Ученые впервые реализовали технологии квантовых вычислений при помощи обычных КМОП-транзисторов

В настоящее время бытует мнение о том, что квантовые компьютеры будут совершенно отличны от всей привычной нам вычислительной техники. Однако, результаты работы международной группы ученых указывают на совершенно обратное, им удалось создать фундаментальную часть любой квантовой вычислительной системы, квантовый бит или кубит, на базе достаточно традиционного кремниевго КМОП-транзистора, который во всех чертах не сильно отличается от транзисторов современных микропроцессоров.

Пытаясь поддержать темпы развития микропроцессорной техники, определенные известным законом Гордона Мура, исследователи пытаются насколько это возможно сокращать размеры транзисторов. Но все подобные усилия уже давно сводятся на нет квантовыми эффектами, в частности эффектом квантового туннелирования, возникающими в крошечных электронных устройствах, которые препятствуют их нормальному функционированию. Однако, то, что является "камнем преткновения" для разработчиков традиционной электроники, является благом для разработчиков квантовых систем.

Группа ученых, возглавляемая учеными из Кембриджской лаборатории компании Hitachi, в состав которой также входили и ученые из Японии, Франции и Украины, работающие в рамках европейского проекта TOLOP (TOwards LOw Power information and communication technologies), показала, что транзисторы, изготовленные по стандартной КМОП-технологии (CMOS), могут быть настолько маленькими, что они становятся способными работать в качестве кубитов. Т.е. они могут принимать одно из двух квантовых состояний или находиться в третьем состоянии - в состоянии квантовой суперпозиции.

Подходы, разработанные учеными, позволяют управлять, записывать и считывать квантовое состояние КМОП-кубита через затвор полевого транзистора. И это может существенно упростить все процессы, которые обеспечивают работу других кубитов, изготовленных из кремния.

Для того, чтобы получить КМОП-кубит, ученые создали полевые транзисторы, затвор которых окружает канал с трех сторон, формируя вокруг канала два прямых угла. Сам канал представляет собой удлиненный прямоугольный нанопроводник, уложенный горизонтально на кремниевое основание, а в центральной части этого нанопроводника как раз и расположена структура затвора, управляющего электрода транзистора.



Электрическое поле, возникающее вокруг канала транзистора, имеет самую сильную напряженность на гранях нанопроводника. Это и близость граней к структуре затвора позволяют электронам перемещаться между каналом и затвором за счет эффекта квантового туннелирования. Путь перемещения потока электронов, через одну или другую грань нанопроводника канала, определяет квантовое состояние транзистора-кубита, но не тяжело представить, что электроны при определенных условиях могут перемещаться и по двум путям сразу, что соответствует состоянию суперпозиции квантового бита.

Состояние квантовой суперпозиции транзистора-кубита может быть инициировано при помощи электрического импульса с определенными характеристиками, поданного на затвор, а длительность пребывания кубита в этом состоянии, как показали эксперименты, составляет порядка 100 пикосекунд. Затвор транзистора-кубита также используется для чтения квантового состояния, в котором он находится в данный момент. Для этого транзистор соединяется с колебательным LC-контуром, настроенным на частоту 350 МГц. Когда транзистор находится в одном из двух состояний или в состоянии суперпозиции это приводит к перераспределению электрической емкости квантовых точек на гранях нанопроводника, это, в свою очередь, изменяет резонансную частоту контура, что можно измерить достаточно простым методом.

Сейчас время, в течение которого транзистор-кубит может хранить в себе квантовую информацию, не превышает 100 пикосекунд, но в самом скором времени исследователи собираются увеличить это время до 1 наносекунды, чего уже будет вполне достаточно для выполнения базовых операций по обработке квантовой информации.

Кроме этого, при создании квантовых вычислительных систем потребуется обеспечить квантовую запутанность двух или большего числа кубитов между собой. Этого, в данном случае, можно легко добиться, разместив два транзистора очень близко друг к другу или на одном нанопроводнике, что обеспечит электростатическое сцепление между электронами в обоих транзисторах.

"Если вы произведете операцию над электронами в одном транзисторе, это затронет квантовое состояние второго транзистора и наоборот" - пишут исследователи, - "Такие взаимодействующие два кубита как раз и являются основой для создания целого набора элементов, необходимых для изготовления полноценного квантового компьютера".

