Английские физики разработали новое поколение специальных оптических волокон
Часть волокна, в которой сконцентрирована большая часть излучения, — сердечник — у этих волокон представляет собой микроструктуру из сложных узоров воздушных карманов. С их помощью можно манипулировать свойствами света для создания запутанных пар фотонов или захвата отдельных атомов внутри волокон.
Исследователи из Университета Бата смогли решить ряд проблем, связанных с квантовым интернетом, и предложили готовые решения для масштабируемости. Они разработали новый профиль волокон, подходящих для дальней связи, и волокон, которые могут позволить квантовым повторителям расширить расстояние, на котором может работать эта технология.
Помимо соединения устройств по сети, разработанные оптические волокна можно будет использовать для реализации квантовых вычислений в самих устройствах в качестве источников одиночных фотонов.
Часть волокна, в которой сконцентрирована большая часть излучения, — сердечник — у этих волокон представляет собой микроструктуру из сложных узоров воздушных карманов. С их помощью можно манипулировать свойствами света для создания запутанных пар фотонов или захвата отдельных атомов внутри волокон.
Исследователи из Университета Бата смогли решить ряд проблем, связанных с квантовым интернетом, и предложили готовые решения для масштабируемости. Они разработали новый профиль волокон, подходящих для дальней связи, и волокон, которые могут позволить квантовым повторителям расширить расстояние, на котором может работать эта технология.
Помимо соединения устройств по сети, разработанные оптические волокна можно будет использовать для реализации квантовых вычислений в самих устройствах в качестве источников одиночных фотонов.
Команда «Росатом – Квантовые технологии» провела самый северный «Урок Цифры» по квантовым технологиям
В ходе 5-й арктической экспедиции Росатома «Ледокол знаний» ребята из России, Камеруна, Ирака, Бангладеш, Туниса, Беларуси, Узбекистана и других стран целых 10 дней вместе проживали путешествие к Северному полюсу и обратно.
Чтобы ребята в пути точно не заскучали, наши коллеги рассказали им о развитии квантовой отрасли в России и провели мастер-класс по научной журналистике. В рамках образовательной программы по квантовому треку ребята не только прослушали лекции, но и познакомились с историей развития квантовой физики с помощью игр «Квантовый ерундопель» и «Квантовый крокодил».
Наш коллега Герман Пальчиков стал тимлидером для целой команды школьников, которые съехались в удивительное арктическое путешествие со всей страны.
Сейчас счастливые коллеги возвращаются в Москву. У них ещё масса впечатлений и рассказов, которыми мы обязательно с вами поделимся. А пока вы можете посмотреть видео и почувствовать себя на минуту-другую покорителями Северного полюса.
В ходе 5-й арктической экспедиции Росатома «Ледокол знаний» ребята из России, Камеруна, Ирака, Бангладеш, Туниса, Беларуси, Узбекистана и других стран целых 10 дней вместе проживали путешествие к Северному полюсу и обратно.
Чтобы ребята в пути точно не заскучали, наши коллеги рассказали им о развитии квантовой отрасли в России и провели мастер-класс по научной журналистике. В рамках образовательной программы по квантовому треку ребята не только прослушали лекции, но и познакомились с историей развития квантовой физики с помощью игр «Квантовый ерундопель» и «Квантовый крокодил».
Наш коллега Герман Пальчиков стал тимлидером для целой команды школьников, которые съехались в удивительное арктическое путешествие со всей страны.
Сейчас счастливые коллеги возвращаются в Москву. У них ещё масса впечатлений и рассказов, которыми мы обязательно с вами поделимся. А пока вы можете посмотреть видео и почувствовать себя на минуту-другую покорителями Северного полюса.
Пришло время для дайджеста новостей!
Физики разработали волновод для перемещения заряженных частиц в вакууме
Скрученное в спираль электромагнитное поле создало точку Лагранжа, которая направила частицу в нужном направлении. Концепция может быть использована для создания обновленных ускорителей заряженных частиц.
Создан ультразвуковой датчик для замеров скорости ветра на Марсе
Этот прибор способен работать в разреженной атмосфере Марса и отслеживать даже самые слабые и медленные колебания марсианского воздуха.
Росатом провел самый северный урок квантовых технологий
«Урок цифры» был впервые проведен в Заполярье на борту ледокола в рамках пятой научно-просветительской арктической экспедиции «Ледокол знаний».
