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:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Оптические системы сортировки и AI для черники и фруктов 14.02.2026

Каждый год потребители ожидают увидеть на прилавках свежие, ровные по размеру и цвету ягоды черники без признаков порчи или обезвоживания, при этом производители стремятся минимизировать потери и сохранить естественную привлекательность продукта. В эпоху растущих требований к качеству и дефицита квалифицированной рабочей силы традиционные методы сортировки фруктов уже не всегда справляются с задачей. Именно поэтому компании активно внедряют оптические сканеры в сочетании с искусственным интеллектом, способные анализировать ягоды с невероятной точностью и скоростью, сохраняя при этом их товарный вид. На выставке Fruit Logistica 2026 в Берлине компания Tomra Food презентовала свои последние достижения в области постуборочной обработки. Центральное место на стенде занимает совершенно новая оптическая сортировочная система, специально разработанная для свежей черники и предназначенная для использования непосредственно в упаковочных цехах. Эта машина охватывает весь путь ягод - от загруз ...>>

Монитор ROG Swift OLED PG32UCDM Gen 3 13.02.2026

Для многих поклонников компьютерных игр выбор монитора - это всегда поиск идеального баланса между потрясающей картинкой, молниеносной скоростью отклика и надежностью в длительных игровых сессиях. Технология QD-OLED уже несколько лет задает высокую планку качества изображения, предлагая глубокий черный цвет, яркие краски и практически мгновенную реакцию пикселей. Однако даже у самых продвинутых панелей оставались слабые места: уязвимость к царапинам, цветовые искажения под определенными углами и заметное отражение в освещенных помещениях. Компания ASUS решила серьезно улучшить ситуацию и представила третье поколение своего популярного 32-дюймового флагмана - ROG Swift OLED PG32UCDM Gen 3. В основе новинки лежит современная 32-дюймовая QD-OLED панель с разрешением 4K (3840 x 2160 пикселей), которая обеспечивает невероятную детализацию и точность цветопередачи. Частота обновления достигает 240 Гц, что делает картинку исключительно плавной даже в самых динамичных сценах шутеров или ...>>

Случайная новость из Архива Оптические наноантенны и атомы золота 26.05.2021 Пытаясь обойти это ограничение, исследователи разрабатывают металлические наноантенны, которые концентрируют свет в крошечном объеме, чтобы значительно усилить любой сигнал, исходящий из той же наноразмерной области. Наноантенны являются основой наноплазмоники - области, которая оказывает глубокое влияние на биочувствительность, фотохимию, сбор солнечной энергии и фотонику. Теперь исследователи из Федеральной политехнической школы в Лозанне под руководством профессора Кристофа Галланда из Школы фундаментальных наук обнаружили, что, когда зеленый лазерный свет попадает на золотую наноантенну, его интенсивность локально увеличивается до такой степени, что это "выбивает" атомы золота из состояния равновесия - позиции, в которой сохраняется целостность общей конструкции. Золотая наноантенна также усиливает очень слабый свет, рассеянный вновь образованными атомными дефектами, делая его видимым невооруженным глазом. Таким образом, этот наноразмерный танец атомов можно наблюдать как оранжевые и красные вспышки флуоресценции, которые являются сигнатурами атомов, претерпевающих перестройку. "Такие явления атомного масштаба было бы трудно наблюдать на месте даже с использованием очень сложных электронных или рентгеновских микроскопов, потому что кластеры атомов золота, излучающие вспышки света, погребены внутри сложной среды среди миллиардов других атомов", - говорит Галланд. Неожиданные результаты поднимают новые вопросы о точных микроскопических механизмах, с помощью которых слабый непрерывный зеленый свет может привести в движение некоторые атомы золота. "Ответ на них будет ключом к внедрению оптических наноантенн из лаборатории в мир приложений - и мы работаем над этим", - говорит Вэнь Чен, первый автор исследования.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026