«Джеймс Уэбб» обнаружил квазар из ранней Вселенной

Родительские галактики квазаров представляют собой одни из самых массивных галактик, существовавших в первый миллиард лет жизни Вселенной. Они обладают активными сверхмассивными черными дырами и огромными запасами молекулярного газа. Наличие большого количества пыли в таких системах указывает на обогащение межзвездной среды разными химическими элементами, рожденными в ходе эволюции нескольких поколений звезд. Однако ученым очень не хватает данных о свойствах нейтрального и ионизированного межзвездного газа в таких далеких галактиках. Также интерес представляет изменение свойств внутригалактической среды при взаимодействии и слиянии галактик.

Группа астрономов из Национального института астрофизики в Болонье опубликовала результаты спектроскопических наблюдений за квазаром PJ308—21, проведенных при помощи инструмента NIRSpec «Джеймса Уэбба». Телескоп рассмотрел этот массивный квазар, сливающийся с двумя массивными галактиками, которые существовали спустя около 890 миллионов лет после Большого Взрыва. Система демонстрирует, как эффективно могли расти родительские галактики квазаров и как активно могла химически обогащаться среда внутри них в ранней Вселенной.

Пришло время для дайджеста новостей!

Астрономы заметили аннигиляцию электрон-позитронных пар
Массовое рождение и аннигиляция электронно-позитронных пар случились внутри релятивистского джета. Именно такое событие объясняет странный яркий пик в спектрах всплеска, который зафиксировал телескоп «Ферми».

На Луне обнаружили природный графен
Ученые проанализировал грунт, доставленный китайским аппаратом «Чанъэ-5», и обнаружили не только следы воды, но и слои углерода толщиной в один атом. На Земле этот материал изготавливается в лабораторных условиях.

Разработан источник фотонов для оптоэлектронных чипов
Ученые Санкт-Петербургского национального исследовательского Академического университета имени Алферова разработали наноразмерный источник оптического излучения фотонов для оптоэлектронных чипов. Подобный источник позволяет существенно увеличить скорость передачи данных в устройствах.

Усовершенствованный метод коррекции ошибок для нейтрально-атомных процессоров

📘Протоколы коррекции ошибок, основанные на LDPC-кодах (Low-density parity-check code, низкоплотностные коды), позволяют сделать процесс кодирования быстрым и отлично подходят для масштабирования, в сравнении с часто используемыми поверхностными кодами. С другой стороны, такие коды коррекции задействуют нелокальные операции, которые требуют дальнодействующей связи между кубитами. Поэтому реализовать их физически оказывается довольно сложно.

Группа из университетов Гарварда и Чикаго под руководством сооснователя РКЦ Михаила Лукина представила новую теоретическую схему реализации LDPC кода в переконфигурируемых атомных массивах. Авторы смоделировали такую архитектуру и обнаружили, что квантовые алгоритмы, включающие тысячи логических кубитов, могут быть выполнены с использованием менее 105 физических кубитов. При этом производительность системы на основе низкоплотностных кодов начинает превосходить поверхностный код уже при нескольких сотнях физических кубитов.

Российские физики разработали подход для эффективной симуляции «шумных» квантовых вычислителей

Одна из ключевых проблем квантовых вычислителей — это их чувствительность к шуму и внешним воздействиям. Ученые активно разрабатывают разные подходы и тестируют свои схемы для того, чтобы этот шум снизить или скорректировать ошибки вычислений, возникающие из-за шума (про новый метод коррекции ошибок мы писали в предыдущем посте).

Другой подход использует «шумные» (NISQ – Noisy intermediate-scale quantum) вычислители и позволяет разрабатывать алгоритмы и задачи, подходящие для таких вычислителей. При этом важно учитывать влияние шумов на работу вычислителей и симулировать его работу в таком режиме — для этого используют классические суперкомпьютеры. Однако, существующий подход к описанию работы шумных вычислителей во многих случаях оказывается очень громоздким, и классический компьютер не справляется с таким расчетом.

Физики из НИТУ МИСИС разработали метод, который позволяет значительно упростить вычисления на классическом компьютере за счет подбора подходящего базиса для описания системы. Проверки работы этого метода ускорения вычислений показали, что он превосходит уже существующие подходы на базе других математических принципов.

Квантовую механику очень сложно понять. Даже великого Альберта Эйнштейна она сбивала с толку. Но он был взрослым человеком. По всей видимости шансы Эйнштейна по-настоящему понять квантовую механику иссякли, когда он был еще младенцем. Почему? Об этом вы узнаете из сегодняшнего интересного факта.

Немецкие ученые разработали метод решения задачи коммивояжера с использованием одного кубита

Одна из самых известных задач по комбинаторике, задача коммивояжера, заключается в поиске кратчайшего маршрута, проходящего через указанные города хотя бы по одному разу с последующим возвратом в исходный город. Для поиска решений этой задачи удобно использовать оптимизационные алгоритмы, которые можно реализовать и на классическом, и на квантовом вычислителе. «Шумные» квантовые вычислители (о которых мы писали вчера) как раз подходят для решения задачи коммивояжера. При этом способы перевода задачи на квантовый язык, сам алгоритм и другие реализации могут быть разными и задействовать разное количество ресурсов. Например, алгоритм для 9 и 10 городов на квантовой архитектуре D-wave требует 73 логических кубитов или 5 436 физических кубитов.