Физики разработали волновод для перемещения заряженных частиц в вакууме
Скрученное в спираль электромагнитное поле создало точку Лагранжа, которая направила частицу в нужном направлении. Концепция может быть использована для создания обновленных ускорителей заряженных частиц.
Создан ультразвуковой датчик для замеров скорости ветра на Марсе
Этот прибор способен работать в разреженной атмосфере Марса и отслеживать даже самые слабые и медленные колебания марсианского воздуха.
Росатом провел самый северный урок квантовых технологий
«Урок цифры» был впервые проведен в Заполярье на борту ледокола в рамках пятой научно-просветительской арктической экспедиции «Ледокол знаний».
Основные способы генерации одиночных фотонов — использование нелинейных кристаллов или использование в качестве источника квантовой точки. В отличие от других нелинейных процессов, в которых получаются запутанные фотоны, квантовая точка последовательно генерирует фотоны со схожими спектральными характеристиками. Теоретически физики уже предсказывали, что в двухуровневой системе возникают корреляции между фотонами, но никто не исследовал, подходит ли эта система для нелокального запутывания фотонов.
Группа физиков из Института Нильса Бора под руководством Питера Лодаля (Peter Lodahl) смогла экспериментально показать, что квантовая точка, связанная с оптическим волноводом, может излучать пару запутанных фотонов. Для этого они поместили ее на чип с периодической структурой из волноводов и измеряли корреляции сгенерированных фотонов. Нарушение неравенства Белла подтвердило их изначальное предположение о создании нелокального запутанного состояния. Работа опубликована в Nature Physics.
Авторы отмечают, что предложенный ими способ генерации запутанных состояний прост в эксплуатации и не требует сложного возбуждения, а процессы декогеренции не играют в нем важной роли. Сам источник при этом может работать даже при малых мощностях накачки и оказывается спектрально ярким. В будущих экспериментах физики планируют создавать запутанность высоких порядков и генерацию состояний, полезных для квантово-оптических нейронных сетей.
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
Китайские ученые разработали полностью прямой метод глубокого обучения
Нейросети прочно вошли в нашу жизнь, помогая решать самые разнообразные задачи. Тем не менее с увеличением сложности задачи и увеличением размера сети возрастают и потребности в вычислительных ресурсах и необходимом времени для ее обучения. Ученые считают, что при помощи оптики и фотоники можно создать оптические нейросети, которые реализуют широкополосные и высокоэффективные вычисления. Современные реализации оптических и фотонных нейронных сетей сильно ограничены размером и областью применения.
Группа ученых под руководством Фан Лу (Lu Fang) и Дай Цюнхай (Qionghai Dai) из Университета Цинхуа в Пекине предложила новый метод полностью прямого машинного обучения для оптических нейросетей на месте в свободном пространстве и интегральных оптических системах.
Разработанный метод позволил получить точность 92,5 процента при реализации оптического классификатора из восьми слоев. Он обучался определять предметы одежды на датасете Fashion-MNIST. Этот показатель значительно превысил точность оптического классификатора, который обучали на основе компьютерной модели, и приблизился к теоретическим показателям идеального классификатора.
Ученые считают, что их новый метод обучения откроет путь к безмодельному высокопроизводительному самостоятельному проектированию оптических систем и самообучающейся физике.
Нейросети прочно вошли в нашу жизнь, помогая решать самые разнообразные задачи. Тем не менее с увеличением сложности задачи и увеличением размера сети возрастают и потребности в вычислительных ресурсах и необходимом времени для ее обучения. Ученые считают, что при помощи оптики и фотоники можно создать оптические нейросети, которые реализуют широкополосные и высокоэффективные вычисления. Современные реализации оптических и фотонных нейронных сетей сильно ограничены размером и областью применения.
Группа ученых под руководством Фан Лу (Lu Fang) и Дай Цюнхай (Qionghai Dai) из Университета Цинхуа в Пекине предложила новый метод полностью прямого машинного обучения для оптических нейросетей на месте в свободном пространстве и интегральных оптических системах.
Разработанный метод позволил получить точность 92,5 процента при реализации оптического классификатора из восьми слоев. Он обучался определять предметы одежды на датасете Fashion-MNIST. Этот показатель значительно превысил точность оптического классификатора, который обучали на основе компьютерной модели, и приблизился к теоретическим показателям идеального классификатора.
Ученые считают, что их новый метод обучения откроет путь к безмодельному высокопроизводительному самостоятельному проектированию оптических систем и самообучающейся физике.
