Мы попали в подборку по физике от научно-образовательного канала "Зоопарк из Слоновой Кости", ура!

@ivoryzoo делает большое дело, собирая тематические папки по всем областям знаний. Выбирайте и добавляете, кому что по душе.

Ранее мы писали о сверхпроводниковых однофотонных детекторах - и будем писать ещё, поскольку этот прибор сочетает в себе удивительную физику и огромную пользу для квантовых технологий.

SSPD - superconducting single photon detector, или сверхпроводниковый однофотонный детектор - это, как правило, длинная и тонкая изогнутая проволочка из сверхпроводника, уложенная в виде меандра (змейки). Весь фокус работы - в разогревании сверхпроводника при поглощении одного (!) фотона внутри проволочки. И ладно бы просто поглощения - вероятность этого процесса может достигать огромных 90-95 процентов! То есть одиночный фотон, пролетающий через меандр, будет поглощён почти наверняка. Есть несколько обстоятельств, делающих этот процесс возможным:


(1) По проволочке уже течет ток, достаточно близкий к критическому;

(2) Энергия фотона во много раз превышает величину сверхпроводящей щели;

(3) Поглощённый фотон рождает очень быстрые квазичастицы, которые отдают свою энергию окружающим парам, разрывая их и порождая новые частицы;

(4) Эти процессы приводят к локальному разогреву и к полностью нормальному "хот споту" внутри проволочки - сверхпроводимость там исчезает совсем;

(5) уже имеющееся токовое смещение приводит к падению напряжения на хот споте - фактически, на проволочке возникает импульс напряжения. Обнаруживая его, вы делаете вывод о детектировании фотона.

За пунктами (3) и (4) стоит крайне интересная физика, быть может, в свое время мы раскроем некоторые интересные детали этих процессов, о которых написано немало научных работ.

❗️Китай определил шесть ключевых «отраслей будущего», находящихся на пороге технологического прорыва. Их приоритетное развитие должно обеспечить конкурентоспособность экономики, заявил председатель Государственного комитета по делам развития и реформ (ГКРР) КНР Чжэн Шаньцзе.

Шесть крупных отраслей будущего включают квантовые технологии, биопроизводство, зеленую водородную и термоядерную энергетику, а также нейроинтерфейсы, воплощенный искусственный интеллект и уже зарождающиеся технологии 6G

— подчеркнул глава ведомства.

🔥 Адиабатические квантовые вычисления

🔥Часть 2 - Не все кубиты одинаково полезны

Итак, в прошлой части мы зафиксировали, что адиабатический квантовый компьютер должен в железе воспроизводить гамильтониан, основное состояние которого нетривиально и поэтому оно может служить ответом к какой-либо задаче.

Под нетривиальностью понимается некоторая особая структура основного состояния в понятном физическом базисе. Ясно, что речь не может идти о энергии - она у основного состояния просто минимальна, и никакой информации отсюда не получить. Для получения информации нужно измерять структуру основного состояния, проецируя кубиты на некоторый физический базис. Эта неочевидная причина приводит к непригодности некоторых типов кубитов для квантового отжига. Например, кубиты-трансмоны, о которых многие могли слышать, совершенно непригодны для квантового отжига, хоть они и широко используются (чуть ли не являются единственным выбором, на самом деле) для процессоров, реализующих вентильную модель квантовых вычислений. Их проблема в том, что основное состояние кубита трансмона не имеет ни заряда, ни потока в качестве хорошего квантового числа.

На сверхпроводниковой платформе отжиг реализуется на связной сети особого типа кубитов, называемых потоковыми кубитами - они показаны на картинке. Их особенность - возможность очень сильной перестройки каждого из кубитов магнитным потоком, а также представимость состояний в потоковом базисе. "Возможность очень сильной перестройки" в данном контексте означает, что вы можете переходить от одноямного потенциала к двухямному с очень большим когерентным туннелированием между ямами. Это означает, что для одного такого кубита вы посредством подкручивания внешней "ручки" переходите от собственных токовых состояний к собственным состояниям, являющимся когерентной суперпозицией токов. Более того, сила взаимодействия между такими кубитами может делаться сильно больше их собственных энергий. Именно совокупность этих факторов позволяет осуществлять с системой потоковых кубитов то, что называется квантовым отжигом.

Продолжение следует...

👋

Квантовая коррекция ошибок: знакомство

Квантовый процессор ошибается в расчетах гораздо чаще, чем кремниевый CPU. Квантовые системы хорошо чувствуют внешние шумы, а кроме того, законы квантовой теории диктуют, что QPU принципиально строится как аналоговая система, в которых ошибки имеют свойство накапливаться.

По-простому, квантовое исправление ошибок можно представить так:

✅Кубит кодируется не одной физической системой, а совокупностью из нескольких таких систем, связанных друг с другом. При этом нужно придумать, как в этих сложных комбинациях сделать одно- и двухкубитные операции правильным образом, чтоб воспроизводить логику физического кубита;

✅Часть физического  регистра отведена под "цифровизацию" ошибок: после каждого такта вычислений делается проверка, которая позволяет понять, что за ошибка случилась на физическом уровне;

✅Ошибка исправляется при помощи воздействия на регистр логического кубита с помощью дополнительной логической квантовой операции. Кубиты вспомогательного регистра,  которые детектировали ту или иную ошибку, обычно не затрагиваются.

Полноценный код коррекции квантовых ошибок может исправлять не только однокубитные, но и множественные ошибки в рамках одного такта.