Исследователи из Университета Гамбурга разработали метод решения задачи коммивояжера с использованием всего одного кубита. Они создали алгоритм, который рассчитывает оптимальные маршруты с визуализацией в виде сферы Блоха. Города представляют собой квантовые состояния на сфере, а процесс перемещения между городами происходит через серии вращений этой сферы. Оптимальный маршрут выбирается измерением квантового состояния.

Исследователи показали, что их алгоритм находит точное решение для задачи коммивояжера с 4–6 городами, что значительно превосходит текущие квантовые схемы. Для большего числа городов квантовые состояния должны быть более плотно упакованы на поверхности сферы, что делает их более уязвимыми к шумам и ошибкам. Тем не менее команда успешно справилась с задачами до 9 городов.

Несмотря на текущие ограничения квантовых компьютеров, сферы Блоха представляют собой перспективный инструмент для квантовых вычислений.

Квантовый интернет может работать в текущей городской инфраструктуре

Три группы учёных из США, Китая и Нидерландов провели эксперименты по передаче запутанного состояния с использованием оптоволоконных сетей.

🔹Физики под руководством профессора Гарварда Михаила Лукина внедрили квантовый повторитель в оптическую сеть, расположенную в плотно застроенной городской среде. Ученые использовали кремниевые дефекты внутри алмазов в качестве сразу двух кубитов, один из которых хранит информацию в свойствах электрона, а другой — ядра атома кремния. Эта особенность позволяет считывать информацию из фотонов при помощи «электронного» кубита, хранить ее в его ядерном «соседе» и затем передавать дальше. Прототип повторителя был встроен в городскую оптическую сеть Бостона и позволил физикам запутать два квантовых объекта, связанные оптоволокном длиной в 35 км.

🔹Китайские учёные из группы Жан-Вэй Пена в качестве основы кубитов использовали группы атомов рубидия. Квантовые состояния кодировались изменением состояния атомов после испускания или поглощения фотона. В эксперименте был задействован «фотонный сервер» в городе Хэфэе и подключенные к нему три узла на расстояниях до 12,5 км. Физики могли создать запутанное состояние между любыми двумя узлами, передавая одновременно фотоны на сервер.

🔹Команда из университета в Делфте кодировала кубиты в алмазах через электронные состояния примесных атомов азота и ядерные состояния атомов углерода. Узлы с кубитами находились на расстоянии 10 км, а сигнал шел по 25-километровому оптоволокну.

Физики обнаружили оптические нелинейности высокого порядка в коррелированном изоляторе Ван-дер-Ваальса

Оптическая нелинейность — одно из самых полезных и интересных свойств двумерных материалов, при котором вещество нелинейно реагирует на световое поле. Физики активно изучают и применяют нелинейные эффекты второго порядка, но исследование бóльших порядков требует больших интенсивностей или специальных условий для эксперимента. 

Физикам из Китая удалось обнаружить нелинейность нечетного порядка в кристалле марганцево-фосфорного триселенида, который они облучали двумя фемтосекундными инфракрасными лазерами. Оказалось, что изучаемый образец позволяет смешивать четыре или шесть волн, что соответствует нелинейностям третьего и пятого порядков. При этом эффективность этих процессов превышает значение для других популярных нелинейных материалов, например ниобата лития, селенида галлия(II) и дисульфида вольфрама.

Музей "Атом" и образовательные программы "Атомариума" посетили учителя из регионов в рамках Всероссийской летней школы для учителей физики по квантовым вычислениям.

Атмосфера на площадке царит потрясающая, и нам очень хочется поделиться с вами впечатлениями преподавателей, которые теперь наверняка передадут эстафету любви к удивительному миру квантовой физики своим ученикам.

"Если это увидят дети, у них будут гореть глаза. Они у нас горят, а у детей ещё сильнее загорятся!", - поделилась одна из участниц, учитель физики Анна Петрова из МАОУ СОШ №40 города Томска.

Во время экскурсии по ключевым залам музея педагоги узнали, как вовлекать ребят в исследовательскую работу и как объяснять школьникам сложные понятия квантовой физики на простых примерах.

Кстати, а вы заметили в видео квантовые точки? Мы о них рассказывали много интересного.

Intel разработал систему инспекции качества квантовых чипов при криогенных температурах

📋 При массовом производстве микроэлектроники ключевую роль играют хорошо отлаженные системы контроля и инспекции на различных технологических стадиях. Для квантовых спиновых процессоров такие системы должны работать при криогенных температурах.

