Чем глубже мы проникаем в изучение мира, тем более фундаментальные истины о нашей природе нам полноценно открываются. Возможность реально постичь и описать все мельчайшие из существующих объектов позволит нам построить на этой основе полноценное и целостное понимание всех крупных структур. Однако остаётся открытым вопрос о существовании предела уменьшения пространственных масштабов. Во Вселенной действуют определенные законы, нарушения которых никогда не наблюдались. Мы полагаем, что некоторые из них являются неизменными: ничто не может двигаться быстрее света; при взаимодействии квантов энергия сохраняется; импульс и угловой момент не могут быть созданы или уничтожены. Несмотря на это, некоторые из этих правил, по всей вероятности, были нарушены в прошлом. Например, симметрия материи и антиматерии. При каждом взаимодействии, порождающем или уничтожающем частицы материи, рождается или уничтожается равное количество их античастиц – антиматериальных двойников.
На иллюстрации: Схематическое изображения деформационных эффектов, реализующихся в металлах. Shiteng Zhao / Science Advances. Физики зафиксировали аномальное поведение многокомпонентных сплавов при воздействии деформации. Было установлено, что под экстремальным угловым давлением во всей кристаллической решетке выбранного металла формируется аморфная фаза. Данное явление является весьма нетипичным для сплавов, а в случае с многокомпонентными – наблюдается впервые. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances. Высокоэнтропийные сплавы, независимо разработанные Брайаном Кантором и Йен-Веем Йе в 2004 году, представляют собой смесь из не менее пяти металлов с приблизительно равным содержанием. Известно, что такие сплавы демонстрируют уникальные свойства, отличающиеся от свойств обычных металлов и сплавов. Например, при низких температурах они сохраняют высокую прочность или даже превосходят ее, в то время как традиционные сплавы становятся хрупкими и теряют прочность.
Иллюстрация: A.V. Gordeeva et al. / Scientific reports. Российские физики недавно достигли весьма значительного прорыва в области детектирования, создав болометр холодных электронов с рекордно низкой рабочей температурой. Благодаря полному подавлению андреевского рассеяния, этим исследователям удалось охладить электроны в приемнике до 65 милликельвин. Это позволило существенно повысить чувствительность детектора, что имеет важное значение для изучения слабого реликтового излучения и исследования Вселенной. Болометры – это приборы, которые регистрируют изменение физической величины (например, электрического сопротивления) в зависимости от мощности падающего излучения. Чувствительность болометра напрямую зависит от температуры приемника. Стандартные гелиевые криостаты, используемые для охлаждения, обеспечивают рабочую температуру порядка 300 милликельвин. В болометрах холодных электронов используется абсорбер из «нормального» металла, который способен самоохлаждаться при облучении фотонами.
Иллюстрация: E.D. Walsh et al / Science. Физики создали тонкий светочувствительный контакт Джозефсона на основе графена, способный обнаруживать отдельные фотоны в ближнем инфракрасном диапазоне. Причем, высокая чувствительность здесь достигается за счет взаимодействия света с поверхностными плазмонами, находящимися в очень простом контакте. Так светочувствительность подобных контактов теперь может быть использована для высокоскоростной связи с малым энергопотреблением между элементами архитектуры будущих сверхпроводящих компьютеров. Результаты исследования опубликованы в виде статьи в журнале “Science” и доступны в формате препринта. Контакт Джозефсона представляет собой структуру из двух сверхпроводников, разделенных тонким диэлектрическим слоем. Его уникальная особенность заключается в способности куперовских пар электронов, отвечающих за перенос тока в сверхпроводнике, туннелировать через такой контакт. Данный механизм нашел исключительно широкое применение, от высокочувствительной магнитометрии до реализации кубитов.
Иллюстрация от: M.K.L. Man et al / Science. Физики осуществили визуализацию волновых функций экситонов в монослое диселенида вольфрама посредством измерения импульсов выбитых из материала электронов. Для определения импульсов использовалась фотоэлектронная спектроскопия с угловым и временным разрешением. Результаты полного исследования опубликованы в журнале Science Advances, а также доступен препринт работы. Экситонами принято называть связанные состояния электронов и дырок (незаполненных вакансий в спектре электронных состояний кристалла), которые можно интерпретировать как квазичастицы. Экситон представляет собой корреляцию между возбужденным светом электроном, перешедшим из валентной зоны в зону проводимости, и оставшейся дыркой в валентной зоне. Изучение экситонов играет важную роль в исследовании различных физических явлений, таких как бозе-конденсация, топологические изоляторы и сверхтекучесть. Взаимодействие между электроном и дыркой аналогично взаимодействию между ядром и электроном в атоме.
Иллюстрация: O. Borzenkova et al. / Applied Physics Letters. Гуруппа российских физиков экспериментально подтвердила очень высокую устойчивость одного квантового вариационного алгоритма к воздействию сильных шумов на фотонном простейшем квантовом компьютере с поляризационными кубитами. С помощью данного алгоритма они осуществили расчет квантового фазового перехода в модели взаимодействия элементарных частиц и проанализировали возможность его обнаружения при наличии зашумленных измерений. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Physics Letters. В дополнение к известным квантовым алгоритмам, доступным исключительно на квантовых компьютерах, ученые активно ищут альтернативные способы применения квантовых симуляторов в настоящий момент. К числу таких возможностей относятся квантовые гибридные вариационные алгоритмы. Их особенность заключается в комбинированном использовании квантового и классического вычислителей для решения любой задачи, при этом каждый из них отвечает за выполнение соответствующей подзадачи.
