Открыто отрицательное влияние радиации на устойчивость сверхпроводящих кубитов

Иллюстрация: Antti Vepsäläinen et al. / Nature, 2020. Американские физики показали, что ионизирующее излучение от космических лучей и радиоактивных материалов в окружающей среде может ограничить время когерентности сверхпроводящих кубитов. Исследователи показали, что радиация приводит к разрушению куперовских пар в сверхпроводнике и сокращает время жизни квантовых состояний, а радиационная защита увеличивает устойчивость системы. В будущем борьба с ионизирующим излучением должна помочь в создании отказоустойчивых сверхпроводящих квантовых компьютеров, пишут ученые в журнале Nature. Квантовые компьютеры потенциально могут справляться с целым рядом задач на порядки быстрее, чем даже самые мощные существующие суперкомпьютеры. В то время как обычные компьютеры основаны на простых битах, квантовые устройства состоят из связанных кубитов (квантовых битов), и именно стабильность последних — главная проблема в таких системах. Дело в том, что квантовые состояния крайне неустойчивы и легко разрушаются, поэтому основная характеристика кубитов — это время когерентности, или же их «время жизни». Чем дольше «живут» кубиты, тем более длительные, сложные и интересные вычисления могут выполнить квантовые компьютеры.

Читать далее

Предложен новый изолятор на основе графена с наноструктурным подслоем

Иллюстрация: Gennady Shvets et al. / Advanced photonics, 2020. Физики предложили экспериментальную модель топологических изоляторов второго порядка на основе графена с наноструктурным подслоем. Такой подход позволяет управлять распределением энергетических зон в графене «удаленно» с помощью метазатвора. Разработанная система поможет в изучении квантовых нелокальных эффектов в периодически легированном графене и разработке сверхкомпактных нанофотонных волноводов и резонаторов. Работа  опубликована в Advanced photonicsНачало активному исследованию топологических изоляторов положила нобелевская премия 2016 года «за теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз материи». Структура энергетических уровней изолятора отличается от полупроводника или проводника тем, что все его электроны находятся в валентной зоне, в то время как зона проводимости остается незаполненной. Электроны двумерных материалов в магнитном поле тоже имеют распределение по уровням, называемым уровнями Ландау.

Читать далее

Впервые сформировано изображение светового поля без использования объектива на основе схемы с рассеивателем в качестве кодировщика информации

Иллюстрация: Zewei Cai et al. / Light: Science & Application, 2020. Ученые сформировали изображения светового поля без использования объектива. Вместо него в схему камеры поместили рассеиватель излучения, который играл роль кодировщика информации о световом поле для ее дальнейшего восстановления по двумерному изображению. Такой подход позволил физикам повысить как пространственное, так и угловое разрешение получаемых изображений, а в будущем этот метод поможет преодолеть фундаментальные ограничения на качество векторного изображения светового поля, характерные для предыдущих поколений похожих устройств. Текст работы опубликован в журнале Light: Science & Application. Обычная фотография представляет собой двумерное изображение, которое не может передать угловое распределение попавшего на сенсор света. Камеры светового поля (они же пленоптические), напротив, созданы для регистрации информации как о пространственном расположении источников излучения, так и о направлении распространения света. Такое сочетание открывает множество возможностей: к примеру, на готовой фотографии можно изменить дистанцию фокусировки, а по полученному изображению измерить расстояние до объекта. Потенциал камер светового поля уже используют в микроскопии, а также существуют коммерческие пленоптические камеры.

Читать далее

Многомировая интерпретация мироустройства вселенной: кратко о ведущей физической гипотезе

Из-за того, что квантовую физику нельзя полностью наблюдать и точно проводить эксперименты по всем возникающим вопросам, ученые делятся на несколько лагерей относительно мироустройства вселенной. Многомировая интерпретация является одной ведущих многомировых гипотез в физике и философии, наряду с копенгагенской интерпретацией и новой интерпретацией согласованных хронологий. В классической физике все просто: есть пространство и время, есть материя, находящаяся в этом пространстве, есть параметры системы (как импульс или положение), и есть законы физики, которые описывают изменение этих параметров. Если точно знать начальное состояние системы, можно предсказать ее поведение в будущем с абсолютной точностью. В квантовой физике все не так. Тут систему описывает волновая функция. Она определяет вероятность измерить систему в определенном состоянии (например, определенную координату или импульс). До измерения нельзя сказать, что система обладает определенным моментом, она обладает только волновой функцией. Когда мы пытаемся измерить волновую функцию частицы, то она покажет нам один из вариантов, а не весь возможный градиент.

Читать далее

Обнаружен эффект произвольного движения капель ацетона по полимерной мембране, что может быть полезно для создания маломасштабных двигателей

Американские физики увидели колебания ацетоновых капель на тонкой подложке без какого-либо внешнего воздействия. Причиной движений оказалось сочетание искривления и релаксации подложки за счет впитывания и испарения жидкости на ее поверхности. Ученые теоретически и экспериментально описали закономерности движения в такой системе и предположили, что обнаруженные эффекты можно будет применить в разработке маломасштабных двигателей. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters. Если поместить каплю жидкости на твердую плоскую поверхность, то она либо распластается по твердому телу, либо примет форму, близкую к шарообразной, — в зависимости от смачиваемости поверхности. Смачиваемость, в свою очередь, зависит от того, как соотносятся силы притяжения частиц жидкости между собой и с частицами более плотного вещества. В случае, если структура поверхности или внешние силы не создают градиент потенциала капли, то на этом ее движение обычно останавливается. Однако Адити Чакрабати (Aditi Chakrabarti) из Гарвардского университета вместе с коллегами заставил каплю из ацетона колебаться на подложке из полидиметилсилоксана без какого-либо внешнего воздействия на систему.