Компания Intel в последнее время развивает производственные технологии для изготовления процессоров на квантовых точках в кремнии. Для проверки разработанных чипов компания впервые в мире создала систему контроля, работающую при температуре 1,4 К. Они обеспечивает контроль производства квантовых чипов на 300 мм пластинах, что позволит сократить производственных потерь.

Физики увеличили эффективность наноразмерного источника фотонов в 10 раз

Одна из главных проблем наноразмерных источников фотонов — их низкая квантовая эффективность. Физикам из лаборатории возобновляемых источников энергии СПбАУ РАН имени Алфёрова удалось решить эту проблему.

Для создания источника ученые использовали метод фемтосекундной лазерной печати. Он позволил напечатать наноантенны на золотой пленке. Такой источник можно размещать сразу на чипе вблизи волноводов, а для перестройки его длины волны излучения не требуются модуляторы. Это дает авторской разработке преимущество в производительности и функциональности по сравнению с традиционными источниками оптического излучения.

Сегодня мы с вами узнаем, что великий Макс Планк думал об эволюции научных идей и о том, как одна теория побеждает другую.

Разработан приемопередатчик для когерентных и частотно-запутанных фотонов

Для передачи больших объемов данных сегодня широко используют волоконно-оптическую сеть. Следующее поколение телекоммуникаций потребует внедрения квантового сигнала в существующие оптоволоконные линии передачи информации. 

Для кодирования квантовой информации в таких системах чаще всего используют частоту фотонов. Для передачи квантового сигнала по одному волокну с классическим используют спектральное мультиплексирование, реализация которого усложняет систему и требует большого числа ресурсов.

Группа физиков из Европы разработала и экспериментально подтвердила работоспособность приемопередатчика, который позволяет передавать классические когерентные и частотно-запутанные фотоны по одночастотному каналу. Передатчик работает на основе техники серродина и электрооптического фазового модулятора и позволяет управлять динамикой запутанных и когерентных фотонов. 

Разработка не только демонстрирует сохранение запутанности по каналу при когерентном сигнале, но и раскрывает большой потенциал для эффективного использования полосы пропускания в гибридных сетях.

Пришло время для дайджеста новостей!

Американские физики создали технологию производства дешевых пленочных сверхпроводников
Такие устройства можно будет использовать для создания проводящих элементов в термоядерных реакторах.

Телескоп WISE прекращает свою работу навсегда
У телескопа закончились запасы водорода, который охлаждал детекторы до сверхнизких температур для снижения уровня помех. Телескоп переведен в спящий режим, а к концу года он сгорит в атмосфере Земли.

Разработана первая рентгеновская квантовая память
Применение рентгеновской квантовой памяти ускорит разработку компактных повторителей сигналов для квантового интернета.

Новый квантовый генератор случайных чисел можно вставить в любой гаджет

Компания Toshiba представила свой квантовый генератор случайных чисел. Фотонная интегральная схема содержит два лазера, испускающие оптические импульсы со случайными фазами из-за квантовых шумов. Эти импульсы сбивают друг с другом для интерференции, результат которой зависит от разности фаз между импульсами. Из-за того, что эта разность случайная, интенсивность сигнала после интерференции тоже оказывается случайной. Этот сигнал затем преобразуется высокоскоростной электронной схемой в случайные биты. Технология работает со скоростью 2 Гбит/с, а размер чипа составляет 6x6 мм2.

Такие устройства можно собрать на электронных платах с использованием стандартных серийных методов.

Физики создали дешевый оптический датчик для выявления патогенных микробов в воде

Группа физиков из Непала, Бразилии и Великобритании разработали новый датчик, который позволяет выявлять кишечную палочку и прочих патогенных микробов в воде. Он фиксирует свечение, которое вырабатывают белки при взаимодействии с ультрафиолетовым излучением.

При облучении светом УФ-диапазона молекулы таких микробов переходят в возбужденное состояние, в котором они могут находиться какое-то время и потом снова возвращаются (релаксируют) в обычное состояние, тоже излучая при этом свет. Длина волны излучения при релаксации, время жизни молекулы в возбужденном состоянии и время ее затухания характеризуют саму молекулу и ее связь с соседями. Такой метод исследования и выявления определенных молекул называют флуориметрией, а приборы для его реализации флуориметрами.

Для того, чтобы эффективно сфокусировать излучение в нужной части образца и потом собрать его и отправить на детектор, нужны оптические системы, состоящие из линз и зеркал. Для работы с ультрафиолетом требуются оптические элементы со специальным покрытием, что сильно повышает цену на них.

Датчик, который предложили ученые, позволяет не задействовать дорогостоящую оптику за счет использования эффективных источников и приемников УФ-излучения – мощность источников в два раза больше, чем в существующих системах. Авторам удалось не только снизить стоимость устройства, его вес и размеры, но и улучшить качество его работы.

Системы, построенные на основе таких датчиков, могут работать при обычном погружении в исследуемую жидкость смогут улучшить качество жизни в Непале и других странах Южной Азии, где отсутствует централизованное водоснабжение.