Аналоговые квантовые симуляторы

13.02.2023

Классические компьютеры не подходят для решения новых фундаментальных задач в области физики и не только. В будущем ученым могут с этим помочь универсальные и устойчивые к ошибкам квантовые компьютеры, но такие появятся еще нескоро. Однако если задачу нельзя просчитать, то почему бы не заняться экспериментами? Аналоговый квантовый симулятор может стать конструктором квантового мира, который поможет вскрывать самую загадочную физику за гранью теории.

Исследователи из Стэнфордского университета в США и Университетского колледжа Дублина (UCD) в Ирландии в журнале Nature Physics опубликовали работу, в которой рассказали о создании нового типа высокоспециализированного аналогового компьютера (точнее - симулятора). Ученые представили один элемент такого "компьютера" - два соединенных особым образом наноразмерных металло-полупроводниковых компонента, встроенных в электронную схему.

Предложенное решение имитирует взаимодействие двух элементарных частиц, в данном случае - атомов и электронов. Имитация настолько глубокая, что модель сохраняет все квантовые свойства атомов от межатомного взаимодействия до физических свойств частиц. Масштабируя платформу - выстраивая вещество атом к атому, как конструктор из кубиков "Лего" - можно добиваться моделирования материи с заданными свойствами и смотреть на ее реакцию при взаимодействии с другой материей и на изменение ее свойств. Рассчитать такое на масштабное модели сегодня не представляется возможным, а симуляции такое по плечу.

Например, физики-теоретики пока не видят закономерностей для целенаправленного поиска материалов для высокотемпературной сверхпроводимости. Современные компьютеры не могут им помочь в расчетах, тем более что искать приходится вслепую. Моделирование поведения вещества на аналоговых квантовых симуляторах могло бы открыть путь к этому священному Граалю для энергетики и не только. Это позволит отставить теорию в сторону и проверить множество идей на практике.

Собственно, аналоговые квантовые симуляторы нового типа могут помочь в продвижении к универсальным квантовым компьютерам. К примеру, есть идея в качестве кубитов использовать такие квазичастицы, как парафермионы (группы электронов при особом взаимодействии). Заряды электронов в таком состоянии (Z3) равны 1/3 от обычного заряда. В лабораторных условиях ученые еще не создавали такие частицы, а предложенная модель симулятора позволила их имитировать после соответствующей настройки напряжения на электродах. Фактически ученые в лаборатории создали материю, которой до этого в природе не было. И ведь ее можно изучить после этого!

"Увеличив масштаб квантового симулятора с двух до многих наноразмерных компонентов, мы надеемся, что сможем моделировать гораздо более сложные системы, с которыми не могут справиться современные компьютеры, - сказал один из авторов работы. - Это может стать первым шагом к окончательному раскрытию некоторых из самых загадочных тайн нашей квантовой вселенной".

<< Назад: Умные окна на основе организма осьминога 13.02.2023

>> Вперед: Аккумуляторные батареи Ampd Energy для больших башенных кранов. 12.02.2023

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Токсичность интернета преувеличена 07.01.2026

Социальные сети нередко воспринимаются как арена постоянной агрессии, оскорблений и распространения фейковой информации. Новое исследование Стэнфордского университета показывает, что реальность значительно отличается от популярного представления: интернет гораздо менее токсичен, чем многие пользователи считают. Ученые опросили более тысячи американцев, попросив их оценить долю пользователей соцсетей, которые ведут себя агрессивно или распространяют ненависть. Оказалось, что впечатления людей сильно преувеличивают масштабы проблемы. Например, респонденты считали, что почти половина пользователей Reddit хотя бы раз оставляла оскорбительные комментарии, тогда как фактические данные платформы показывают, что таких людей не более 3%. Аналогичная ситуация наблюдается с дезинформацией. Опрос показал, что большинство участников считали почти половину аудитории Facebook распространителями фейковых новостей, однако статистика говорит об обратном: фактическая доля таких пользователей состав ...>>

Процессоры Ryzen AI 400 07.01.2026

Современные вычисления все больше ориентируются на интеграцию искусственного интеллекта и высокую производительность в компактных устройствах, таких как ноутбуки и мини-ПК. Новая линейка процессоров AMD Ryzen AI 400 демонстрирует, как разработчики объединяют мощные центральные ядра, графику и нейросетевые ускорители в одном чипе, чтобы удовлетворять растущие потребности пользователей в играх, контенте и ИИ-приложениях. AMD представила процессоры серии Gorgon Point, которые включают до 12 ядер Zen 5 и до 24 потоков вычислений. Чипы поддерживают интегрированную графику RDNA 3.5, обеспечивают максимальную тактовую частоту до 5,2 ГГц и имеют энергопотребление от 15 Вт до 54 Вт. Особое внимание уделено NPU, способному обрабатывать до 60 триллионов операций в секунду (TOPS), что делает эти процессоры эффективными для задач с искусственным интеллектом. Конструкция Ryzen AI 400 сочетает ядра Zen 5 и Zen 5c, обеспечивая высокую гибкость и производительность. Несмотря на то, что архитектур ...>>

Женщины лучше распознают признаки болезни по лицу 06.01.2026

Способность распознавать, что кто-то нездоров, часто проявляется интуитивно: бледная кожа, опущенные веки, уставшее выражение лица могут сигнализировать о недомогании. Новое исследование международной группы ученых показало, что женщины в среднем точнее мужчин улавливают такие тонкие невербальные признаки болезни, что может иметь эволюционные и социальные объяснения. В отличие от предыдущих работ, где использовались отредактированные фотографии или имитация больных лиц, ученые решили проверить, насколько люди способны распознавать естественные признаки недомогания. Такой подход позволил оценить реальную чувствительность к изменениям в лицах, возникающим при болезни. В исследовании приняли участие 280 студентов, поровну мужчин и женщин. Участникам предложили оценить 24 фотографии, на которых изображены люди как в здоровом состоянии, так и во время болезни. Это дало возможность сравнить восприятие естественных признаков недомогания в реальных лицах. Для анализа состояния каждого ...>>