Разработана альтернатива навигационным системам GPS
Для помощи в управлении кораблями, самолетами и транспортными средствами современные датчики движения используют GPS-сигналы. Это означает, что для их работы всегда требуется подключение к спутникам. Полностью отказаться от спутников могут помочь квантовые датчики, в основе работы которых лежат атомные интерферометры. Однако размеры таких интерферометров оказываются слишком большими для того, чтобы их можно было без труда разместить в транспортном средстве.
Команда из Sandia National Labs разработала компактные оптические чипы для квантовых навигационных датчиков — итоговое устройство можно разместить практически где угодно. Авторы заменили громоздкие лазерные системы интегральными фотонными микросхемами. Помимо компактности, чипы оказались более устойчивы к вибрациям и ударам, то есть их можно использовать в сложных условиях, которые были не под силу современным датчикам. Кроме того, команда Sandia надеется значительно снизить затраты на производство интегральных датчиков и повысить их доступность.
Помимо навигации, исследователи изучают возможность использования квантовых датчиков для обнаружения тонких гравитационных изменений для картирования подземных ресурсов и конструкций. Компактные оптические чипы могут оказаться полезными для создания LIDAR, в квантовых вычислениях и оптической связи.
Для помощи в управлении кораблями, самолетами и транспортными средствами современные датчики движения используют GPS-сигналы. Это означает, что для их работы всегда требуется подключение к спутникам. Полностью отказаться от спутников могут помочь квантовые датчики, в основе работы которых лежат атомные интерферометры. Однако размеры таких интерферометров оказываются слишком большими для того, чтобы их можно было без труда разместить в транспортном средстве.
Команда из Sandia National Labs разработала компактные оптические чипы для квантовых навигационных датчиков — итоговое устройство можно разместить практически где угодно. Авторы заменили громоздкие лазерные системы интегральными фотонными микросхемами. Помимо компактности, чипы оказались более устойчивы к вибрациям и ударам, то есть их можно использовать в сложных условиях, которые были не под силу современным датчикам. Кроме того, команда Sandia надеется значительно снизить затраты на производство интегральных датчиков и повысить их доступность.
Помимо навигации, исследователи изучают возможность использования квантовых датчиков для обнаружения тонких гравитационных изменений для картирования подземных ресурсов и конструкций. Компактные оптические чипы могут оказаться полезными для создания LIDAR, в квантовых вычислениях и оптической связи.
Квантовый симулятор с 512 ионами создан в Китае
Для захвата ионов и дальнейшей работы с ними ученые используют разные типы ловушек. Ловушки Пауля, например, удерживают ионы за счет переменного электрического поля высокой частоты — это позволяет очень точно управлять отдельными ионами, а значит, с высокой точностью реализовывать операции над кубитами. В другом варианте — ловушке Пеннинга — ионы удерживаются статическими магнитным и электрическим полями. Благодаря этому микроскопические колебания и нагрев ионов в такой ловушке отсутствуют и ее оказывается проще масштабировать. С другой стороны, точность управления одиночными частицами оказывается ниже, чем в ловушке Пауля.
Над интеграцией двух этих подходов работают ученые из Университета Цинхуа в Китае. Им удалось установить рекорд стабильного захвата и охлаждения 512 ионов иттербия. Физики выполнили измерения квантовых состояний с однокубитным разрешением, а также реализовали с использованием 300 ионов двумерную модель Изинга с дальним взаимодействием, предназначенную для описания намагничивания материала.
Среди планов китайских физиков — дальнейшее масштабирование симулятора и поиск возможности реализации универсальных квантовых вычислений.
Для захвата ионов и дальнейшей работы с ними ученые используют разные типы ловушек. Ловушки Пауля, например, удерживают ионы за счет переменного электрического поля высокой частоты — это позволяет очень точно управлять отдельными ионами, а значит, с высокой точностью реализовывать операции над кубитами. В другом варианте — ловушке Пеннинга — ионы удерживаются статическими магнитным и электрическим полями. Благодаря этому микроскопические колебания и нагрев ионов в такой ловушке отсутствуют и ее оказывается проще масштабировать. С другой стороны, точность управления одиночными частицами оказывается ниже, чем в ловушке Пауля.
Над интеграцией двух этих подходов работают ученые из Университета Цинхуа в Китае. Им удалось установить рекорд стабильного захвата и охлаждения 512 ионов иттербия. Физики выполнили измерения квантовых состояний с однокубитным разрешением, а также реализовали с использованием 300 ионов двумерную модель Изинга с дальним взаимодействием, предназначенную для описания намагничивания материала.
