Физики из России впервые попытались взломать "рабочую" квантовую сеть. Новости квантовой физики 2018
Топ 10 новостей науки за февраль 2018 года
Топ 10 новостей за февраль 2018
Вакцина от рака устраняет любые опухоли
По данным исследования, проведенного в Школе медицины Стэнфордского университета, введение двух иммуностимулирующих агентов непосредственно в солидные опухоли (опухоль с конкретной локализацией) у мышей может устранить все следы рака у животных, включая отдаленные, необработанные метастазы. Подход работает...
Ученые расшифровали геном Аксолотля
Аксолотли обитают только в центральной Мексике, в каналах и болотах в окрестностях озер Чалько и Хочимилько. Они не однородно распределяются по их ареалу и собираются в определенных местах. Они достигают длины в среднем до...
Астрофизики впервые обнаружили внегалактические планеты
Команда астрофизиков Университета Оклахомы (OU) впервые обнаружила популяцию планет за пределами нашей галактики Млечный Путь. Использование квазарного микролинзирования - это единственный известный метод, способный обнаруживать планеты на действительно больших расстояниях от Земли среди других...
Куда летит Тесла?
Теперь на эллиптической орбите вокруг Солнца находится родстер Tesla, запущенный на ракете SpaceX Falcon Heavy во вторник во время первого испытательного полета, и скоро он должен выйти за пределы орбиты Луны а потом достигнуть...
«Новые горизонты» побил рекорд Вояджера
Фотография звездного скопления «Wishing Well», была сделанная 5 мая на приборе (LORRI - Long Range Reconnaissance Imager), когда New Horizons находился на расстоянии 6,12 млрд. километров (или 40,9 астрономических единицы) от Земли - сделав...
Глобальный подъем уровня моря увеличивается каждый год
Глобальный уровень моря поднимается со скоростью не 3 мм в год, он ускоряется каждый год, согласно новой оценке, проведенной руководителем CIRES Стивом Неремом. Он и его коллеги использовали 25-летние спутниковые данные, чтобы подсчитать, что...
Что требуется, чтобы полететь на Венеру?
В нашей солнечной системе есть планета, которая может объяснить происхождение жизни во Вселенной. Вероятно, она была когда-то покрыта океанами. Возможно, она была пригодна для жизни миллиарды лет. Нет, это не Марс. Эта загадочная планета -...
Можно ли выжить в черной дыре?
В реальном мире ваше прошлое однозначно определяет ваше будущее. Если физик знает, как начинается Вселенная, ее будущее можно рассчитать на все время и на все пространство. Но математик из Калифорнийского университета в Беркли нашел некоторые...Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
ab-news.ru
Физики из Австралии создали "рацию" для квантовых чипов
22:0013.07.2018
(обновлено: 22:07 13.07.2018)
1560141
МОСКВА, 13 июл – РИА Новости. Физики из Австралии научились управлять отдельными кубитами в "толпе" из подобных ячеек квантовой памяти, не мешая их соседям. Это заметно ускорит создание сложных квантовых компьютеров, говорится в статье, опубликованной в журнале Science Advances.
Физики из России создали "алмазную" сеть из ячеек квантового компьютера"Наша система работает подобно радио – мы можем "настраиваться" на связь с определенным кубитом подобно тому, как мы переключаемся между станциями на радиоприемнике. По сути, каждый из них имеет свой уникальный адрес, что крайне полезно для создания полноценных квантовых компьютеров", — рассказывает Сэм Хиле (Sam Hile) из университета Нового Южного Уэльса в Сиднее (Австралия). Хиле и его коллеги по университету, работающие под руководством Энди Дзурака (Andrew Dzurak), уже несколько лет разрабатывают компоненты, необходимые для сборки полноценного квантового компьютера. Так, в 2010 году они создали квантовый одноэлектронный транзистор, а в 2012 году — полноценный кремниевый кубит на основе атома фосфора-31.
В 2013 году они собрали новую версию кубита, которая позволяла почти со 100% точностью считывать данные из него и оставалась стабильной очень долго. В октябре 2015 года Дзурак и его команда сделали первый шаг к созданию первого кремниевого квантового компьютера, объединив два кубита в модуль, выполняющий логическую операцию ИЛИ. В прошлом году им удалось защитить кубиты от помех, сделав большой шаг в сторону создания "рабочего" квантового компьютера.