Источник

ReFlex - прототип гибкого смартфона, обеспечивающего абсолютно новый способ взаимодействия с пользователем

Вспомните сглаженные края смартфонов Samsung Edge, технологию Apple 3D Touch и множество других подобных вещей, при помощи которых производители смартфонов предоставляют пользователям все новые и новые возможности. А недавно исследователи из лаборатории Human Media Lab университета Квинса (Queen's University), Канада, реализовали процесс взаимодействия человека и смартфона на совершенно новом качественном уровне. Они создали опытный прототип смартфона ReFlex, имеющего гибкую конструкцию и обеспечивающего осязательную обратную связь.

Центральной "фишкой" смартфона ReFlex является то, что исследователи назвали "жестами изгиба". Изгибая экран устройства с правой стороны, позволяю перелистывать страницы электронной книги, к примеру. При этом, все происходит в точности так, когда человек быстро перелистывает страницы, изгибая в своих руках книгу в мягкой обложке, чем сильней изгибается дисплей смартфона, тем быстрее перелистываются страницы.

В составе смартфона ReFlex имеются компоненты, заставляющие отдельные участки гибкого экрана вибрировать со строго заданной частотой и амплитудой. Это позволяет весьма точно воспроизвести весьма и весьма широкий ряд сенсорных ощущений. Вернувшись к процессу перелистывания страниц, можно сказать, что человек при этом реально ощущает как перелистываются отдельные страницы. А комбинация вибрации и сил естественного сопротивления экрана изгибу позволяет еще более реалистично моделировать различные силы и ощущения.



Естественно, что возможности технологии управления изгибанием простираются далеко за рамки простого листания книг. Исследователи продемонстрировали это, приспособив новую технологию управления к управлению силой натяжения и направлением выстрела рогатки в известной игре Angry Birds. При этом, в момент выстрела из рогатки "сердитой птичкой" человек ощущает реальный толчок, производимый вибрационной системой смартфона.

Одним из главных компонентов смартфона ReFlex является гибкий сенсорный OLED-дисплей, имеющий достаточно слабую по сегодняшним стандартам разрешающую способность 720p. А устройство работает под управлением операционной системы Android 4.4 KitKat и не блещет высокими показателями других параметров.

Следует отметить, что смартфон ReFlex является лишь первой попыткой воплощения в реальности некоторых идей и технологий, которые до этого были лишь атрибутами различных научно-фантастических произведений и фильмов. Однако, учитывая темпы развития современных технологий, канадские исследователи считают, что появление таких гибких смартфонов уже не очень далеко за горами, они могут появиться на рынке в течение следующих пяти лет.


Источник

Новый летающий автомобиль Terrafugia TF-X станет реальностью в 2018 году

Все люди, которые следят за новостями и событиями в области летающих автомобилей, задаются вопросом, когда же, наконец, все это перейдет из разряда научной фантастики в разряд реальных обыденных вещей? Одним из лидеров этого направления является известная компания Terrafugia, специалисты которой сейчас занимаются разработкой и изготовлением первого опытного образца нового беспилотного летающего автомобиля серии TF-X. Первые полеты этого образца начнутся в 2018 году, а к 2025 году компания Terrafugia планирует начать мелкосерийное производство таких автомобилей.

Гибридный летающий автомобиль TF-X весьма походит на высокотехнологичный 4-местный седан. Кроме этого, автомобиль оборудован складывающимися крыльями с двумя электродвигателями на каждой из сторон. Эти двигатели приводятся в действие энергией, вырабатываемой электрогенератором, сопряженным с 300-сильным двигателем внутреннего сгорания. Как и у самого первого прототипа TF-X, так и нового аппарата, крылья могут раскладываться горизонтально во время подготовки к полету и принимать вертикальное положение при езде по поверхности.



Дополнительные пропеллеры обеспечивают автомобилю TF-X возможность взлета и посадки на любой короткий участок дороги, для этого уже больше не будет требоваться взлетно-посадочная полоса достаточно большой длины. Во время полета автомобиль сможет развивать скорость в 320 километров в час (200 миль в час), а топлива и энергии хватит на преодоление дистанции в 800 километров (500 миль).

Если первым опытным образцом летающего автомобиля TF-X управлял человек, которому для этого требовалась лицензия пилота, то второй вариант автомобиля будет уже полуавтоматическим. Человеку, который будет выступать теперь уже в роли пассажира, будет необходимо ввести в систему управления конечный пункт назначения и позволить автомобилю начать движение. Естественно, в случае чего человек имеет возможность заставить автомобиль совершить экстренную посадку или прервать процесс посадки в случае возникновения непредвиденной ситуации.



