Новости науки. Не стоит на месте прогресс в области квантовых вычислений. Достижение квантового превосходства квантовыми компьютерами уже не новость. В 2019 году его удалось продемонстрировать на твердотельном квантовом процессоре Sycamore, разработанном в Google. Имея 53 кубита, он за 200 секунд решил задачу, на которую наилучшим современным компьютерам потребовались бы тысячи лет.

В 2020 году китайская группа сумела добиться квантового превосходства на другом виде квантовых компьютеров - оптическом квантовом процессоре. В нём вместо твердотельных квантовых точек в роли кубитов выступают обычные фотоны света, перемещающиеся по малюсеньким интерферометрам. Фотоны в различных рукавах интерферометра могут взаимодействовать друг с другом, что запутывает их и тем самым образует квантовое состояние. Процессоры такого вида набирают популярность, потому что они гораздо проще в реализации, легко масштабируемы и не требуют охлаждения до сверхнизких температур. Чего, однако, у китайского процессора не было, это возможности программирования. Он представлял собой жестко заданную структуру интерферометров, решающую только строго определённую задачу.

И вот, канадской компании Xanadu удалось показать квантовое превосходство на уже программируемом оптическом квантовом процессоре. Возможность программирования заключается в том, что мы можем, грубо говоря, с помощью специальных электродов изменять фазу фотонов в рукавах интерферометра, тем самым меняя структуру их оптического пути. Квантовый процессор Xanadu Borealis (как он работает можно посмотреть вот тут - тыц) имеет 216 оптических кубит, с помощью которых он сумел за 36 микросекунд решить задачу, на которую самому лучшему современному суперкомпьютеру потребовалось бы 9000 лет. В роли задачи выступил алгоритм бозонной выборки, который сводится к расчету распределения интенсивности бозонов (в данном случае, конечно, фотонов) на выходе запутанной оптической системы. Задача не имеет абсолютно никакой практической значимости и выступает исключительно в роли своеобразного бенчмарка, показывающего производительность системы. Что ж, будем ждать применения технологии к чему-то реальному. Например, к взлому шифрования банковских систем.

Исследование опубликовано в Nature 1 июня 2022 года.

#news

Анимация. По мере роста наших вычислительных возможностей и более полного понимания устройства климата нашей планеты, мы можем строить всё более глобальные и точные климатические модели. На этой анимации, составленной учеными из MIT совместно с Лабораторией реактивного движения NASA в рамках проекта по моделированию океанического климата, показана структура океанического течения Гольфстрим, простирающегося от Мексиканского залива до побережья Западной Европы. Как видно, течение вовсе не такое однородное, как мы привыкли думать, но состоит из множества подпотоков и турбулентных образований. Наложенные цвета кодируют температуру поверхностного слоя воды. Данные взяты с 2005 по 2007 год.

#animation

APOD. Панорамная карта локальной вселенной, насчитывающая примерно полтора миллиона галактик (из нескольких триллионов) до красного смещения z = 0.2. Цветами обозначены различные крупномасштабные структуры и кластеры, например Местное сверхскопление, Скопление Центавра, Скопление Волос Вероники и ряд других. Понятно, что в телеграмной версии ни черта не видно, но ведь есть же ссылка на высокое разрешение с возможностью скачать постер для распечатки - тыц.

#apod

История науки. Великий американский музыкант Луи Армстронг пытается объяснить не менее великому датскому физику, идеологу и, не побоюсь этого слова, интерпретатору квантовой механики Нильсу Бору, как устроена труба, 1959 год. Нет, Нильс, это тебе не копенгаген, тут солипсизм воткнуть не получится.

#scihistory

Изображение. Давненько мы не наслаждались красивыми телескопами. В этот раз это высокогорная обсерватория Сфинкс, находящаяся на высоте 3571 метр у горы Юнгфрау в Швейцарии. Это делает её одной из самых высокорасположенных обсерваторий в мире и самой высокой в Европе. Построенное в 1937 году здание несёт службу в области наблюдения за погодой, солнечной спектроскопии и в ряде других экспериментов. Но примечательным его делает в первую очередь живописное расположение. Настолько живописное, что ученые даже поступились столь желанной приватностью и открыли прилегающую обзорную площадку для туристов.

#scimage

Научная статья. Сложный материал, вы предупреждены. Квантовые компьютеры постепенно становятся обыденностью. Новости о них уже перестают удивлять, да и саму квантовую вычислительную машину (правда, пока только с двумя кубитами) уже можно приобрести за не такие уж баснословные деньги. Встаёт вопрос, а кто, собственно, будет эти квантовые компьютеры программировать? Ведь навыки классического программирования там малоприменимы. С целью подготовки специалистов для будущих нужд индустрии ученые из Лос-Аламоса выпустили стостраничную статью, в которой описывают, как устроены квантовые компьютеры, принципы их программирования, а также разбирают 20 основных квантовых алгоритмов, такие как алгоритм Гровера для решения задачи перебора, алгоритм Шора для размножения чисел на множители и другие.