Оставался один шаг – научиться объединять подобные кубиты, используя те же полупроводниковые технологии, что и сами ячейки квантовой памяти. Сделать это было крайне тяжело, так как "обычные" полупроводниковые кубиты могут взаимодействовать друг с другом лишь на небольшом расстоянии.
Физики из России и США создали первый 51-кубитный квантовый компьютер Решив эту проблему в начале прошлого года, ученые столкнулись еще с одной проблемой – кубиты было крайне сложно разместить на кремниевой подложке так, чтобы они могли взаимодействовать друг с другом, и при этом их содержимое можно было менять, не мешая работе соседних ячеек памяти.
Хиле и его коллеги решили эту проблему, используя не "атомные", а "молекулярные" фосфорные кубиты. По сути, они ничем не отличаются от одноатомных транзисторов Дзурака за исключением того, что в их центре находится не один, а несколько атомов фосфора-31 и набор специальных антенн, которые вырабатывают направленные пучки микроволн.
Добавление "лишних" атомов фосфора заметным образом поменяло то, как их электроны "общались" с этими антеннами, но не повлияло на взаимодействия между ними. По сути, каждый набор из частиц начал реагировать на разные частоты, которые вырабатывали эти излучатели. Это позволяет индивидуально контролировать их состояние, не затрагивая других кубитов.
Австралийские физики создали первые "дальнобойные" кубиты Подобные "рации", как отмечают физики, имеют практически бесконечное число индивидуальных каналов. Для расширения их числа нужно или добавить новые атомы фосфора, или поменять их положение относительно друг друга. Это позволяет создавать очень сложные квантовые чипы, не беспокоясь о возможных наложениях сигналов и помехах, заключают авторы статьи.
ria.ru
Потрясающие открытия квантовой физики
«Тот, кто не был потрясен при первом знакомстве с квантовой теорией, скорее всего, просто ничего не понял». Нильс Бор
Положения квантовой теории настолько ошеломительны, что она больше похожа на научную фантастику.
Частица микромира может находиться в двух и более местах одновременно!
(Один из совсем недавних экспериментов показал, что одна из таких частиц может находиться одновременно в 3000 мест!)
Один и тот же «объект» может быть и локализованной частицей, и энергетической волной, распространяющейся в пространстве.
Эйнштейн выдвинул постулат: ничто не может двигаться быстрее скорости света. Но квантовая физика доказала: субатомные частицы могут обмениваться информацией мгновенно — находясь друг от друга на любом удалении.
Классическая физика была детерминированной: исходя из начальных условий, вроде местоположения и скорости объекта, мы можем рассчитать, куда он будет двигаться. Квантовая физика — вероятностна: мы никогда не можем с абсолютной уверенностью сказать, как поведет себя исследуемый объект.
Классическая физика была механистичной. Она основана на предпосылке: только зная отдельные части объекта, мы в конечном счете можем понять, что он из себя представляет.
Квантовая физика целостна: она рисует картину Вселенной как единого целого, части которого взаимосвязаны и влияют друг на друга.
И, наверно, наиболее важно то, что квантовая физика уничтожила представление о принципиальном различии между субъектом или объектом, наблюдателем и наблюдаемым — а ведь оно властвовало над учёными умами в течение 400 лет!
В квартовой физике наблюдатель влияет на наблюдаемый объект. Нет никаких изолированных наблюдателей механической Вселенной — всё принимает участие в её существовании.
ПОТРЯСЕНИЕ №1 — ПУСТОЕ ПРОСТРАНСТВО
Одну из первых трещин в прочной конструкции ньютоновской физики сделало следующее открытие: атомы — эти твёрдые стандартные блоки физической Вселенной! — состоят главным образом из пустого пространства. Насколько пустого? Если увеличить ядро атома водорода до размера баскетбольного мяча, то единственный вращающийся вокруг него электрон будет находиться на расстоянии в тридцать километров, а между ядром и электроном — ничего. Так что глядя вокруг, помните: реальность — это мельчайшие точечки материи, окружённые пустотой.
Впрочем, не совсем так. Эта предполагаемая «пустота» на самом деле не пуста: она содержит колоссальное количество невероятно мощной энергии. мы знаем, что энергия становится всё плотнее по мере перехода на более низкий уровень материи (например, ядерная энергия в миллион раз мощнее химической). Сейчас учёные говорят, что в одном кубическом сантиметре пустого пространства больше энергии, чем во всей материи известной Вселенной. Хотя учёные не смогли измерить её, они видят результаты действия этого моря энергии.