Среди планов китайских физиков — дальнейшее масштабирование симулятора и поиск возможности реализации универсальных квантовых вычислений.
На ускорителе RHIC создали рекордно тяжелые «молекулы» антиматерии
Международный коллектив физиков, работающих с ускорителем тяжелых ионов RHIC (The Relativistic Heavy Ion Collider), впервые создал во время опытов с этой установкой рекордно тяжелые «молекулы» антиматерии, которые состоят из антипротона, двух антинейтронов и экзотической частицы анти-лямбда-бариона. Такую молекулу называют антигиперводород-4, по аналогии с частицей материи — гиперводородом-4, состоящим из протона, нейтронов и лямбда-бариона.
Проведенные учеными замеры времени распада и других свойств этой структуры показали, что антигиперводород-4 схож с гиперводородом-4 по многим характеристикам. Это подтверждает существующее представление о том, что схожие частицы материи и антиматерии обладают идентичными физическими свойствами.
Для получения 16 молекул антиматерии ученым пришлось столкнуть друг с другом более 6,4 млрд ядер атомов урана, золота, рутения и циркония.
Регистрация антигиперводорода-4 позволила ученым оценить время существования этих частиц, процесс их распада и сравнить со свойствами гиперводорода-4. Эти замеры, как надеются ученые, приблизят человечество к раскрытию загадки исчезновения антиматерии из Вселенной в первые мгновения ее существования.
Международный коллектив физиков, работающих с ускорителем тяжелых ионов RHIC (The Relativistic Heavy Ion Collider), впервые создал во время опытов с этой установкой рекордно тяжелые «молекулы» антиматерии, которые состоят из антипротона, двух антинейтронов и экзотической частицы анти-лямбда-бариона. Такую молекулу называют антигиперводород-4, по аналогии с частицей материи — гиперводородом-4, состоящим из протона, нейтронов и лямбда-бариона.
Проведенные учеными замеры времени распада и других свойств этой структуры показали, что антигиперводород-4 схож с гиперводородом-4 по многим характеристикам. Это подтверждает существующее представление о том, что схожие частицы материи и антиматерии обладают идентичными физическими свойствами.
Для получения 16 молекул антиматерии ученым пришлось столкнуть друг с другом более 6,4 млрд ядер атомов урана, золота, рутения и циркония.
Регистрация антигиперводорода-4 позволила ученым оценить время существования этих частиц, процесс их распада и сравнить со свойствами гиперводорода-4. Эти замеры, как надеются ученые, приблизят человечество к раскрытию загадки исчезновения антиматерии из Вселенной в первые мгновения ее существования.
Первая в мире аэронавигационная система на основе квантового магнитометра
Любая навигация — в воздухе, на земле и на море — полагается на GPS. От нее во многом зависит глобальное гражданское воздушное пространство, а помехи в GPS влияют на широкий спектр отраслей, включая сельское хозяйство, финансовые услуги, системы безопасности, управление дорожным движением и реагирование на бедствия. Учитывая простоту подавления и подделки GPS, крайне важно иметь глобальную вспомогательную навигационную систему, работу которой нарушить сложно. Именно это и разработала дочерняя компания Google SandboxAQ.
Разработка получила название AQNav и использует чрезвычайно чувствительные квантовые магнитометры для получения данных о магнитном поле земной коры, распределения которых отличаются друг от друга, как отпечатки пальцев человека. AQNav применяет алгоритмы искусственного интеллекта (ИИ) для сравнения этих данных с известными магнитными картами. Это позволяет системе быстро и точно определять свое местоположение. Благодаря высокой чувствительности квантовых датчиков алгоритмы ИИ применяются для улучшения соотношения «сигнал/шум», устраняя любые механические, электрические или другие помехи, которые могут влиять на способность системы определять свое местоположение.
Помимо помощи в навигации в гражданской, коммерческой и военной авиации, основная концепция AQNav также может быть полезна для повышения управления автономными транспортными средствами или под водой, где сигналы GPS недоступны.
Любая навигация — в воздухе, на земле и на море — полагается на GPS. От нее во многом зависит глобальное гражданское воздушное пространство, а помехи в GPS влияют на широкий спектр отраслей, включая сельское хозяйство, финансовые услуги, системы безопасности, управление дорожным движением и реагирование на бедствия. Учитывая простоту подавления и подделки GPS, крайне важно иметь глобальную вспомогательную навигационную систему, работу которой нарушить сложно. Именно это и разработала дочерняя компания Google SandboxAQ.
