленные из углеродных нанотрубок.

Опытный образец 3D-чипа является "самой сложной электронной схемой, изготовленной при помощи современных нанотехнологий". Использование углеродных нанотрубок позволяет избежать использования высокотемпературных производственных этапов, во время которых могут повредиться чувствительные элементы ячеек резистивной памяти.



Опытный образец чипа состоит из четырех слоев. Первым слоем является достаточно обычная кремниевая подложка на поверхности которой находятся достаточно обычные кремниевые логические цепи, выполняющие вспомогательные функции. Вторым слоем является собственно слой процессора, схема которого состоит из 2 миллионов транзисторов на базе углеродных нанотрубок. Третьим слоем является массив из одного миллиона ячеек резистивной памяти, а на последнем слое находятся дополнительные логические цепи и активные элементы датчиков, построенные на основе все тех же углеродных нанотрубок. Все слои связаны с другими при помощи металлических межслойных соединений.

Как уже упоминалось выше, на верхнем слое опытного образца 3D-чипа располагался слой чувствительных элементов на базе углеродных нанотрубок, количество которых в данном случае составляло один миллион. Для демонстрации работы этих датчиков процессор чипа был запрограммирован для работы в качестве химического анализатора, который после этого оказался способным различать находящиеся в воздухе химические соединения, т.е. различать запахи.



Но самым главным в новой архитектуре 3D-чипов является то, что процессор и массив оперативной памяти находятся в непосредственной близости друг от друга. Связывающие их металлические проводники имеют минимально возможную длину, что обеспечивает максимально возможную скорость обмена данными между памятью и процессором. И это, как несложно догадаться, служит решением проблемы узкого места, о которой упоминалось в самом начале.

И в заключение остается добавить, что данные работы проводились по заказу Управления перспективных исследовательских программ Пентагона DARPA и частично финансировались американским Научным фондом. На следующем этапе исследователи из Массачусетского технологического института и Стэнфордского университета будут работать совместно со специалистами известной компании Analog Devices, разрабатывая новые варианты реализации технологий 3D-чипов. К сожалению, как и в случае с массой других проектов, в которых используются углеродные нанотрубки и графен, невозможно и предположить, когда же именно эти технологии доберутся до уровня их практического применения.

Источник

Использование углеродных нанотрубок позволило создать самый маленький в мире транзистор



Поскольку полупроводниковая отрасль уже практически добралась до наноразмерного уровня, с каждым годом становится все тяжелей и тяжелей соблюдать известный всем закон Гордона Мура, согласно которому количество транзисторов на чипах процессоров и их вычислительная мощность должны удваиваться каждые два года. И недавно специалисты компании IBM нашли еще один путь, благодаря которому закон Мура сможет продолжать действовать еще некоторое время.

Используя углеродные нанотрубки, состоящие из одного из самых тонких материалов в природе, ученые IBM создали транзисторы с самыми маленькими на сегодняшний день размерами их элементов. Но при этом, новые транзисторы существенно выигрывают у кремниевых аналогов по скорости их работы.

Следует отметить, что ученые уже достаточно давно экспериментируют с транзисторами на углеродных нанотрубках, крошечных трубках, диаметром около 1 нанометра, стенки которых состоят из атомов углерода и имеют толщину в один атом. Однако ученые постоянно сталкиваются с массой трудностей технического и технологического плана. Эти трудности заставляют исследователей идти на компромиссы, некоторые из которых определяют, что для обеспечения высокой скорости и эффективности работы, размеры нанотрубочных транзисторов должны быть больше размеров традиционных кремниевых транзисторов, которые составляют сейчас порядка 100 нанометров.

Для уменьшения размеров транзистора ученые IBM использовали новую технологию, позволившую им установить на основании электроды, размером в 10 нанометров, подающие или отводящие электрический ток от углеродной нанотрубки. Эти электроды изготовлены из молибдена, материала, который хорошо сочетается и контактирует с углеродом на концах нанотрубок. А добавка кобальта к материалу электродов позволила проводить технологический процесс при более низкой температуре.

Но для того, чтобы транзистор можно было использовать в практических целях, он должен иметь возможность проводить больший электрический ток, нежели может провести через себя одна углеродная нанотрубка. Ученым удалось "уложить" параллельно несколько нанотрубок, длина которых равнялась всего 7 нанометрам и надежно соединить их концы с молибденово-кобальтовыми электродами.

В результате всего перечисленного выше полный размер структуры нанотрубочного транзистора составил всего 40 нанометров. Так как первые такие транзисторы являются лишь опытными образцами, приводить их точные характеристики не имеет никакого смысла, стоит упомянуть лишь, что новые транзисторы имеет более высокую скорость работы и эффективность, нежели ближайшие кремниевые аналоги.

В ближайшем времени специалисты компании IBM планируют заняться изготовлением нанотрубочных транзисторов, в которых будут использованы нанотрубки, длиной в 5 нанометров. И такие транзисторы, за счет меньшей длины канала, смогут работать еще на более высоких скоростях, потребляя меньше энергии, чем требуется транзисторам с 7-нм нанотрубками.