Опубликована работа в ACM Transactions on Quantum Computing 28 марта 2022 года.

#paper

APOD. Симуляция образования галактического кластера в ранней вселенной, подготовленная проектом IllustrisTNG, поддерживаемым немецкими и американскими астрофизиками и космологами. В рамках проекта используются современные космологические модели, чтобы создавать достоверные, а самое главное красивые магнитогидродинамические симуляции различных космологических процессов.

В данной симуляции газ ранней вселенной начинает сжиматься под действием гравитации, формируя скопление галактик. Яркость кодирует скорость газа, от нуля до 1000 км/с. При красном смещении z = 1 вид сменяется на визуализацию звёздного населения. Обратите внимание, как сокращается масштабная линейка - модель учитывает космологическое расширение пространства.

Смотреть рекомендую в высоком разрешении, анимация действительно весьма красива.

#apod

История науки. Американский геолог Клэр Паттерсон позирует с неопознанным горшком. Паттерсон наиболее известен тем, что в 1956 году точно определил возраст нашей планеты как 4.55 миллиарда лет. Сделал он это с помощью анализа возраста метеоритов, используя открытый им же метод свинец-свинцового радиоизотопного датирования. С тех пор это значение практически не изменилось. Он также внёс весомый вклад в то как мы воспринимаем свинец вокруг нас. В то время считалось, что свинец не оказывает особого негативного влияния на организм человека, а потому многие индустриальные источники выбрасывали его в огромных количествах, приводя к накоплению в окружающей среде. Паттерсон одним из первых понял опасность этого и сыграл существенную роль в урегулировании его эмиссии.

#scihistory

Изображение. При выращивании наноплёнок решающее значение имеют структура и качество подложки - поверхности, на которую эта плёнка наносится. В идеале физики хотят иметь атомарно гладкую поверхность без каких-либо загрязнений или дефектов. В реальности чаще всего получается то, что показано на картинке. Это поверхность перовскита галлата неодима (NdGaO3), очищенная и отожженная при высокой температуре и измеренная с помощью сканирующего зондового микроскопа - малюсенькой иоголочки, "прощупывающей" поверхность. Чувствительность такого микроскопа настолько велика, что он с лёгкостью различает атомарные перепады высот. Каждая ступенька на изображении имеет высоту в всего-лишь одну кристаллическую ячейку материала (примерно 0.38 нанометра). Возникают ступеньки из-за того, что ориентация поверхности чуть-чуть не совпадает с ориентацией кристаллической решетки, поэтому атомы вынуждены формировать дискретные спадающие террасы.

#scimage

Цитата. "Создание физики есть общее достояние всего человечества. Восток и запад, север и юг в равной степени участвовали в нем.

В действительности это вера всех физиков; чем глубже мы ищем, тем больше наше изумление, тем сильнее мы удивляемся тому, что видим.

Я говорю это не только для того, чтобы напомнить об этом присутствующим здесь сегодня вечером, но и для тех, кто живет в третьем мире, кто чувствует, что проиграл в погоне за научным знанием из-за недостатка возможностей и ресурсов.

Альфред Нобель оговаривал, что никакие различия в расе или цвете кожи не должны влиять на то, кто получит его премию. По этому поводу позвольте мне сказать это тем, кому Бог сделал щедрый подарок. Давайте стремиться предоставить всем равные возможности, чтобы они могли заниматься созиданием физики и науки на благо всего человечества." (с) Абдус Салам, отрывок из нобелевской речи

#цитата

Новости науки. Рубрика "Экстремальные новости". Астрономы из Австралийского Национального Университета обнаружили самую яркую и самую быстрорастущую черную дыру, расположенную в относительной близости (относительной!) от нас. Принадлежит она квазару с поэтичным названием SMSS J114447.77-430859.3, расположенному на красном смещении z = 0.83, что составляет примерно 9.4 миллиардов световых лет.

(Здесь стоит оговориться, что расстояние в световых годах и возраст это не совсем одно и то же. С учетом космологического расширения пространства, свету от объекта, сегодня находящегося на расстоянии 9 миллиардов световых лет, нужно было всего 7 миллиардов световых лет, чтобы нас достичь.)

