IBM объединил два квантовых процессора в единый модуль

Большинство современных квантовых процессоров представляют собой планарные массивы кубитов, в которых между собой связаны только ближайшие соседи. Модульный подход поэтому имеет решающее значение для их дальнейшего масштабирования.

Система, разработанная в IBM, включает в себя встроенное устройство подавления ошибок, а также динамическую схему, объединяющую между собой до 142 кубитов, распределенных по двум 127-кубитным процессорам Eagle. При этом оба модуля соединяются обычной классической связью, которая позволяет выполнять логические операции на одном модуле в зависимости от результатов выполнения операций на другом.

В 2025 году, согласно своей дорожной карте, IBM планирует реализовать уже квантовый интерконнект, позволяющий запутывать кубиты, расположенные на различных модулях.

Ученые разработали мембраны на базе графдиина для удаления солей из морской воды 

Ранее мы узнали, что мембраны могут использоваться для разных задач фильтрации воды, например при работе биологического наномембранного реактора для разделения биотоплива.

Группа исследователей из Китая, Саудовской Аравии и США создала углеродную наномембрану из графдиина, которая избирательно взаимодействует с ионами металлов в жидких растворах. Графдиин — двумерный углеродный материал, похожий по структуре на набор из шести треугольников, объединенных в шестиугольные «соты». 

Ученые обратили внимание, что пустоты между атомами углерода в треугольниках обладают достаточной шириной для того, чтобы пропускать через себя молекулы воды, но при этом они являются слишком узкими для проникновения через них даже самых небольших ионов металлов.

Изготовив наномембрану из 12 слоев графдиина, ученые добились удаления 99,7% солей из морской воды на протяжении работы свыше 300 часов.

Знаменитые ученые получают огромное количество корреспонденции, в том числе со схемами вечных двигателей и вариантами решений величайших научных задач. Лев Ландау изящно выходил из этой ситуации!

Физики подобрали оптимальные режимы варки яиц

Продолжаем узнавать о необычных областях, которые интересуют физиков. Теперь их внимание привлек процесс варки яиц. 

Сварить яйцо — это не самая простая задача, особенно если кулинар хочет использовать какой-нибудь необычный рецепт: например, приготовить яйцо всмятку или методом су-вид. Главная сложность процесса заключается в том, что белок и желток имеют разные температуры застывания: для желтка эта температура составляет примерно 65 градусов, а вот для белка она выше — около 85 градусов.

Ученые из Национального научно-исследовательского совета Италии предложили оптимальный способ приготовления вареных яиц, который позволил сделать белок твердым и одновременно сохранить кремовую текстуру желтка благодаря периодическим изменениям температуры.  Раскрыть секрет варки удалось с помощью моделирования кинетических уравнений, которые используются для описания процесса приготовления яиц вкрутую, всмятку и су-вид.

После исследования и анализа трех разных рецептов ученые предложили свой: каждые две минуты они скачкообразно меняли температуру от 30 до 100 градусов в течение 32 минут. Так получилось достичь более высокой температуры белка — он успевал твердеть, в то время как желток сохранял кремообразную структуру. 

Яйца, приготовленные периодическим методом, не только оказались вкуснее, но и сохранили в процессе гораздо больше полезных веществ, таких как лизин и триптофан. Рецептом исследователи поделились в статье, опубликованной в Communications Engineering.

Квантовый вычислитель научили использовать два кода коррекции ошибок

Физики из Университета Инсбрука в Австрии разработали подход, который позволяет квантовому вычислителю переключаться между несколькими кодами коррекции в процессе вычислений и выбирать оптимальный для каждой конкретной операции. Работу нового метода ученые проверили на ионном квантовом вычислителе с 16 физическими кубитами, который использовали для приготовления двух наборов логических кубитов: из 7 и 10 ионов. Такой подход поможет уменьшить число вспомогательных кубитов, необходимых для работы логических кубитов.

Комментарий Ильи Заливако, ведущего научного сотрудника группы «Прецизионные квантовые измерения» Российского квантового центра:

«На мой взгляд, это очень интересный и важный результат. Несмотря на большие успехи в экспериментальной реализации кодов коррекции ошибок, пока мало кому удавалось реализовать при этом универсальный набор операций. А без универсального набора пользы от квантового компьютера, пусть даже с идеальными гейтами, будет мало.