ПОТРЯСЕНИЕ №2 — ЧАСТИЦА, ВОЛНА ИЛИ ВОЛНОЧАСТИЦА?
Мало того, что атом почти сплошь состоит из «пространства» — когда учёные более глубоко исследовали его, обнаружили, что субатомные (составляющие атом) частицы также не сплошные. И, похоже, они имеют двойственную природу. В зависимости от того, как мы их наблюдаем, они могут вести себя или как твёрдые микротела, или как волны.
Частицы — это отдельные твёрдые объекты, занимающие определённое положение в пространстве. А волны не имеют «тела», они не локализованы и распространяются в пространстве.
В качестве волны электрон или фотон (частица света) не имеет точного местоположения, но существует как «поле вероятностей». В состоянии частицы поле вероятностей «схлопывается» (коллапсирует) в твёрдый объект. Его координаты в четырёхмерном пространстве-времени уже можно определить.
Это удивительно, но состояние частицы (волна или твёрдый объект) задаётся актами наблюдения и измерения. Не измеряемые и не наблюдаемые электроны ведут себя подобно волнам. Как только мы подвергаем их наблюдению в процессе эксперимента, они «схлопываются» в твёрдые частицы и могут быть зафиксированы в пространстве.
Но как может быть что-то одновременно и твёрдо частицей и текучей волной? Возможно, парадокс будет разрешён, если мы вспомним то, о чём недавно говорили: частицы ведут себя как волны или как твёрдые объекты. Но понятия «волна» и «частица» — это всего лишь аналогии, взятые из нашего повседневного мира. Понятие волны было введено в квантовую теорию Эрвином Шредингером. Он автор знаменитого «волнового уравнения», которое математически обосновывает существование у твёрдой частицы волновых свойств до акта наблюдения. Некоторые физики — в попытке объяснить то, с чем они никогда не сталкивались и не могут до конца разобраться, — называют субатомные частицы «волночастицами».
ПОТРЯСЕНИЕ №3 — КВАНТОВЫЕ СКАЧКИ И ВЕРОЯТНОСТЬ
Изучая атом, учёные обнаружили: когда электроны, вращаясь вокруг ядра, перемещаются с орбиты на орбиту, они не движутся в пространстве как обычные объекты. Нет, они покрывают расстояние мгновенно. То есть исчезают в одном месте и появляются в другом. Этот феномен назвали квантовым скачком.
Мало того, учёные поняли, что не могут точно определить, где именно на новой орбите появится исчезнувший электрон или в какой момент он будет совершать скачок. Самое большее, что они смогли сделать — рассчитать вероятность (на основании волнового уравнения Шредингера) нового местоположения электрона.
«Реальность, как мы её ощущаем, создаётся в каждый момент времени в совокупности бесчисленных возможностей, — говорит доктор Сатиновер. — Но настоящая тайна — в том, что нет ничего в физической Вселенной, что бы определяло, какая именно возможность из этой совокупности осуществится. Нет процесса, который это устанавливает».
Таким образом, квантовые скачки — единственные по-настоящему случайные события во Вселенной.
ПОТРЯСЕНИЕ №4 — ПРИНЦИП НЕОПРЕДЕЛЁННОСТИ
В классической физике все параметры объекта, включая его пространственные координаты и скорость, могут быть измерены с точностью, ограниченной только возможностями экспериментальных технологий. Но на квантовом уровне всякий раз, когда вы определяете одну количественную характеристику объекта, например скорость, вы не можете получить точных значений других его параметров, например координат. Другими словами: если вы знаете, как быстро объект движется, вы не можете знать, где он находится. И наоборот: если вы знаете, где он находится, не можете знать, с какой скоростью он движется.
Как бы ни изощрялись экспериментаторы, какие бы продвинутые технологии измерений ни использовали — заглянуть за эту завесу им не удаётся.
Вернер Гейзенберг, один из пионеров квантовой физики, сформулировал принцип неопределённости. Суть его в следующем: как ни бейся, одновременно невозможно получить точные значения координат и скорости квантового объекта. Чем большей точности мы добиваемся в измерении одного параметра, тем более неопределённым становится другой.