В настоящее время компания Terrafugia уже получила все необходимые разрешения от американской комиссии FAA, позволяющие ей проводить летные испытания автомобиля TF-X, хотя процесс его создания находится в самом разгаре. Благодаря максимальному уровню автоматизации даже в ручном режиме полетом автомобиля TF-X будет управлять намного легче, чем управление легким самолетом соответствующего класса. Управление автомобилем в полете не будет сильно разниться от управления им во время обычной езды по дороге. Владельцы летающих автомобилей TF-X смогут совершать поездки и полеты на нем, имея обычные водительские права, хотя для допуска им все же придется пройти короткий курс обучения.

И в заключение следует отметить, что после того, как летающий автомобиль Terrafugia Transition станет на рельсы мелкосерийного производства, его конечная стоимость будет составлять порядка 279 тысяч долларов. Так что энтузиастам этого дела придется обождать некоторое время, когда такие автомобили станут обыденной вещью и их стоимость будет сопоставима со стоимостью обычных автомобилей, если такое когда-нибудь вообще произойдет.


Источник

Новый космический телескоп WFIRST будет иметь возможности, в 100 раз превышающие возможности телескопа Hubble

Космический телескоп Hubble, который находится на околоземной орбите уже очень много лет, является "заслуженным" астрономическим инструментом, на счету которого есть множество важных научных открытий. Но в нынешнее время возможности телескопа Hubble перестают удовлетворять возрастающим потребностям ученых-астрономов, и в достаточно недалеком будущем в космос будет запущена его замена, более совершенный телескоп James Webb Space Telescope (JWST), строительство которого ведется в настоящее время. Тем не мене, руководство НАСА не планирует останавливаться на этом и начинает разработку очередной миссии, миссии космического телескопа WFIRST (Wide-Field Infrared Survey Telescope), возможности которого в сто раз будут превосходить возможности нынешнего Хаббла.

Эти возможности позволят ученым при помощи нового телескопа "распутать" некоторые тайны, связанные с темной энергией, темной материей, и изучать дальний космос с большим количеством доступных деталей. Также телескоп WFIRST будет использоваться для поисков планет, находящихся в далеких звездных системах, условия на поверхности которых подходят для процветания там жизни.

Решение о начале реализации миссии WFIRST было принято в среду прошлой недели и этот телескоп станет следующим основным астрономическим инструментом для ученых, который придет на смену телескопу JWST, запуск которого планируется на 2018 год.

"Телескоп WFIRST будет обладать потенциалом, который по-новому откроет нам глаза на чудеса глубин Вселенной" - рассказывает Джон Грунсфельд (John Grunsfeld), бывший астронавт и нынешний руководитель Управления научных миссий НАСА (NASA Science Mission Directorate), - "Эта миссия станет уникальной комбинацией новых способов обнаружения и определения характеристик далеких планет, находящихся далеко за пределами Солнечной системы. И это станет возможным благодаря совершенной оптике, обеспечивающей сверхвысокую чувствительность нового телескопа".

В состав оборудования телескопа WFIRST будет входить несколько широко-полевых инструментов и коронограф, позволяющий блокировать свет от центральной звезды изучаемой системы. Это позволит телескопу увидеть слабый свет, отраженный от поверхности планет даже относительно небольших размеров. А по характеристикам этого отраженного света можно будет вычислять приблизительный химический состав атмосфер этих планет, состав их пород и некоторые другие характеристики.

Согласно предварительным планам, запуск телескопа WFIRST будет произведен в середине 2020-х годов. Он будет выведен в космос и помещен в точку Лагранжа L2, удаленную от Земли на 1.6 миллиона километров (1 миллион миль) в направлении Солнца.


Источник

Существование пятимерных черных дыр может развалить всю Общую теорию относительности Эйнштейна

Группа исследователей из Кембриджского университета (University of Cambridge) и университета Королевы Мэри (Queen Mary University) в Лондоне показала, что факт существования черных дыр весьма экзотической формы может развалить Общую теорию относительности Эйнштейна, основу всей современной физики. К счастью для нас, такие черные дыры могут существовать только в среде не менее экзотической Вселенной, континуум которой имеет пять или еще большее количество измерений.

Вышеупомянутая группа ученых разработала и произвела расчеты математической модели черной дыры, имеющей форму тонкого кольца, которое, в свою очередь, имеет серию "выпуклостей", связанных с сингулярностями. Кроме этого кольцо черной дыры с течением долгого времени становится все тоньше и тоньше, разбиваясь на серию крошечных черных дыр, подобно тому, как непрерывная струя воды через время разбивается на отдельные капельки.