Источник

Ученые составили математическую модель, описывающую процесс формирования магнитного поля Земли



Известно, что Земля является гигантским магнитом, имеющим Южный и Северный магнитные полюса, как и любой другой магнит. Создаваемое Землей магнитное поле играет одну из главных ролей в нашей жизни, оно защищает нас от потоков высокоэнергетических заряженных частиц, излучаемых Солнцем или прибывающих из глубин космического пространства.

Ученые считают, что магнитное поле Земли образуется в результате процесса, называемого динамо. Эта гигантская динамо-машина представляет собой перемещающийся слой жидкого расплавленного металла, находящийся на границе ядра Земли, движение которого связано с вращением планеты. Все это, согласно законам физики, производит электрическое поле, которое, в свою очередь, вырабатывает магнитное поле.

Для детального изучения всех процессов, ответственных за производство магнитного поля Земли, ученые-физики из института L'Institut des sciences de la Terre, Франция, создали математическую модель, расчеты которой позволили получить захватывающее видео, на котором в разрезе видно ядро, температурные градиенты и потоки, циркулирующие глубоко в недрах планеты.

Все частички модели подчиняются традиционным законам физики, в соответствии с которыми в ядре Земли возникают потоки из жидкой смеси расплавленного железа и никеля и их завихрения. В районе полюсов планеты можно увидеть вихри, носящие циркулирующий характер. Все это указывает на то, что магнитное поле Земли не является статичным, оно постоянно "дышит", изменяя свою силу и форму.

Естественно, что данная математическая модель, построенная на математических итерациях, хоть и является самой реалистичной на сегодняшний день, может быть очень далекой от реальности в силу невозможности проведения физических измерений различных параметров в ядре Земли. Тем не менее, такие математические расчеты дают ученым возможность лучшего понимания особенностей поведения магнитного поля планеты, что можно использовать для увеличения точности навигационных систем, для прогнозирования климатических изменений и многого другого.

Источник

"Разноцветные" фотоны - революция в области квантовых вычислений



Несмотря на огромное количество исследований в области квантовых вычислений, универсальные квантовые компьютеры так и продолжают оставаться исключительно теоретическим понятием. Напомним нашим читателям, что основой любого квантового компьютера или коммуникационной системы являются квантовые биты, называемые кубитами. Кубиты отличаются от традиционных битов тем, что они могут помимо, двух основных состояний, 1 или 0, находиться в третьем состоянии - в состоянии суперпозиции, когда значение кубита равно одновременно 1 и 0. Это, в свою очередь, позволяет при помощи одного кубита выполнять две параллельных вычислительных операции.

Соединение отдельных кубитов в вычислительную систему производится при помощи явления квантовой запутанности. При этом, система из двух кубитов уже способна выполнять четыре параллельных оп5ерации, а система из трех кубитов - восемь. А система, количество кубитов в которой исчисляется уже десятками, способна производить вычисления гораздо быстрее, чем традиционные компьютеры.

Тем не менее, состояние суперпозиции и явление квантовой запутанности представляют собой чрезвычайно хрупкими вещами, разрушающимися при малейшем воздействии на них извне. И ученые из института INRS (Institut national de la recherche scientifique), Канада, предложили весьма интересную и перспективную альтернативу кубитам - многомерные квантовые биты (quDit), основанные на использовании "разноцветных" фотонов света. Более того, эти исследователи создали квантовый чип, на котором были созданы два quDit-а, при помощи которого были проведены исследования этой новой квантовой технологии.

На поверхности квантового чипа расположен оптический резонатор, в который запускаются два запутанных фотона света. Каждый из фотонов может иметь 10 основных квантовых состояний, определяемых его длиной волны (цветом) и находиться в состояние суперпозиции, в котором он может быть красным И зеленым И синим И желтым одновременно. Эти цвета были приведены условно, так как на практике использовались фотоны инфракрасного диапазона.

Таким образом, каждый из "разноцветных" фотонов способен находиться в 100 различных состояниях, а система из двух таких фотонов, quDit-ов, по производительности (количеству выполняемых ею параллельных операций) эквивалентна системе с 12 классическими запутанными друг с другом кубитами. "Нам впервые удалось получить достаточно простым способом многомерное квантовое состояние" - рассказывает Майкл Куес (Michael Kues), ведущий исследователь, - "А нашей следующей задачей станет использование такой многомерной квантовой системы для выполнения практических вычислений".

И в заключение следует отметить, что в созданной канадскими учеными многомерной квантовой системе были использованы только стандартные оптические компоненты и другое научное оборудование. А кристалл квантового чипа был изготовлен при помощи самых обычных технологий изготовления полупроводникового чипа. Все это позволяет надеяться на то, что данная технология сможет в буквальном смысле произвести революцию в области квантовых вычислений, правда на это может уйти еще несколько лет, которые будут потрачены учеными на доведение технологии многомерных quDit-ов до уровня возможности их практического использования.

Источник