ПОТРЯСЕНИЕ №5 — НЕЛОКАЛЬНОСТЬ, ЭПР-ПАРАДОКС И ТЕОРЕМА БЕЛЛА
Альберт Эйнштейн недолюбливал квантовую физику. Оценивая изложенную в квантовой физике вероятностную природу субатомных процессов, он говорил: «Бог не играет в кости с Вселенной». А вот Нильс Бор ему отвечал: «Перестаньте учить Бога, что ему делать!»
В 1935 году Энштейн и его коллеги Подольский и Розен (ЭПР) попытались нанести поражение квантовой теории. Учёные на основании положений квантовой механики провели мысленный эксперимент и пришли к парадоксальному выводу. (Он должен был показать ущербность квантовой теории). Суть их размышлений такова. Если мы имеем две одновременно возникшие частицы, то это означает, что они взаимосвязаны или находятся в состоянии суперпозиции. Отправим их в разные концы Вселенной. Затем изменим состояние одной из частиц. Тогда, согласно квантовой теории, другая частица мгновенно приходит в то же состояние. Мгновенно! На другом краю мироздания!
Подобная идея была настолько смехотворна, что Эйнштейн саркастически отозвался о ней как о «сверхъестественном дальнодействии». Согласно его теории относительности, ничто не может двигаться быстрее света. А в ЭПР-эксперименте выходило, что скорость обмена информацией между частицами бесконечна! Кроме того, сама мысль, что электрон может «отслеживать» состояние другого электрона на противоположном краю Вселенной, полностью противоречила общепринятым представлениям о реальности, да и вообще здравому смыслу.
Но вот в 1964 году ирландский физик-теоретик Джон Белл сформулировал и доказал теорему, из которой следовало: «смехотворные» выводы из мысленного эксперимента ЭПР — истинны!
Частицы тесно связаны на определённом уровне, выходящем за рамки времени и пространства. Поэтому способны мгновенно обмениваться информацией.
Представление о том, что любой объект Вселенной локален — т.е. существует в каком-то одном месте (точке) пространства — не верно. Все в этом мире нелокально.
С той поры, как Белл опубликовал свою теорему, её теоретическое доказательство снова и снова экспериментально подтверждалось в лабораториях.
Тем не менее этот феномен является действующим законом Вселенной. Шредингер говорил, что взаимосвязь между объектами — не единственный интересный аспект квантовой теории, но важнейший. В 1975 году физик-теоретик Генри Стэпп назвал теорему Белла «самым значительным открытием науки». Обратите внимание, что он говорил о науке, а не только о физике.
(Статья подготовлена по материалам книги У. Арнтц, Б. Чейс, М. Висенте «Кроличья нора, или что мы знаем о себе и Вселенной?», глава «Квантовая физика».)
tainoe.info
"Квантовый хайп": ученый рассказал о развитии квантовых технологий в России
Конференция "Сверхпроводниковые квантовые технологии" состоялась в Москве. Один из ее организаторов, профессор Технологического университета Карлсруэ, заведующий лабораторией "Сверхпроводящие метаматериалы" НИТУ "МИСиС" и руководитель научной группы в Российском квантовом центре Алексей Устинов рассказал о том, как развивается данная тематика в России.
‒ Алексей Валентинович, по вашим оценкам, Россия лидирует или отстает в области сверхпроводящих квантовых технологий?
‒ Россия традиционно занимает очень важное место в этой области. Достаточно вспомнить научную группу Константина Лихарева, в которой еще в 80-е годы практически с нуля создавалась существующая классическая архитектура сверхпроводящих схем. Эта область довольно успешно развивалась, тем не менее, так и не заняв значимое место на рынке цифровых технологий.
Это объясняется тем, что в мире давно и успешно развиваются полупроводниковые технологии, которые не требуют охлаждения до низких температур, хотя сверхпроводники могут иметь тактовые частоты в сотни раз выше, чем полупроводники.
Физик: "до мегагрантов по кубитам у нас не было ничего, кроме теории"Примерно 15 лет назад в нашей области начался ренессанс, который выражался в том, что появились новые идеи, связанные с превращением технологий в квантовые технологии, использованием законов квантовой механики для выполнения логических операций и создания полезных приложений. Так, в России начала активно развиваться технология сверхпроводящих квантовых цепей, были созданы первые научные группы, оснащенные техникой получения сверхнизких температур и создающие измерительные системы для манипуляции такими схемами.
