Иллюстрация: Hugo Defienne et al. / Nature Physics, 2021. Физики создали квантовую голограмму без прямого наложения двух световых волн. Вместо этого они использовали взаимосвязь запутанных фотонов, чтобы получить необходимую для построения изображения информацию. Статья опубликована в журнале Nature Physics. Голограммы — это объемные изображения, которые получают, складывая две волны. В оптической голографии в роли волн выступают лучи света. Один из них отражается от предмета, и по разнице фаз со вторым лучом можно восстановить изображение. Поскольку каждой частице ставится в соответствие волновая функция, существует не только оптическая голография, но и квантовая, построенная на взаимодействии этих функций. Вместо того чтобы измерять яркость света, физики измеряют вероятность появления частиц в пространстве. С помощью квантовой голографии уже была получена голограмма одиночного фотона: фотон с неизвестной поляризацией столкнули с эталонным и зарегистрировали, как наложились друг на друга их волновые функции. Это и позволило получить пространственное распределение неизвестной частицы.
Архив рубрики: Наука
Обнаружена возможность применения когерентной томографии с постобработкой изображения для проверки подлинности документов
Иллюстрация: Manuel J. Marques et al. \ Science & Justice, 2021. Метод оптической когерентной томографии с постобработкой изображения, разработанный британскими учеными, оказался полезен в проверке подлинности документов. Физики продемонстрировали его возможности на двух типах настоящих идентификационных документов (паспорт из современного поликарбоната и национальная идентификационная карта Португалии) и предсказали возможное использование в других областях. Работа опубликована в журнале Science & Justice. Оптическая когерентная томография (ОКТ) широко применяется в офтальмологии и стоматологии для получения детальных профилей биологических тканей. В ее основе лежит балансная схема детектирования оптических лучей, оптический путь одного из которых зафиксирован, а второй отражается или рассеивается на образце. Смысл такой схемы заключается в том, что сильный опорный сигнал взаимодействует со слабыми изменениями в сигнале, которые несут в себе информацию об образце, и результат их взаимодействия оказывается достаточным для того, чтобы его можно было легко измерить.
Композиты из полимерных матриц и углеродных наночастиц могут стать основой промышленных материалов с самодиагностикой
Фото: Углеродный нанокомпозит после окончания основного процесса формования. Источник: Skoltech/CDMM. Исследователи из Сколковского института науки и технологий изучили свойства композитов, состоящих из полимерных матриц и углеродных наночастиц. Такие материалы способны выполнять самодиагностику и в перспективе могут прийти на смену датчикам. Результаты работы опубликованы в журнале Composite Structures. Группа исследователей из Центра Сколтеха по проектированию, производственным технологиям и материалам изучила многофункциональные материалы, получаемые путем добавления углеродных наночастиц к полимерным матрицам. Предложенный учеными новый и недорогой метод предназначен для самодиагностики материалов. Исследование представляет собой часть проекта, нацеленного на получение материалов с самодиагностикой, которые можно будет внедрить в промышленные технологии. Известно, что добавление углеродных наночастиц в системы композиционных материалов может способствовать улучшению механических свойств при одновременном достижении электропроводности и пьезорезистивности.
Создан кремниевый источник инфракрасных одиночных фотонов для квантовой криптографии
Иллюстрация: M. Hollenbach et al. / Optics Express, 2020. Физики из Германии создали источник инфракрасных одиночных фотонов на основе кремния: он может генерировать до ста тысяч фотонов в секунду. Такой подход позволяет объединить современную квантовую криптографию с современными кремниевыми технологиями. Работа опубликована в журнале Optics Express. Квантовое распределение ключа — это абсолютно безопасный способ обмена секретными ключами между пользователями. Безопасность этого метода основана на фундаментальных законах квантовой физики: процесс измерения квантовой системы изменяет ее состояние. Злоумышленник, который попытается украсть ключ, должен каким-то образом измерить его, но измерение вводит аномалии, которые видят и легитимные участники протокола. Таким образом, пользователи могут раскрыть и проверить часть полученного ключа и убедиться, что никто, кроме них самих, его не измерял. Большинство протоколов квантовой криптографии основаны на передаче одиночных фотонов. Это необходимо для секретности: если ключ закодирован в большом количестве частиц, то злоумышленник может забрать часть фотонов себе и проделать затем те же манипуляции, что и легитимные пользователи, и узнать ключ, а о его наличии другие не узнают.
Обнаружена универсальная алгебраическая структура, лежащая в основе столкновений элементарных частиц
Физики нашли алгебраическую структуру, лежащую в основе запутанной математики столкновений элементарных частиц. Некоторые надеются, что она приведёт нас к более элегантной теории физического мира. Когда специалисты по физике частиц пытаются моделировать эксперименты, они сталкиваются с невозможными расчётами из-за бесконечно большого уравнения, работа с которым лежит за пределами возможностей современной математики. К счастью, они могут выдавать в целом точные предсказания, не прорабатывая всю эту загадочную математику до конца. Укорачивая вычисления, учёные с Большого адронного коллайдера в европейском ЦЕРН делают предсказания, совпадающие с событиями, которые они потом наблюдают при столкновениях субатомных частиц, несущихся с огромной скоростью по 26-километровому треку. К сожалению, эпоха согласия между предсказаниями и наблюдениями может подходить к концу. Чем точнее становятся измерения, тем сложнее поспевать за ними схемам приближённых вычислений, которые используют теоретики. «Мы уже близки к исчерпанию имеющихся у нас средств», — сказал Клод Дар, специалист по физике частиц из ЦЕРН.
Впервые удалось получить сверхпроводник, являющийся источником магнитного поля
На иллюстрации: Структура собственного магнитного поля и токов, которые возникают в сверхпроводнике при переходе вещества в особое квантовое состояние. Vadim Grinenko et al. / Nature Physics, 2020. Физики в своем исследовании экспериментально обнаружили новое квантовое состояние сверхпроводника, в котором материал становится источником магнитного поля. Достигнутый результат важен как с точки зрения фундаментальной науки, так и для разработки сверхпроводящих устройств. Статья опубликована в журнале Nature Physics. Сверхпроводимость — это явление, при котором электрическое сопротивление материала становится строго нулевым. Переход образца в такое состояние происходит при охлаждении ниже критической температуры — она определяется свойствами вещества. В настоящее время сверхпроводимость широко применяется в технике, однако полного теоретического описания этого явления ученые до сих пор не разработали (подробнее о сверхпроводимости и существующих объяснениях можно узнать в нашем материале). Квантовые свойства сверхпроводника делают его идеальным диамагнетиком — материалом, которому энергетически выгодно иметь нулевое внутреннее магнитное поле.