В далеком 1887 году шотландский физик Уильям Томсон предложил свою геометрическую модель структуры эфира, который якобы являлся всепроникающей средой, колебания которой проявляются для нас как электромагнитные волны, в том числе и свет. Несмотря на полный провал теории эфира, геометрическая модель продолжила свое существование, и в 1993 году Денис Уэйр и Роберт Фелан предложили более совершенную модель структуры, способной максимально заполнить пространство. С тех пор эта модель интересовала по большей степени математиков или художников, но недавнее исследование показало, что она может стать основой будущих технологий, использующих свет вместо электричества. Что же такое пена Уэйра-Фелана, в чем ее необычность и как можно ее применить для поимки света? На эти и другие вопросы мы найдем ответы в докладе исследовательской группы. Поехали. В начале расскажем об основе исследования. Буквально сотню лет тому назад в научном сообществе существовала весьма любопытная теория о некой материи всего вокруг. Данная теория была нацелена на объяснение природы электромагнитных волн.
Архив рубрики: Наука
Бесконечность математического мира: просто ли записать число через сумму трех кубов?
Тяжело искать ответы в бесконечном пространстве. Математика уровня старших классов может помочь вам сузить область поисков. Учитывая, что люди изучают свойства чисел тысячи лет, можно было бы решить, что нам известно всё о числе 3. Однако недавно математики обнаружили нечто новое касательно числа 3: третий способ выразить это число в виде суммы трёх кубов. Задача записи числа через сумму трёх кубов целых чисел оказывается неожиданно интересной. Легко показать, что большую часть чисел нельзя записать в виде одного куба или суммы из двух кубов, но существует гипотеза, что большую часть чисел можно записать в виде суммы из трёх кубов. Однако найти эти кубы оказывается иногда чрезвычайно сложно. К примеру, нам было известно, что число 3 можно записать в виде 13 + 13 + 13, а также в виде 43 + 43 + (-5)3, однако более 60 лет математиков интересовал вопрос, нет ли ещё одного способа сделать это. И в этом сентябре Эндрю Букер и Эндрю Сазерленд, наконец, нашли и третий способ:
Впервые проведено надежное квантовое неразрушающее измерение характеристик кубита
Физики из Австралии и Японии впервые провели квантовое неразрушающее измерение кубита, который состоял из одного электрона в квантовой точке. Ученые показали, что надежность такого измерения составляет более 99,6 процентов. Статья опубликована в Nature Communications. Существует множество платформ, на основе которых можно построить универсальный квантовый компьютер. Однако, у каждого подхода есть свои недостатки. Например, сверхпроводящие кубиты имеют небольшие времена когерентности по сравнению с другими реализациями, а из холодных атомов трудно построить большой квантовый компьютер. Квантовые точки — перспективная реализация кубитов, но и они имеют множество проблем. Одна из них — качественное измерение кубитов, которое не разрушает квантовое состояние системы. В данном контексте кубитами считаются одиночные электроны в квантовых точках, а состояния 0 и 1 описываются электронным спином.
В погоне за нейтрино — хамелеоном среди элементарных частиц
Одной из наиболее интересных задач современной физики является определение порядка масс нейтрино. Физики из кластера передового опыта PRISMA+ в Университете Иоганна Гутенберга в Майнце (JGU) играют ведущую роль в новом исследовании, которое указывает на то, что загадка упорядочения массы нейтрино может быть окончательно решена в ближайшие несколько лет. Это произойдет благодаря совместному проведению двух новых нейтринных экспериментов, которые находятся в стадии разработки-модернизации эксперимента IceCube на Южном полюсе и подземной нейтринной обсерватории Цзянмэнь (JUNO) в Китае. Скоро они дадут физикам доступ к гораздо более чувствительным и дополняющим друг друга данным о порядке масс нейтрино. Нейтрино — хамелеоны среди элементарных частиц. Нейтрино производятся естественными источниками — например, в недрах Солнца или других астрономических объектов, — а также в огромных количествах атомными электростанциями. Однако они могут проходить сквозь обычную материю — такую как человеческое тело —практически беспрепятственно, не оставляя следов своего присутствия.
Предложена идеальная криптографическая технология, которую невозможно физически взломать
В непрекращающейся гонке создания и взлома цифровых кодов идея идеальной секретности парит где-то на горизонте наподобие миража. Недавняя исследовательская работа привлекла к себе как интерес, так и скептицизм, благодаря описанию того, как достичь идеальной секретности при передаче сообщений при помощи особых кремниевых чипов, генерирующих однократные ключи, которые невозможно воссоздать. Современная криптография требует, чтобы компьютерные алгоритмы выполняли математически сложные процессы, превращающие обычные данные в тарабарщину. Обычно данные становятся нечитаемыми для любого человека, у которого нет цифрового ключа, раскрывающего математику, использованную для защиты этих данных – если только у оппонента не окажется достаточно вычислительных мощностей, чтобы взломать математически сложный код без ключа. Однако в опубликованном 20 декабря 2019 года в журнале Nature Communications исследовании заявляется об изобретении «криптографии идеальной секретности», которая будет оставаться в безопасности даже когда у оппонента появится доступ к квантовым компьютерам будущего.
Рассмотрение случайных процессов позволило получить новый закон движения турбулентных систем
Используя случайные процессы, три математика доказали элегантный закон, лежащий в основе хаотического движения турбулентных систем. Представьте себе спокойную реку. А теперь представьте быстрый поток пенящейся воды. Какая между ними разница? Для математиков и физиков она состоит в том, что спокойная река течёт в одном направлении, а бурный поток – в нескольких направлениях сразу. Физические системы с таким бессистемным движением называют турбулентными. Из-за того, что их движение имеет одновременно столько характеристик, их очень сложно изучать математически. Сменится не одно поколение математиков до тех пор, пока исследователи научатся описывать бурную речку точными математическими выражениями. Однако новое доказательство говорит о том, что хотя некоторые турбулентные системы и кажутся непокорными, на самом деле они подчиняются одному универсальному закону. В этой работе приводится одно из самых строгих описаний турбулентности, когда-либо данных математикой.