Робот LG CLOiD 06.01.2026

LG представила своего нового работа CLOiD. Его возможности выходят за рамки простого выполнения команд - он способен адаптироваться к образу жизни владельца и управлять подключенными бытовыми приборами. LG CLOiD объединяет два ключевых направления корейской компании: платформу роботизированной помощи LG Q9 и экосистему умного дома LG ThinQ. На демонстрации робот показал, что умеет готовить завтрак: доставать молоко из холодильника, помещать круассан в духовку и выполнять другие кулинарные задачи. Кроме того, CLOiD может самостоятельно запускать стирку, после сушки складывать одежду и раскладывать ее по шкафу. Таким образом, робот подстраивается под повседневные привычки хозяев и может управлять всеми совместимыми устройствами, подключенными к сети. Конструкция LG CLOiD специально адаптирована для работы в жилых помещениях. Основной блок робота соединен с телом, оснащенным двумя шарнирными руками-манипуляторами, а базируется он на колесной платформе с функцией автономной навигации ...>>

Твердотельные батареи без потерь от замерзания ионов 05.01.2026

Энергетика и электроника сегодня все больше зависят от надежных и безопасных источников энергии. Твердотельные батареи рассматриваются как ключ к следующему этапу развития портативных и стационарных устройств, однако традиционные подходы сталкиваются с фундаментальной проблемой: при затвердевании электролита движение ионов замедляется или полностью останавливается. Новое исследование ученых из Оксфордского университета и их партнеров может изменить это представление и открыть путь к созданию безопасных и эффективных твердых аккумуляторов. В своей работе исследователи разработали новый класс органических электролитов, которые сохраняют высокую ионную проводимость независимо от состояния - жидкого, жидкокристаллического или твердого. Такие материалы получили название "электролиты, независимые от состояния" (state-independent electrolytes, SIE). Аспирантка Джульетт Барклай, первый автор исследования, отмечает, что это доказывает возможность проектировать органические молекулы так, чтоб ...>>

Случайная новость из Архива Нейрон размером с мозг 28.02.2017 Чтобы понять, как работает мозг, мы должны знать, как выглядят его нейронные цепочки, как нейроны соединяются друг с другом. А для этого нужно знать, как выглядит каждый отдельный нейрон со всеми его отростками - аксоном и дендритами. Задача чрезвычайно сложная, особенно если решать ее привычными нейробиологическими методами. Один из этих методов выглядит так: в нейрон вводят краску, которая распространяется по его аксону и дендритам, а затем мозг "шинкуют" на очень тонкие срезы, проверяя, куда пошел краситель. Учитывая, что нейронные отростки часто сильно ветвятся и распространяются на большие расстояния, до конца за ними проследить не всегда удается. Однако в последнее время нейробиологи изобретают для этой задачи все новые способы, более надежные и не такие трудоемкие, и один из таких способов придумали в исследовательской группе Кристофа Коха, президента Алленовского института мозга. Методами генетической инженерии мышам вводили гены флуоресцентных белков, причем гены были снабжены регулятором, который включал их в ответ на появление некоего вещества. Когда вещество скармливали животным, гены светящихся белков просыпались, но не везде, а лишь в некоторых нейронах особой зоны мозга под названием ограда. В результате нервные клетки у мышей начинали светиться по всем своим отросткам (флуоресцентные белки постепенно распространялись по всему нейрону), а поскольку таких клеток было немного, их очень легко было различить в толще мозга. Плюс нового метода в том, что он позволяет полностью окрасить живые нейроны без хирургического вмешательства. Десять тысяч срезов, сделанных из мозговой ткани, соответствующим образом обработанные на компьютере, позволили сделать трехмерную карту трех нейронов ограды. Оказалось, что, хотя они называются нейронами ограды, их отростки распространяются далеко в оба полушария, а один из нейронов целиком опоясывает мозг подобно короне. По словам самого Кристофа Коха, до сих пор ничего подобного нейробиологам не попадалось. Конечно, и у мыши, и у человека, и у других животных есть очень длинные нейроны - например, в ногах, в которых нейронный отросток может тянуться через всю конечность, или в стволе мозга, чьи нервные клетки проходят через весь мозг. Однако у нейронов ограды есть важное отличие - они контактируют с большинством отделов мозга, контролирующих поведение и анализирующих сенсорную информацию. Из экспериментов по томографическому сканированию мозга известно, что ограда поддерживает очень много контактов с остальным мозгом, и, хотя она относится к подкорковым структурам, многие полагают, что именно она играет ключевую роль в работе сознания (первыми эту идею выдвинули Фрэнсис Крик и Кристоф Кох еще в середине 2000-х). Однако до сегодняшнего дня никто не рассматривал подробно, как устроены ее нейроны. Новые данные, безусловно, подтверждают то, что мы знаем про ограду и про ее обширные связи с остальными мозговыми зонами. Изучать ее во многом проще, чем другие нервные центры, не в последнюю очередь благодаря тому, что в ограде не очень много разных типов нейронов. В ближайшей перспективе, вероятно, нейробиологи попытаются похожим образом проследить и за другими ее клетками - и тогда можно будет сказать, например, в разные ли области идут разные нейроны ограды, или же их отростки группируются в пределах нескольких одних и тех же маршрутов.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026