Возможность существования кольцевых черных дыр была теоретически обоснована в 2002 году, но данный случай является первым разом в истории, когда все движущие силы такого экзотического космического объекта были рассчитаны с высокой точностью при помощи суперкомпьютера. Если бы такие черные дыры существовали в действительности, это привело бы к появлению "голой сингулярности", что в свою очередь, сделает недостоверными все уравнения, на которых базируется Общая теория относительности.

Общая теория относительности определяет наше понимание гравитации, на базе этих уравнений Эйнштейна производятся оценки возраста звезд, основывается работа системы GPS и многого другого, о чем мы порой даже и не подозреваем. Частью этой теории является утверждение, что наличие материи вызывает деформацию пространственно-временного континуума, а силы гравитации являются лишь эффектом от этой деформации. За сто лет после публикации Общая теория относительности прошла массу всесторонних проверок, но сейчас еще существует несколько непроверенных моментов, один из которых связан с существованием сингулярностей.

Сингулярность - это точка пространства, в которой силы гравитации столь сильны, что они "ломают" пространство, время и законы физики в близлежащей области пространства. Согласно Общей теории относительности сингулярности находятся в центре черных дыр и они окружены так называемым горизонтом событий, условной границей, являющейся точкой невозврата для материи и излучения любого рода.

Но что, если допустить, что сингулярность может существовать за пределами горизонта событий? Если такой феномен существует, то сингулярность можно было бы увидеть со стороны, а сама она являлась бы объектом с бесконечно большой плотностью материи, находящейся в неизвестном нам сейчас состоянии, в котором нарушаются все известные законы физики. Ученые, специализирующиеся в области теоретической физики, выдвинули гипотезу, что такая "голая сингулярность" может существовать в условиях континуума с большим количеством измерений.



Сейчас мы думаем о нашей Вселенной, как о пространстве, существующем в трех измерениях плюс четвертое измерение - время, которые образуют ее пространственно-временной континуум. Но в пределах некоторых теорий, таких, как теория суперструн, наша Вселенная имеет целых 11 измерений. Эти дополнительные измерения могут быть чем-то очень большим и необъятным, или наоборот, свернутыми, чем-то таким крошечным, что это невозможно обнаружить ни одним из существующих методов. Вполне вероятно, что из-за этого мы, люди, можем воспринимать лишь три пространственных измерения, а факты наличия других измерений могут появляться только в результатах экспериментов с большими энергиями, к примеру, проводимых на Большом Адроном Коллайдере.

Сама теория Альберта Эйнштейна не определяет, сколько в точности измерений должно быть во Вселенной. Это оставляет пространство для маневров теоретическим физикам, которые рассматривают Общую теорию относительности с точки зрения высших измерений для проверки ее достоверности. И именно взгляд со стороны высших измерений позволил исследователям выдвинуть гипотезу о возможности существования пятимерных черных дыр, которые могут произвести на свет голую сингулярность.

Для расчетов математической модели исследователи использовали суперкомпьютер COSMOS, располагающийся в Кембриджском университете, ресурсов которого вполне достаточно для моделирования некоторых особенностей Общей теории относительности с точки зрения высших измерений. Результаты расчетов, выполненных при помощи новых методов моделирования, показали, что кольцевые черные дыры являются нестабильными образованиями. В течение практически всего времени существования кольцевые черные дыры стремятся вернуться к классической сферической форме, в которой сингулярность остается окруженной горизонтом событий. Однако, процессы такой трансформации, происходящей в пяти измерениях, приводят к формированию выпуклостей, связи между которыми становятся все более тонкими и, в конечном счете, разрываются, формируя голую сингулярность.

"Чем лучшие и более точные результаты мы получаем, тем больше загадок возникает при рассмотрении Общей теории относительности Эйнштейна с точки зрения высших измерений" - пишут исследователи, - "И некоторые вплывающие при моделировании факты указывают на то, что наша Вселенная более сложна, чем считается сейчас. Вполне вероятно, что в ней насчитывается не четыре, а гораздо большее количество измерений, почувствовать которые мы пока не в состоянии".