Читать далее

Впервые удалось добиться стабильной работы лазерно-плазменного ускорителя электронов в течение более чем 27 часов

Фото: Sören Jalas / Universität Hamburg. Немецкие ученые добились стабильной работы лазерно-плазменного ускорителя электронов в течение более чем 27 часов. Непрерывная работа установки позволила сузить флуктуации параметров ускорения и набрать большую статистику, из которой исследователям удалось вычленить корреляцию между параметрами лазера и колебаниями максимальной энергии электронов. В результате физики научились моделировать колебания конечной энергии частиц с точностью до десятых процента. В будущем такой метод может помочь реализовать активную стабилизацию пучка электронов прямо в процессе ускорения, которая необходима для применения лазерно-плазменных ускорителей в прикладных и научных целях. Статья опубликована в журнале Physical Review X. В современных ускорителях заряженные частицы приобретают энергию в радиочастотных резонаторах, которые прошли длинный путь от простейших установок до сверхпроводящих систем с замысловатой геометрией и сложнейшей технологией производства. Все это выливается в крайне высокую стоимость таких резонаторов, а фундаментальные ограничения на достигаемые в них поля не дают ускорять частицы с темпом больше, чем несколько десятков мегаэлектронвольт на метр.

Читать далее

Впервые экспериментально созданы два взаимодействующих временных кристалла в одной сверхтекучей системе

Физики впервые создали два уверенно взаимодействующих временных кристалла в сверхтекучем гелии и обнаружили несвойственный такой системе эффект Джозефсона. Работа опубликована в журнале Nature Materials. Кристаллы, системы которые полностью повторяют свою структуру при пространственных сдвигах, хорошо изучены учеными и активно применяются в технологиях. В 2012 году Нобелевский лауреат Франк Вильчек впервые предложил концепцию «кристалла времени» (time crystal), где состояние периодически воспроизводится с течением времени. Простейшим аналогом такого кристалла мог бы быть идеальный маятник, но в простых механических системах колебания быстро затухают и поэтому временными кристаллам они не являются. Свойство системы сохранять состояние называется когерентностью, то есть временные кристаллы теоретически могут возникать только в когерентных системах. Ярким примером таких систем является сверхтекучий конденсат Бозе — Эйнштейна, состоящий из охлажденных бозонов в когерентном состоянии. Ранее физикам удавалось создать временной кристалл в сверхтекучих газах, но создание и взаимодействие нескольких кристаллов до сих пор оставалось открытой задачей.

Читать далее

Поглотят ли черные дыры нашу вселенную: парадокс исчезновения информации в чёрной дыре

Сенсационное заявление сделали европейские ученые: им удалось впервые сделать фотографию черной дыры – сверхмассивного коллапсара в далекой галактике Messier 87, находящейся в скоплении Девы. Расстояние до этой черной дыры – около 50 млн световых лет, или почти 500 квинтиллионов (500 миллионов триллионов) километров. Чтобы ее сфотографировать, потребовалась сеть из восьми телескопов, расположенных на разных континентах. “То, что мы видим на снимке, – больше по размеру, чем вся наша Солнечная система, – пояснил Би-би-си профессор Университета Неймгена в Нидерландах Хейно Фальке. – Масса этой черной дыры превышает солнечную в 6,5 млрд раз”. “Это одна из самых массивных черных дыр, которые в принципе могут существовать, – добавил профессор. – Абсолютный монстр, чемпион Вселенной в сверхтяжелом весе”.

Читать далее

Разработан метод сохранения когерентности спиновых кубитов до десятков миллисекунд

Фото: K. S. Miao, et al. / Science, 2020. Физики из США и Японии увеличили время когерентности твердотельных спиновых кубитов до десятков миллисекунд, что на четыре порядка больше, чем в предыдущих спиновых системах. Работа опубликована в журнале Science.  Квантовые компьютеры способны намного превзойти классические вычислительные устройства во многих задачах, от симуляций сложных биологических систем до разложения больших чисел на простые множители. Элементарные объекты в квантовым компьютере (кубиты) представляют собой микроскопические и очень хрупкие системы. Например, в твердотельной реализации квантового устройства в качестве кубитов выступают спины. Основная характеристика кубитов — это время когерентности, которое определяет сколько живет квантовое состояние. В спиновых системах время когерентности достигает нескольких микросекунд, что, к сожалению, не достаточно чтобы провести большие и интересные вычисления. Группа ученых из США и Японии под руководством профессора Дэвида Авшалома (David D. Awschalom) разработала метод сохранения когерентности спиновых кубитов до десятков миллисекунд, что в 10000 раз больше предыдущих экспериментов.

Читать далее