Иллюстрация: Sepehr Ebadi et al. / arXiv.org, 2020. Физики реализовали 256-кубитный программируемый квантовый симулятор на нейтральных атомах. Он позволил смоделировать квантовую спиновую модель и обнаружить новые квантовые фазовые переходы. Благодаря уникальной возможности контролировать взаимодействие между атомами, дальнейшее увеличение системы позволит реализовывать квантовые алгоритмы на больших размерностях. Препринт опубликован на arXiv.org. Квантовые симуляторы на разных платформах не перестают опережать друг друга в числе кубитов и возможности решать разные непосильные для классического компьютера задачи. Платформы на нейтральных атомах уже использовали для моделирования квантовых динамических систем, создания многомерной запутанности, параллельных квантовых логических операций и атомных часов. Однако, создание управляемой системы с сильным взаимодействием из более чем ста кубитов остается сложной задачей даже на сегодняшний день. Группа ученых под руководством Михаила Лукина (Mikhail D. Lukin) из Гарвардского университета создала программируемый квантовый симулятор с настраиваемым числом кубитов (до 256) и взаимодействием между атомами для моделирования квантовых спиновых систем.
Архив рубрики: Наука
Впервые проведена фотоионизация атома водорода в циркулярном ридберговском состоянии с помощью интенсивного лазерного излучения
Иллюстрация: Lindblom et al. / Phys. Rev. A, 2020. Физики исследовали применимость полурелятивистского подхода при описании процессов фотоионизации в интенсивных лазерных полях. Для этого они провели подробную симуляцию облучения атома водорода, находящегося в циркулярном ридберговском состоянии, мощным лазерным импульсом инфракрасного диапазона. Ученые выяснили также, что процесс ионизации в первую очередь вызван давлением света, нежели действием электрического поля, наведенного таким импульсом. Работа опубликована в Physical Review A. Развитие лазерных технологий открыло перед физиками новые режимы генерации света. Особый интерес представляет генерация сверхкоротких лазерных импульсов, потому что в этом случае вся энергия оказывается сконцентрирована в небольшой временной области. На сегодняшний день рекордной признана интенсивность, равная 2×1022 ватт на квадратный сантиметр. При воздействии таких сильных полей поведение вещества становится совершенно иным. Это, в свою очередь, требует пересмотра теоретических подходов к его описанию.
Предложена новая эффективная схема бозонного сэмплинга в фотонной оптической схеме
Иллюстрация: Jun Gao et al. / arXiv.org, 2020. Китайские физики придумали новый способ бозонного сэмплинга в фотонной оптической схеме. Они предложили использовать информацию о времени детектирования фотонов для оценки вероятностей разных исходов. Для самого сэмплинга авторы использовали интегральные схемы, соединенные между собой во времени. Такой подход позволяет увеличивать размерность задачи бозонного сэмплинга для фиксированного числа входных одиночных фотонов и опередить классический компьютер в решении этой задачи. Препринт работы опубликован на arXiv.org. Бозонный сэмплинг — идеальный кандидат для демонстрации мощности квантовых вычислений, хотя реализовать его на классическом компьютере оказывается намного сложнее, чем, например, на фотонном вычислителе. Недавно ученые под руководством Цзянь-Вэй Пана (Jian-Wei Pan) смогли продемонстрировать это экспериментально: они собрали сложные оптические схемы 50-фотонного источника и интерферометра для получения вероятностного распределения, характерного для бозонного сэмплинга.
Создан мягкий актуатор со способностью изгибаться, захватывать предметы и измерять свою длину
Фото: Mei Yang et al. / Optics Express, 2020. Американские инженеры создали мягкий актуатор, способный изгибаться и захватывать предметы. Внутри него расположено оптоволокно, выступающее в качестве основы интерферометра, что позволяет измерять угол закручивания актуатора и размеры захватываемых объектов. Статья ученых опубликована в Optics Express. Мягкие роботы представляют собой более безопасную альтернативу классическим роботам в некоторых областях, например, в медицине. В них часто применяют корпус и детали из эластомера, а также пневматический принцип движения с внешним насосом (хотя есть и полностью автономные прототипы с собственной выработкой газа). Но обычно пневматические актуаторы выполняют лишь свою основную задачу, а за контроль их движения отвечает отдельный блок с камерой и компьютером. Инженеры из Университета Джорджии под руководством Мэйбл Хо (Mable Fok) создали актуатор для хватания предметов, отслеживающий свою деформацию. Он состоит из нескольких частей. Внутри расположен мягкий стержень диаметром в три миллиметра, а внутри стержня расположено тонкое оптоволокно с высоким уровнем двойного лучепреломления — расщеплением входящего луча на два с разным направлением.
Физикам удалось рекордно уточнить величину постоянной Ридберга и зарядового радиуса протона
Физики из Германии провели рекордно точное измерение частоты двухфотонного 1S-3S перехода атома водорода, лежащего в ультрафиолетовой области, с помощью техники частотных гребенок. Результаты эксперимента позволили получить уточненные значения постоянной Ридберга и зарядового радиуса протона, что приблизило ученых к решению «загадки радиуса протона». Работа опубликована в Science. «Загадкой радиуса протона» называется расхождение данных по измерению протонного размера, полученных различными экспериментальными группами. Она возникла в 2010 году, когда были опубликованы результаты по сверхточному измерению лэмбовского сдвига в мюонном водороде — экзотической частице, в котором электрон заменен мюоном. Мюон, согласно принципу лептонной универсальности, не должен отличаться от электрона ничем, кроме массы и времени жизни. Из-за того, что мюон в 207 раз тяжелее, он ближе находится к протону, следовательно, эксперименты с мюонными атомами позволяют точнее определить его размер.
Обнаружена применимость термодинамического уравнения капиллярной конденсации Кельвина на атомарном уровне
Иллюстрация: QianYang et al./ Nature, 2020. Британские и китайские физики обнаружили, что уравнение Кельвина, которое описывает конденсацию воды в макроскопических капиллярах, неожиданно хорошо работает и на атомарном уровне — за пределами области своей применимости. Работоспособность термодинамического уравнения на таких масштабах авторы работы считают случайной и связывают ее с одновременной упругой деформацией стенок капилляров. Тем не менее на качественном уровне макроскопическое уравнение капиллярной конденсации должно работать в большинстве случаев и на атомарном масштабе, пишут ученые в Nature. Уравнение Кельвина, связывающее между собой кривизну поверхности конденсирующейся жидкости и давление пара над ней, — одно из очень важных для физической химии соотношений. Оно помогает описать динамику конденсации жидкости в пористых материалах, зародышеобразование во время кристаллизации или процессы коррозии. Эту же взаимосвязь используют, когда с помощью адсорбции измеряют размер пор в пористых материалах.