Квазары по сути представляют собой излучение от аккреционных дисков сверхмассивных черных дыр, расположенных в центре очень молодых галактик. Обнаруженный квазар не является самым ярким известным квазаром, хотя и практически вплотную подбирается к нему. Уникальным его делает именно его близость, хотя 11 миллиардов световых лет это всё ещё колоссальное расстояние. У квазаров есть отличительная особенность - они чрезвычайно активны только в очень ранней, а значит и очень "далёкой", вселенной. Для сравнения, самый яркий известный квазар находится на расстоянии аж 23.8 миллиарда световых лет. Что вызывает такую необычную активность SMSS J1144 в относительно поздний период пока не понятно. Тем не менее, свежеобнаруженный монстр светится примерно в 7000 раз ярче, чем вся галактика Млечный Путь и поглощает примерно одну земную массу каждую секунду. А разглядеть его можно даже в небольшой любительский телескоп, несмотря на его удалённость.

Статья с открытием принята к публикации в Publications of the Astronomical Society of Australia, а полный текст доступен в arXiv - тыц.

#news

Явление. Обычное испарение необычного твёрдого аргона. Аргона достаточно много вокруг нас - в газообразном виде в атмосфере его содержится примерно 1%. Но в твёрдой форме его встретишь не часто. Аргон затвердевает при -189 градусах, а значит заморозить его можно с помощью жидкого азота. Когда аргон плавится, он практически сразу переходит в газообразную форму, ведь разница между температурой плавления и температурой кипения всего четыре градуса.

#effect

Кристаллы. Цветные концентрические узоры, образуемые кристаллизованным витамином С, он же аскорбиновая кислота. Для получения таких красочных фотографий вещество сначала осаждается из пересыщенного раствора на стеклянную подложку или между двух тонких стеклянных пластинок, а затем используется техника микрофотографии в поляризованном свете, которая уже неоднократно упоминалась в этой и других рубриках.

#crystal

Новости науки. Человечество придумало множество способов детектирования и анализа различных волновых процессов. С помощью радаров мы умеем сканировать пространство, используя отражение и преломление электромагнитных волн. Аналогичные возможности дают нам сонары с помощью волн звуковых. Возможно ли реализовать что-то подобное с не так давно обнаруженными гравитационными волнами? Оказывается, возможно.

На текущий момент мы научились регистрировать только прямые гравитационные волны, порожденные очень высокоэнергетическими событиями - слияниями черных дыр или нейтронных звёзд. Но гравитационные волны во многих отношениях ведут себя аналогично многим другим волновым процессам - однажды испущенные они могут преломляться другими массивными объектами или отражаться от них. Такие преломлённые волны называют "гравитационными бликами", и до сегодняшнего дня считалось, что они настолько слабы, что даже говорить об их возможном обнаружении не стоит. Но исследователи из Кейсовского университета Западного резервного района в США представили теоретическую работу, в которой показали, что гравитационные блики могут быть вовсе не такими уж слабыми и вполне обнаружимыми с помощью, конечно, не текущего, но может быть следующего поколения гравитационно-волновых детекторов.

Основываясь на этих вычислениях, они предложили новое гипотетическое устройство, аналогичное радару - градар (гравитационно-волновой радар), который мог бы пролить свет на очень многие интересные и загадочные физические процессы, недоступные прямому наблюдению, ведь для гравитационных волн материя не преграда. С их помощью можно было бы изучать, что происходит в недрах звёзд, а также обнаруживать массивные компактные объекты, невидимые в электромагнитном спектре, например скопления тёмного вещества, одинокие нейтронные звёзды или что-нибудь ещё более экзотическое.

Конечно, авторы отмечают, что их работа это только самый первый шаг, и для реализации подобного устройства, если это вообще возможно, понадобятся ещё десятилетия работы. Тем более, что вовлечённая математика крайне сложна.

Работа принята к публикации в Physical Review Letters, а с текстом можно ознакомиться как всегда в arXiv - тыц.

#news

Изображение. Массив микроскопических зеркал из алмаза, созданных на алмазной подложке с помощью ионного травления. Радиус отдельного диска в самом широком месте - 250 нм, в самом узком - 50 нм, высота около трёх микрон (для плохо ориентирующихся в микропространстве, толщина человеческого волоса 50-100 микрон). Для чего может понадобиться изготовление подобного массива и каковы его преимущества перед классическими зеркалами? Используются они прежде всего в резонаторах мощных лазеров. Дело в том, что стандартные зеркала очень легко повреждаются при нагреве мощным лазерным пучком. Подобные же наномассивы отражают свет ничуть не хуже обычных зеркал (около 98% падающего излучения), но выигрывают за счет прочности алмаза, а большое количество элементов позволяет лучше распределять термическую нагрузку.

Более подробное описание структуры и свойств нанозеркала можно почитать в исследовании, опубликованном в Nature Communications - тыц.

#scimage