‒ Какие научные достижения и перспективы в этой сфере вы особо выделяете на сегодняшний день?
‒ У нас есть 4 квантовые лаборатории, которые работают на мировом уровне – лаборатория искусственных квантовых систем под руководством Олега Астафьева (МФТИ), моя лаборатория сверхпроводящих метаматериалов (НИТУ "МИСиС"), а также лаборатории в Российском квантовом центре и в Новосибирском государственном техническом университете. В настоящее время наша дружная команда под руководством Валерия Рязанова совместно трудится над российским проектом, который поддерживают Росатом и Фонд перспективных исследований.
Физик: Google близка к созданию квантового симулятора, а не компьютераВ рамках этого проекта мы за прошедшие два года совершили заметный шаг, фактически выйдя на мировой уровень. Хотя, конечно, нам еще очень многое предстоит сделать, чтобы соревноваться с такими мировыми гигантами в этой области, как IBM, Intel, Google и другими. ‒ Сегодня уже можно говорить о том, что мы стоим "на пороге" создания полноценного квантового компьютера?
‒ Ответ на ваш вопрос зависит от того, с кем вы говорите. Есть серьезные заявления о том, что такой квантовый компьютер уже создан. Отчасти это правда. На нашей конференции выступал представитель канадской компании D-Wave Павел Бунык, который рассказал, что компания уже несколько лет продает эти компьютеры.
Однако в научном сообществе подобные заявления часто воспринимаются с неким скептицизмом. Что делает компьютер по-настоящему квантовым? Окончательного ответа нет. Необходимо провести некоторые тесты, а они разными экспертами представляются по-разному. С точки зрения разработчиков D-Wave, их компьютеры не глобально квантовые, а локально квантовые. То есть локальные узлы работают по законам квантовой механики. А вот дает ли это квантовый выигрыш? Большой вопрос, на который пока нет убедительного ответа.
Да, первые компьютеры, которые называются квантовыми, уже созданы. Однако получить признание, сделать следующий шаг, выйти на полезное применение ‒ пока они этого не сделали. Но я убежден, что это произойдет в ближайшие годы.
‒ Как продвигаются ваши исследования по квантовым кубитам (главным вычислительным ячейкам квантового компьютера)? Напомним, что вы совместно с коллегами создали принципиально новый кубит, основанный не на джозефсоновском переходе, представляющем собой разрыв в сверхпроводнике, а на сплошной сверхпроводящей нанопроволоке.
‒ Довольно успешно. В этом году мы опубликовали статью в журнале Nature Communications, в которой исследовали схемы из 15 кубитов. Они проявили интересные коллективные свойство.
Ученые создали принципиально новый кубит для квантового компьютераВ данном случае мы исследовали не устройство, которое является цифровым, работающим на дискетных элементах, а использовали коллективную физику многокомпонентных квантовых систем. В этой тематике мы стали пионерами, и у нас есть идеи, куда двигаться дальше. ‒ Куда же?
‒ В сторону квантовых вычислительных устройств специального назначения. Совершенно неочевидно, что первые полезные применения квантовых устройств и процессоров будут связаны именно с универсальными процессорами, на которых можно будет выполнять все задачи. Скорее всего, это будут процессоры специального назначения, так называемые квантовые симуляторы или моделирующие устройства.
Они работают по принципам квантовой механики, как бы повторяя или пытаясь промоделировать на себе свойства более сложных микроскопических систем, которые трудно посчитать на обычных компьютерах. При этом они представляют собой аналоги или "квантовые кубики", из которых можно что-то интересное собрать. Скажем так: если я хочу построить здание, то сначала строю макет, и для этого мне нужно сложить что-то воедино. Фактически эти симуляторы представляют собой такие макетные устройства для моделирования чего-то более сложного.
‒ Насколько вы приблизились к созданию подобных вычислительных устройств?
Российские ученые нашли пути создания новых схем квантовых компьютеров‒ Мы уже делаем такие устройства для специальных задач и специальных объектов, которые хотим исследовать с точки зрения физики. Это может существенно продвинуть науку о материалах и квантовую химию. До по-настоящему полезных предложений нам еще нужно пройти довольно большой путь. ‒ Кто и как финансово подпитывает данную тематику в России?
