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.

Читать далее

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.

Читать далее

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.

Читать далее

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 NatureУравнение 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.

Читать далее

Создан высокоэффективный источник одиночных фотонов для масштабирования оптических вычислений

Иллюстрация: Zhaohui Ma et al. / Physical Review Letters, 2020. Физики создали интегральный источник одиночных фотонов, яркость которого в десять раз выше, чем у лучших предшественников. При маленьких мощностях накачки разработанный источник способен генерировать пары фотонов с мегагерцовыми частотами. Это может пригодиться для масштабирования оптических вычислений, где необходимо объединить все оптические элементы на чипе, по аналогии с электрическими схемами Работа принята для публикации в Physical Review Letters. Фотонные квантовые вычислители уже превзошли классические в задаче бозонного сэмплинга на 100 кубитах. Следующий закономерный шаг в развитии оптических технологий — увеличение числа кубитов, уменьшение и упрощение оптической схемы для решения сложных прикладных задач. Оптическая установка для квантовых вычислений состоит из источника одиночных фотонов, основной части, которая изменяет состояния фотонов, и детекторов. Вид основной части зависит от кодировки кубитов: например, если вся информация содержится в поляризации фотонов, то их состояния можно менять с помощью поляризационных пластинок.

Читать далее

Экспериментально показано отсутствие объективной реальности

Новый эксперимент в сфере квантовой физики показал необычный феномен, который раньше существовал лишь в теории. Согласно MIT Technology Review, в нужных условиях два человека могут наблюдать одно и то же событие, но с разным результатом, при этом оба будут правы. Согласно исследованию, результаты которого доступны на сайте arXiv.org, сотрудники шотландского Университета Хериота-Уатта (Heriot-Watt University) впервые продемонстрировали, как два человека могут находиться в двух разных реальностях, спроектировав классический теоретический эксперимент по квантовой физике на практике. Подобные задачи прежде всего связаны с именами таких ученых, как Юджин Вигнер и Эрвин Шрёдингер.

Читать далее

Создана высокоскоростная камера способная фиксировать распространение ударной волны в воде и движение света в кристалле

Физики создали камеру, которая позволяет снимать со скоростью триллион кадров в секунду и с ее помощью можно увидеть процессы, происходящие в прозрачных объектах — например, распространение ударной волны в воде и движение света в кристалле. Статья опубликована в журнале Science Advances. Высокоскоростная съемка используется учеными давно. С ее помощью можно изучать деформацию материала при ударе, следить за летящей пулей или началом ядерного взрыва. Но значительная часть интересных для изучения процессов прозрачны или почти прозрачны, такие как воздушный вихрь, взрывная волна или химические реакции. Для создания камеры, способной зафиксировать такие процессы, требуется не только добиться высокой частоты кадров, но и адаптировать технологию фазово-контрастной микроскопии, используемую для изучения бесцветных объектов. Камера, созданная под руководством профессора Лихона Вана (Lihong Wang) из Калифорнийского технологического института называется pCUP (phase-sensitive compressed ultrafast photography).

Читать далее

Механика жидкости и газа: последние открытия и математические доказательства

Удивительное экспериментальное открытие, связанное с поведением жидкостей, запустило волну математических доказательств. Научный прогресс не всегда движется по прямой. Исследователи начинают заниматься какими-то вопросами, а потом бросают их. Результаты перестают вдохновлять. На формирование теории могут уйти десятилетия. Но иногда накопление научных знаний идёт прямой дорогой, и одно открытие порождает другое, будто падение костяшек домино. Подобное недавно произошло в области, изучающей при помощи математики механику жидкостей. Удивительное экспериментальное открытие 2013 года запустило серию математических доказательств, разрушивших вековые представления. «Это была очень динамичная и удивительная история», — сказал Александр Киселёв, математик из Университета Дьюка, соавтор одного из доказательств. В основе открытий лежат уравнения Эйлера, сформулированные Леонардом Эйлером в 1757 году. Математики и физики использовали их для моделирования поведения жидкостей во времени. Если бросить в пруд камень, как будет двигаться жидкость через пять секунд? Уравнения Эйлера помогут ответить на этот вопрос.

Читать далее

Будущее ДНК-вычислений: объемная 3D-архитектура, наноразмер и невероятная производительность

Наиболее вероятно, что главным революционным отличием процессоров будущего станут объемная (3D) архитектура и наноразмер составляющих, что позволит головокружительно увеличить количество элементов. Сегодня кремниевые технологии приближаются к своему технологическому пределу, и ученые ищут адекватную замену кремниевой логике. Клеточные автоматы, спиновые транзисторы, элементы логики на молекулах, транзисторы на нанотрубках, ДНК-вычисления. Но как собрать наноэлементы в сложное единое целое? Как подвести к ним питание? Как они будут обмениваться информацией? Как их заставить работать сообща? И еще, не менее важная проблема – как организовать обмен информацией между внешним миром и наноустройствами, иначе говоря, как сделать информационный переходник от «микро» к «нано»? Увы, на сегодняшний день главные претенденты на замену кремния находятся в состоянии идей или работающих стендовых образцов. Их технические реализации, в подавляющем большинстве, не дают ответа на поставленные выше вопросы, откладывая на будущее решение этих проблем.

Читать далее