В этой работе для решения задачи был впервые экспериментально реализован подход с динамической сменой кодировок. Мне эта концепция очень близка, так как коды коррекции обычно очень требовательны к ресурсам компьютера, которые в современных устройствах пока все еще очень ограничены, а данная методика как раз и основывается на наиболее оптимальном их использовании на каждом этапе выполнения алгоритма.

Пусть в этой работе авторам пока не удалось достичь высоких точностей из-за довольно шумных физических кубитов, мне кажется, это важная веха на пути к созданию действительно эффективных алгоритмов коррекции ошибок».

Российские ученые впервые детально изучили распространение разных типов волн внутри пьезоэлектриков

Пьезоэлектрики позволяют деформировать материал при подаче на него напряжения или, наоборот, создавать электрические поля при деформации. При этом в пьезоэлектриках могут возникать сдвиговые волны — когда частицы материала колеблются перпендикулярно распространению волны. Поведение таких волн зависит от структуры пьезоэлектрика и, например, для квази-PT-симметричной структуры (симметричной относительно одновременного обращения координат и времени) раньше исследовалось.

Группа физиков из Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН, МФТИ и лаборатории «Метаматериалы» Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н. Г. Чернышевского теоретически исследовали распространение сдвиговых волн в квази-PT-симметричной структуре пьезоэлектриков.

Для моделирования сдвиговых волн ученые подобрали два материала: титанат бария и фресноит. В зависимости от уровня дисбаланса усиления и потерь спектры сдвиговых волн могут демонстрировать пересечение, касание или сближение антисимметричной и симметричной мод в точке их вырождения.

Очень узкий максимум амплитуды наиболее интересен с точки зрения практических приложений, потому что открывает возможность создания сверхчувствительных датчиков.  

Квантовая механика помогла решить парадокс убитого дедушки

Парадокс убитого дедушки — парадокс, относящийся к путешествию во времени. Он представляет собой гипотетическую ситуацию, в которой путешественник во времени отправляется в прошлое и совершает что-то, приводящее к тому, что он никогда не существовал, или к событию, которое делает его путешествие невозможным.  

Можно ли изменить прошлое так, чтобы самому не родиться? Этот знаменитый парадокс долго оставался неразрешенным, но физик Лоренцо Гавассино предложил квантовомеханическое объяснение. Он решил проблему самосогласованности систем на замкнутых времениподобных кривых при помощи квантово-механических принципов. Работа опубликована в журнале Classical and Quantum Gravity.

📔 Замкнутые времениподобные кривые — это гипотетические траектории в пространстве-времени, которые возвращаются в свою исходную точку, создавая теоретическую возможность путешествий во времени. 

В результате ученый пришел к выводу, что при прохождении замкнутой времениподобной кривой вся система возвращается к своему исходному состоянию. Это делает невозможными ситуации, в которых могут возникать логические противоречия. 

В контексте парадокса убитого дедушки это приводит к выводу, что в замкнутой конечной системе с унитарной эволюцией невозможно создать ситуацию, в которой изменения в прошлом приведут к противоречиям, таким как предотвращение собственного рождения. Согласно результатам Гавассино, память и события внутри замкнутой кривой вернутся в начальное состояние, что исключает возможность возникновения ретроактивных парадоксов. 

Российские ученые изучили механизм переноса тепла в неравновесной пылевой плазме

Пылевая плазма — это многокомпонентная среда, состоящая из ионизованного газа и взвешенных в нем пылинок микроскопического размера.

Физики из МФТИ выяснили, на каких условиях системы могут обеспечивать перенос тепла от более холодной области к более горячей, а также образование неравномерного скопления высоких температур на границе системы.

В неравновесной пылевой плазме ученым удалось обнаружить распределение кинетической энергии пылевых частиц, которые наблюдаются даже при постоянной и однородной температуре окружающего газа. Это явление противоречит классическим представлениям о термодинамическом равновесии и теореме о равнораспределении энергии по степеням свободы.