Понятно, что если ошибки произошли почти на всех кубитах сетки одновременно, то они плохо уловимы, и как следствие - плохо корректируемы. Именно таких множественных ошибок в рамках одного такта вычислений больше всего боятся квантовые процессоры.

👋

⬆️

А вот так выглядят современные воззрения на будущее многослойных сверхпроводниковых микросхем 👌

Современный уровень технологии позволяет наслаивать чипы с разными структурами друг на друга, обеспечивая качественный сквозной контакт между разными слоями. В результате, вы имеете многофункциональный стек, где экранирующие слои на внешних чипах защищают разводку и другие вспомогательные компоненты на более глубоких чипах, сигналы от которых уже идут на ещё более глубокие слои с кубитами. Такой выход из двумерности можно назвать 2.5D-архитектурой, и он позволяет проектировать гораздо более совершенные и мощные квантовые процессоры.

В Китае набирает популярность необычная онлайн‑игра «Симулятор зелёного перца». Её название - игра слов: сленговое обозначение молодого преподавателя («цинцзяо») звучит так же, как «зелёный перец». 

В игре вы берёте на себя роль начинающего учёного и пытаетесь «продержаться» шесть лет. Именно за это время в Китае молодой исследователь обычно получает постоянную должность.

Ваши задачи - искать гранты, публиковать статьи, набирать студентов, преподавать, выстраивать отношения с коллегами и сохранять психическое здоровье.

Игра сводит сложную академическую реальность к набору показателей: проценту успешных заявок на гранты, срокам публикаций, дедлайнам. Даже если вы всё делаете «правильно», результат может оказаться вне вашего контроля - и это вызывает тревогу.

Один из игроков попробовал действовать так, как поступил бы любой здравомыслящий начинающий исследователь: сосредоточился на заявке на грант, попытался опубликовать одну качественную статью и регулярно консультировал студентов.

Но итог оказался неутешительным: грант не был получен, один из студентов бросил учёбу, а статья вернулась с требованием серьёзных доработок. При этом шкала психического здоровья в игре падала быстрее, чем росло количество публикаций.

В соцсетях участники делятся лайфхаками для прохождения: советуют оптимизировать производительность, не тратить слишком много времени на наставничество студентов, выбирать «беспроигрышные» темы исследований, диверсифицировать источники финансирования, минимизировать количество встреч и контролировать уровень стресса.

Примечательно не столько содержание советов (некоторые из них сомнительны), сколько то, что множество исследователей сразу поняли логику системы, которую моделирует игра.

По данным China Science Daily, с момента официального запуска (16 декабря 2025 г.) по 8 января 2026 г. в игре приняли участие 600 тысяч человек.

«Симулятор зелёного перца» отражает три важных урока из реальной профессиональной жизни учёных - и эти проблемы актуальны не только для Китая.

Во‑первых, показатели становятся целью: когда вас оценивают по какому‑то критерию, он автоматически превращается в вашу главную задачу. Вместо вопроса «Хороший ли это вопрос?» вы начинаете спрашивать: «Будет ли это учитываться?».

Во‑вторых, происходит подмена измерения смыслом: система поощряет цифры - количество публикаций, грантов, студентов. В погоне за показателями исследователи выбирают проекты не по их научной значимости, а по тому, насколько они «выгодны» с точки зрения экспертных комиссий.

В‑третьих, игра наглядно демонстрирует роль случайности и связанной с ней тревоги: даже если вы делаете всё «правильно», неудача может настигнуть из‑за внешних факторов - неудачного рецензирования, отказа журнала или личных обстоятельств. Игра сжимает эти события в несколько кликов, но эмоции остаются реальными - возникает ощущение, что один неудачный «бросок кубика» может определить всю карьеру.

Ещё один важный аспект - наставничество как невидимый труд. В игре обучение других сводится к быстрым действиям с небольшими бонусами, но в реальности всё иначе. Наставничество требует времени и эмоциональной вовлечённости: это сложные разговоры, поддержка в трудные моменты, разрешение конфликтов. При этом такая работа часто не учитывается в системе показателей и считается «отвлекающей» от «настоящей» продуктивности.

Таким образом, «Симулятор зелёного перца» - не просто игра. Это зеркало, в котором молодые учёные видят свои страхи, вызовы и парадоксы академической системы. Она заставляет задуматься: как сохранить баланс между показателями и смыслом, между продуктивностью и человечностью?
И главное, когда игра заканчивается, в реальной жизни нельзя нажать «Начать заново».

По материалам

Вот так выглядят сверхпроводники в таблице Менделеева.
Сразу можно подметить, что:

• большинство металлов сверхпроводит, из чего заключаем, что в среднем, сверхпроводимость - состояние не экзотическое, а естественное;

• хорошие проводники - медь, серебро, золото - не сверхпроводят. Это обусловлено недостаточным взаимодействием электронов через фононы в этих материалах.

• при большом давлении сверхпроводить начинают даже вещества, от которых мы и близко этого не ждем - кислород, мышьяк, сера. Для многих сложных веществ часто так же верно, что плохие проводники становятся хорошими сверхпроводниками.

Все это наталкивает на вывод: наиболее значимый фактор, порождающий или угнетающий сверхпроводимость - структура кристаллической решетки, а не вид материала или его свойства при высоких температурах.

P.S. До сих пор проводятся исследования, направленные на уточнение изображенных клеточек, например, совсем недавно в очень красивом эксперименте была открыта сверхпроводимость висмута при нормальном давлении.