‒ Есть серьезная финансовая поддержка со стороны Фонда перспективных исследований и Минобрнауки, которое финансировало приобретение дорогостоящего оборудования для наших университетов. Однако, если сравнивать с объемом финансирования, которое получают наши западные коллеги, в первую очередь от частных инвесторов, то разница будет колоссальная.
На мой взгляд, в России за короткий срок была создана серьезная база для того, чтобы совершить прорыв и вывести нашу страну на устойчивую позицию на передовой линии в области квантовых технологий: мы одновременно начали работать в нескольких лабораториях, создана научная среда, мы боремся за лидерство с зарубежными коллегами, предлагаем новые вещи. Важно, чтобы эта деятельность получила в России дальнейшее развитие.
Пока во всем мире наблюдается "квантовый хайп", а, скорее всего, он не продлится вечно, важно, чтобы мы смогли использовать этот момент для создания более долгосрочных российских проектов, экспертизы и ноу-хау.
ria.ru
Физики из России впервые попытались взломать "рабочую" квантовую сеть
МОСКВА, 12 мар – РИА Новости. Ученые и инженеры из Санкт-Петербурга и Казани создали первую "рабочую" междугороднюю линию квантовой связи, объединившую две электрических подстанции в Ленинградской области, и потерпели поражение при попытке взломать ее, сообщает пресс-служба Университета ИТМО.
Физики из МГУ создали и проверили в деле "квантовый телефон""Успех испытаний подтверждает, что метод, реализованный в нашем комплексе, обеспечивает эффективность, экономичность и непревзойденный уровень безопасности. То, что интерес к российским разработкам в этой области проявляют такие крупные компании, как "Россети" – важный сигнал для всей энергетической отрасли, и мы уверены, что наш прототип быстро пройдет путь от перспективной разработки до реального внедрения", – считает Артур Глейм, руководитель Лаборатории квантовой информатики Университета ИТМО. Феномен квантовой запутанности является основой современных квантовых технологий. Это явление, в частности, играет важную роль в системах защищенной квантовой связи – такие системы полностью исключают возможность незаметной "прослушки" из-за того, что законы квантовой механики запрещают "клонирование" состояния частиц света. В настоящее время системы квантовой связи активно разрабатываются в Европе, в Китае, в США.
Первые сети такого рода начали появляться в России примерно четыре года назад. Первая квантовая линия связи была запущена в Университете ИТМО в 2014 году, когда ученые связали квантовым каналом два корпуса вуза через действующий подземный оптоволоконный кабель. В июне 2016 года Российский квантовый центр заявил о запуске первой "городской" линии связи между двумя отделениями банка, а в сентябре 2016 года МГУ сообщил о соединении двух точек в городах Подмосковья.
Российские физики запустили в Казани первый "квантовый телефон" В середине февраля этого года Глейм и его коллеги из Университета ИТМО и КАИ сделали еще один шаг в развитии квантовых технологий, соединив две электрические подстанции компании "Ленэнерго" линией защищенной квантовой связи. Ее длина составляет около 60 километров, и пока в ней присутствуют два узла обмена информацией.
Ключи, вырабатываемые и передаваемые системой, разработанной командой Глейма, ученые использовали для шифровки данных, передаваемых через VPN-тоннель по обычному каналу интернет-связи. Во время тестов сети ученые использовали это зашифрованное подключение для передаче видеосигнала с компьютера, установленного на одной подстанции, на вторую машину, которая работает на другом объекте.
Убедившись в том, что сеть корректно работает, Глейм и его коллеги попытались ее взломать, "подслушивая" сигнал, который передавался через квантовую линию связи, эксплуатируя известные проблемы в работе уже существующих квантовых сетей. Несмотря на все попытки ученых, им не удалось извлечь данные и подобрать пароль к VPN-тоннелю. Это подтвердило, что квантовая связь может объединять критически важные объекты инфраструктуры в сети, защищенные от взлома.
Российские физики объединили банки первой рабочей линией квантовой связи Помимо ученых и представителей "Ленэнерго", в реализации этого проекта участвовали специалисты компании "Россети", одной из крупнейших энергетических компаний мира, и "Сервионики", одного из лидеров российского IT-рынка.