Текущая космологическая модель работает достаточно хорошо, описывая доступную нашему восприятию четырехмерную Вселенную. Однако, если теория о наличии большего количества измерений получит неопровержимые доказательства, то ученым потребуется нечто новое, альтернатива, позволяющая связать уже известное нам с новыми всплывшими фактами. Одной из таких альтернатив является теория квантовой гравитации, которая делает уравнения Эйнштейна независимыми от понятия сингулярности и обеспечивает описание законов физики, которые действуют в непосредственной близости от сингулярности.

Источник

Генетически "обученные" клетки иммунной системы - самый перспективный метод борьбы с раком

Изъятие из организма пациента клеток иммунной системы, иммуноцитов, обучение и тренировка этих клеток эффективному "нападению" на клетки злокачественных образований, и обратное введение "обученных" иммуноцитов в тело пациента является одним из самых перспективных методов борьбы со смертельными онкологическими заболеваниями. И недавно, группа исследователей из Центра Исследований рака Фреда Хучинсона (Fred Hutchinson Cancer Research Center), Сиэтл, объявила о прорыве в этом направлении. Новый метод был проверен на людях, больных раком крови, и по сравнению с предыдущими подобными экспериментами, скорость замедления развития рака и ремиссии, т.е. эффективность, увеличилась на "беспрецедентно большую величину", на целых 93 процента.

Использование возможностей собственной иммунной системы организма уже достаточно давно рассматривается в качестве четвертого метода борьбы с онкологическими заболеваниями, который дополняет ряд, состоящий из химиотерапии, радиотерапии и хирургического вмешательства. Организм самостоятельно активизирует иммунную систему в случае различных инфекционных заболеваний, но клетки злокачественных образований отличаются способностью скрываться от нападения "хищных" иммуноцитов, благодаря чему злокачественные образования растут достаточно быстрыми темпами.

Ученые уже давно ищут способы принудительной активации иммунной системы, что известно под термином иммунотерапия. Одним из таких методов является извлечение из организма пациента Т-иммуноцитов, которые являются главными "работниками" иммунной системы. При помощи генной инженерии в этих клетках производятся модификации, которые снабжают их CAR-молекулами (chimeric antigen receptors), являющимися очень мощным средством обнаружения и борьбы со злокачественными клетками. Когда модифицированные Т-иммуноциты вводятся в обратно в тело, они уже способны распознавать определенные белки, вырабатываемые злокачественными клетками, после чего они быстро находят их, присоединяются и эффективно уничтожают пораженные клетки. Но самым интересным является то, что модифицированные Т-иммуноциты, попав назад в организм, могут размножаться, и процедуру такой терапии требуется провести только один раз.

Первые экспериментальные исследования были начаты медиками из Сиэтла в 2013 году. В них была задействована группа из 29 пациентов с прогрессирующим раком крови. Некоторые из этих пациентов не поддались ни одному из видов лечения, у других рак после успешного лечения вернулся снова, и у всех них оставалось лишь по нескольку месяцев жизни. Из 29 безнадежных больных, получивших экспериментальную иммунотерапию, у 27 началась стабильная ремиссия. А после повторного курса этой иммунотерапии у некоторых пациентов не осталось и следов рака в их костном мозге.

В настоящее время исследователи совершенствуют технологию CAR-модификаций Т-иммуноцитов для того, чтобы сделать эти клетки более безопасными для клеток здоровых тканей и более эффективными убийцами злокачественных клеток. Это позволит исследователям побороть опасный побочный эффект. Когда модернизированные Т-иммуноциты повторно вводятся в организм, они вырабатывают множество цитокинов, веществ, помогающих им сделать свою работу. Но скачкообразное увеличение концентрации цитокинов в крови может вызывать повышение температуры и понижение кровяного давления, что в некоторых случаях чревато смертью пациента.

Исследователи снижали риск смертельного исхода, вводя безнадежным пациентам малые дозы Т-иммуноцитов, которые не должны были дать опасных побочных эффектов. Однако, и в этом случае семь пациентов испытали синдром высокой концентрации цитокинов настолько сильный, что медикам для спасения их жизней пришлось прибегнуть к интенсивной терапии. Однако 19 пациентов не испытали никаких побочных эффектов и сейчас находятся на пути к полному выздоровлению.

К сожалению, данный метод еще нельзя считать универсальной палочкой-выручалочкой. Пока он показал эффективность лишь в отношении пациентов с прогрессирующей острой лимфообластной лейкемией. Тем не менее, такой подход уже продемонстрировал свою действенность и другим группам ученых, вероятно, удастся разработать подобные методы, позволяющие бороться и с другими видами онкологических заболеваний.

Источник