На основе обнаруженного явления физики разработали математическую модель поведения частиц, которую можно применить при исследовании метаматериалов, активной материи, пылевой плазмы, коллоидных систем.

В чем разница между физиком-теоретиком и экспериментатором? Ответ на этот вопрос очень хорошо знал Лев Андреевич Арцимович — советский физик, один из самых выдающихся мировых учёных в области термоядерной физики.

Под руководством Арцимовича впервые в СССР был разработан электромагнитный метод разделения изотопов. Лев Андреевич был непосредственным участником советского атомного проекта и сподвижником Игоря Васильевича Курчатова.

В Китае создали первый высокотемпературный дисковый лазер из кристалла фторида иттрия-лития

Сверхбыстрые лазеры с длиной волны 2 мкм ценятся за безопасность для глаз, высокое водопоглощение и низкое атмосферное затухание. Но такие лазеры для контроля тепловых эффектов требуют криогенного охлаждения, что повышает сложность и стоимость их производства.

Ученые из Института оптики и точной механики при Академии наук Китая разработали лазер на тонком диске на основе кристалла иттрий-литиевого фторида, легированного неодимом. Физики оптимизировали систему оптической накачки: они реализовали конфигурацию с 12 циклами накачки. 

Результаты экспериментальной работы лазера показали, что он может достигать оптической эффективности 38,1%. Качество луча оказалось близко к дифракционному пределу, а относительное стандартное отклонение стабильности мощности составляло всего 0,35%.

Исследование открывает путь к созданию компактных, экономичных и мощных лазеров с длиной волны 2 мкм, которые можно масштабировать до 100 Вт и которые будут способствовать прогрессу в области сверхбыстрых лазеров.

На квантовом симуляторе впервые изучено экзотическое физическое явление

📔Если в жидком гелии присутствуют и сверхтекучая и обычная вязкая фазы, то может проявляться необычное явление — противотоковая сверхтекучесть, когда в системе не происходит физического переноса массы, но есть перенос тепла, импульса и пр. Это явление было теоретически предсказано около 20 лет назад, но до сих пор не наблюдалось в экспериментах.

Китайские учёные из лаборатории в Хэфэе экспериментально реализовали низкоэнергетическое движение противотока на квантовом симуляторе, используя два вида ультрахолодных атомов в оптической решетке. Созданный симулятор впервые предоставил возможность изучения микроскопических свойств такой сложной сильнокоррелированной многочастичной системы.

Алексей Акимов прокомментировал это исследование:

«Квантовые симуляторы — это устройства, позволяющие, в частности, понять физику материалов, не доступную для измерения или расчета другими методами. В данном случае физики из Хэфэя взялись за задачу, в которой расчет был, но в виду хитрости эффекта не было эксперимента.

Ещё в середине 20-го века было предсказано существование так называемых изоляторов Мотта – материалов, которые по своей зонной структуре, казалось бы, должны быть проводниками, но они оказываются изоляторами.

В начале 21-го века эти материалы снова привлекли к себе внимание, и одним из новых предсказаний, показывающим, что если слить воедино два таких изолятора, то каждый из них станет проводником, но таким образом, чтобы токи в каждой из подсистем точно компенсировали друг друга. Т.е. ток вроде бы есть, а вроде бы его и нет.

Как можно такое явление обнаружить? Что наблюдать, если тока с точки зрения внешнего наблюдателя нет? На помощь пришли квантовые симуляторы с атомными микроскопами – устройства, способные не только аккуратно регулировать взаимодействия между частицами, но и наблюдать за поведением каждой.

Китайским ученым удалось пронаблюдать в живую встречные спиновые токи в такой системе и исследовать переход из состояния полного изолятора в состояние «проводящего изолятора», подтвердив необычное теоретическое предсказание.

Возможность индивидуального контроля частиц, практически не доступная в обычной физике материалов, оказалась критической для проведения этого эксперимента. Теперь есть все основания реализовывать подобные уникальные материалы и искать применения этого скрытого тока.

Примечательно, что изучаемый материал оказался ферримагнитным. Таким образом, эти материалы также важны для более глубокого понимания физики магнитов и физики спиновых токов, активно используемой в современных компьютерных технологиях».