Как пояснил представитель "Россетей", вся энергетическая система России нуждается в подобных системах защиты, и сейчас ее специалисты активно сотрудничают с ведущими научными организациями и IT-компаниями страны и пытаются найти наиболее оптимальный и перспективный вариант их реализации.
ria.ru
Квантовая физика превратилась в осязаемую реальность
Когда кремниевая пластина стимулируется в одной точке с помощью ультразвука, она начинает вибрировать - но только по углам. ФОТО: ETH Zürich Физики ETH разработали кремниевую пластину, которая ведет себя как топологический изолятор при стимуляции ультразвуком. Таким образом, им удалось превратить абстрактную теоретическую концепцию в макроскопический продукт.
Обычная процедура выглядит так: у вас сложная физическая система и вы пытаетесь объяснить ее поведение с помощью как можно более простой модели. Себастьян Хубер, доцент Института теоретической физики, показал, что эта процедура также работает обратным образом: он разрабатывает макроскопические системы, которые проявляют те же свойства, которые предсказаны теорией, но которые еще не наблюдались на этом уровне.
Ему удалось создать иллюстративный пример два с половиной года назад. Вместе со своей командой он построил механическое устройство из 270 маятников, соединенных пружинами таким образом, что установка ведет себя как топологический изолятор*. Это означает, что маятник и пружины расположены так, что колебательное возбуждение снаружи только перемещает маятники по краям установки, но не те, которые находятся посередине.
Вибрация только в углах
Новый проект, который будет опубликован на этой неделе в журнале Nature, также сосредоточен на макроскопической системе. Однако на этот раз он не будет представлять большого механического устройства, а станет гораздо более удобным. Со своей командой Хубер создал кремниевую пластину размером 10 х 10 сантиметров, состоящую из 100 маленьких пластин, соединенных друг с другом через тонкие нити. Ключевым аспектом является то, что когда пластина стимулируется ультразвуком, вибрируют только пластины в углах; другие пластины остаются неподвижными, несмотря на их соединения.
Хубер черпал вдохновение для нового материала из работы, опубликованной около года назад группами из Урбаны-Шампейн и Принстона; исследователи представили новый теоретический подход для топологического изолятора второго порядка. «В обычном топологическом изоляторе вибрации распространяются только по поверхности, но не внутри, — объясняет Хубер. «Явление уменьшается одним измерением». В случае установки маятника это означает, что двумерное расположение привело к одномерному вибрационному рисунку вдоль краев.
Однако в топологическом изоляторе второго порядка явление уменьшается на два измерения. Соответственно, с двумерной кремниевой пластиной вибрация больше не происходит вдоль краев, а только в углах, в нулевой размерной точке. «Мы первыми преуспели в экспериментальном создании прогнозируемого топологического изолятора более высокого порядка, — говорит Хубер.
Новая теоретическая концепция
Хубер снова создал то, что ведет себя точно так, как это предсказывает теория. Чтобы решить эту «обратную проблему», он использовал систематический процесс, который он разработал вместе с группой, возглавляемой Чиарой Дарайо, теперь профессором в Калтех, и которую он опубликовал на этой неделе в журнале Nature Materials.
Вообще говоря, Хубер показывает, как теоретически предсказанная функциональность может быть превращена в конкретную геометрию. «В нашем примере мы протестировали его с использованием механических вибраций, соединив элементы с четко определенными режимами вибрации с использованием слабых звеньев», — говорит Хубер. «Но этот процесс также можно перенести в другие приложения, например, в оптические или электрические системы».
Расширение до третьего измерения
Хубер уже имеет четкие планы относительно того, как действовать: он хочет получить трехмерный топологический изолятор второго порядка, в котором вибрации могут передаваться одномерно. Недавно он получил грант от Европейского исследовательского совета (ERC) для этого проекта. Хубер объясняет основную идею: «Мы складываем ряд этих двумерных структур друг над другом, так что возникает трехмерная форма. В этой форме информация или энергия могут быть проведены из точки А в точку В через одномерный канал «.
Хубер может придумать несколько возможных приложений. Например, такие новые топологические изоляторы могут использоваться для создания надежных и точных волноводов для сетей связи. Они также могут быть полезны в энергетическом секторе, например, для сбора энергии, при котором энергия из диффузного окружающего источника ориентирована на технологическое использование.