Разработка получила название AQNav и использует чрезвычайно чувствительные квантовые магнитометры для получения данных о магнитном поле земной коры, распределения которых отличаются друг от друга, как отпечатки пальцев человека. AQNav применяет алгоритмы искусственного интеллекта (ИИ) для сравнения этих данных с известными магнитными картами. Это позволяет системе быстро и точно определять свое местоположение. Благодаря высокой чувствительности квантовых датчиков алгоритмы ИИ применяются для улучшения соотношения «сигнал/шум», устраняя любые механические, электрические или другие помехи, которые могут влиять на способность системы определять свое местоположение.
Помимо помощи в навигации в гражданской, коммерческой и военной авиации, основная концепция AQNav также может быть полезна для повышения управления автономными транспортными средствами или под водой, где сигналы GPS недоступны.
Российские физики разработали ускорительный источник нейтронов для БНЗТ
Бор-нейтронозахватная терапия позволяет избирательно уничтожать клетки злокачественных опухолей. Такие клетки накапливают изотоп бора, который при облучении потоком нейтронов эффективно захватывает их, разрушая раковую клетку. Эксперименты показывают эффективность этого способа лечения опухолей головного мозга и других видов онкологических заболеваний, которые плохо поддаются лечению традиционными методами.
Устройство, позволяющее реализовывать БНЗТ, удалось собрать физикам из Новосибирска. Они разработали источник нейтронов и проверили его во время лечения такой терапией 25 кошек и собак. Эксперименты показывают эффективность работы устройства, поэтому медики планируют уже осенью его применять в онкоцентре Блохина.
Бор-нейтронозахватная терапия позволяет избирательно уничтожать клетки злокачественных опухолей. Такие клетки накапливают изотоп бора, который при облучении потоком нейтронов эффективно захватывает их, разрушая раковую клетку. Эксперименты показывают эффективность этого способа лечения опухолей головного мозга и других видов онкологических заболеваний, которые плохо поддаются лечению традиционными методами.
Устройство, позволяющее реализовывать БНЗТ, удалось собрать физикам из Новосибирска. Они разработали источник нейтронов и проверили его во время лечения такой терапией 25 кошек и собак. Эксперименты показывают эффективность работы устройства, поэтому медики планируют уже осенью его применять в онкоцентре Блохина.
Квантовый датчик впервые зафиксировал вибрацию МКС
Сильное охлаждение атомов приводит к тому, что они переходят в состояние конденсата Бозе — Эйнштейна, где большие скопления атомов начинают вести себя как единое целое, обладая одинаковыми квантовыми состояниями. Это позволяет наблюдать квантовые явления в макромире, что упрощает измерения квантовых состояний атомов. А чувствительность сенсоров на основе ультрахолодных атомов позволяет улавливать гравитационные колебания планет и спутников, предоставляя информацию о плотности и составе пород, и даже обнаруживать еще не открытые объекты.
Один из таких датчиков, устройство НАСА Cold Atom Laboratory, был установлен на борту МКС, где на его точность положительно повлияла невесомость. В итоге инженерам удалось зарегистрировать вибрации космической станции, которые не удавалось засечь другими способами. Прибор зафиксировал, как станция дрожит, двигаясь по орбите.
Ученые считают, что проведение экспериментов в космосе с применением ультрахолодных атомов имеет огромный потенциал для измерений вне МКС.
Сильное охлаждение атомов приводит к тому, что они переходят в состояние конденсата Бозе — Эйнштейна, где большие скопления атомов начинают вести себя как единое целое, обладая одинаковыми квантовыми состояниями. Это позволяет наблюдать квантовые явления в макромире, что упрощает измерения квантовых состояний атомов. А чувствительность сенсоров на основе ультрахолодных атомов позволяет улавливать гравитационные колебания планет и спутников, предоставляя информацию о плотности и составе пород, и даже обнаруживать еще не открытые объекты.
Один из таких датчиков, устройство НАСА Cold Atom Laboratory, был установлен на борту МКС, где на его точность положительно повлияла невесомость. В итоге инженерам удалось зарегистрировать вибрации космической станции, которые не удавалось засечь другими способами. Прибор зафиксировал, как станция дрожит, двигаясь по орбите.
Ученые считают, что проведение экспериментов в космосе с применением ультрахолодных атомов имеет огромный потенциал для измерений вне МКС.