Результаты эксперимента будут не только интересны исследователям материалов, но и физикам-теоретикам. «Ключевой вывод с теоретической точки зрения состоит в том, что некоторые топологические изоляторы второго порядка не могут быть математически описаны как диполь, как обычные топологические изоляторы, а как квадруполы, которые намного сложнее», — объясняет Хубер. «Тот факт, что мы смогли реализовать это экспериментально в макроскопической структуре в первый раз, является прорывом для теоретиков».
*Топологический изолятор — особый тип материала, который внутри объёма представляет собой диэлектрик (изолятор), а на поверхности проводит электрический ток
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
ab-news.ru
Достигнута рекордная эффективность квантовой памяти
Квантовая память для оптических кубитов является ключевым средством для широкого спектра приложений в квантовой информации. Исследователи Laboratoire Kastler Brossel в Париже, используя очень удлиненное облако ультрахолодных атомов, сообщили об эффективности, близкой к 70%, прорыве для безопасного хранения в квантовых сетях. Изображение: LKB Исследователи из Laboratoire Kastler Brossel (LKB) в Париже преодолели ключевой барьер в производительности квантовой памяти. Их работа позволила обеспечить первое безопасное хранение и извлечение квантовых бит.
Физики в LKB более чем удвоили эффективность хранения оптического кубита — от 30 процентов до почти 70 процентов. Квантовая память необходима для будущих квантовых сетей. Возможность синхронизации квантовых бит имеет приложения в протоколах квантовой связи на большие расстояния или вычислительных алгоритмах. Благодаря КПД более 50%, квантовая память теперь обеспечивает безопасность протокола.
«Достигнутая эффективность может повысить масштабируемость квантовой сети, а также проложить путь к передовым задачам, где эффективность играет важную роль, например, в сертификационных протоколах или квантовых деньгах», — говорит доктор Кун Хуан, докторант и ведущий автор исследования. «Это устройство теперь может быть в центре многих сложных исследований для квантовых сетей».
В последние годы квантовая память была реализована во множестве материалов, таких как ионы, кристаллы и холодные атомы, которые позволяют контролировать взаимодействие между носителем информации, обычно фотоном, и физической средой для хранения. Тем не менее, никакая память не могла до сих пор сохранить и получить кубит с вероятностью успеха более 30 процентов.
В онлайн-выпуске Nature Communications проф. Жюльен Лаурат и его команда из LKB, входящей в Сорбоннский университет и CNRS, сообщили, что они сохранили оптические кубиты с рекордной эффективностью 70 процентов, сохраняя при этом точность входного кубита более 99 процентов.
«Мы выбрали ряд ключевых элементов и смогли в первый раз объединить их в одну настройку. Эта работа была ключевой для достижения максимальной эффективности на сегодняшний день для хранения и считывания оптического кубита», — говорит Пьер Верназ-Грис , бывший докторант, который провел эксперимент и один из двух ведущих авторов статьи.
Эксперимент включает преобразование фотонного кубита в атомное возбуждение атомов цезия, охлаждаемых лазером. В соответствии с протоколом электромагнитно-индуцированной прозрачности управляющий лазерный луч делает среду прозрачной и замедляет подачу сигнала, несущего информацию. Когда сигнал содержится в облаке атомов и пульт управления выключен, информация преобразуется в коллективное возбуждение атомов, которое сохраняется до тех пор, пока контрольные лучи не будут снова включены.
Этот метод, освоенный в LKB, уже использовался для экспериментов с квантовой памятью в предыдущие годы, но эффективность процесса во многом зависит от количества атомов, участвующих в взаимодействии. Поэтому команда Лаурата подготовила очень удлиненное облако ультрахолодных атомов (почти три сантиметра в длину), что позволило обеспечить эффективное хранение.
Прорыв произошел, когда исследовательская группа смогла выполнить пространственное мультиплексирование облака сжатого атома. LKB удается одновременно получать как эффективное хранение, так и пространственное мультиплексирование, в дополнение к высокому соотношению «сигнал / шум».
Эта демонстрация следует за другими работами, которые группа Лаурата сделала в последние годы, включая реализацию квантовой памяти с множественной степенью свободы или первоначальную демонстрацию остановленного света в оптическом волокне.
Больше информации: Highly-efficient quantum memory for polarization qubits in a spatially-multiplexed cold atomic ensemble, Nature Communications 9, 363 (2018) DOI: 10.1038/s41467-017-02775-8
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
ab-news.ru
