Управление фононами при помощи фотонов света

02.10.2017

Группа исследователей из Венского университета, Австрия, и Технологического университета Дельфта, Нидерланды, разработали новый метод, позволяющий производить измерения и управлять некоторыми параметрами квантов звуковых колебаний, фононов, при помощи фотонов света. Этот метод может стать основой новых типов устройств хранения и обработки информации, на базе которых будут строиться квантовые компьютеры и коммуникационные системы.

Ученые уже давно заметили, что фононы демонстрируют поведение, свойственное поведению частиц, из-за чего они были отнесены к классу квазичастиц. Более того, нематериальная природа фононов позволяет использовать их в качестве моста между миром классической физики и квантовым миром. Но для того, чтобы иметь возможность использовать фононы с этой целью необходимо уметь не только получать их, но и измерять и управлять их параметрами, отвечающими за их квантовое состояние.

Разработанный учеными новый метод основывается на импульсах высокоэнергетического синего света, освещающих так называемый кремниевый оптомеханический кристалл, имеющий определенную форму. Под воздействием энергии фотонов синего света кристалл начинает вибрировать особым образом и в его среде возникают фононы. А для взаимодействия с этими фононами ученые используют импульсы низкоэнергетического красного света. Фотоны красного света взаимодействуют с фононами, не оказывая влияния на их квантовое состояние, некоторые из них отражаются назад и улавливаются датчиками интерферометра, который измеряет все основные параметры этих фотонов.

Информация, которую несут в себе фотоны отраженного красного света, содержит информацию о состоянии фононов, находящихся внутри кристалла. Собранные учеными данные показали, что некоторые фононы в кристалле подчиняются в большей мере законам квантовой механики, нежели законам классической физики, т.е. являются квантовыми частицами, которые можно использовать в различных квантовых технологиях.

Во время исследований ученые продемонстрировали, что за счет квантовой природы фотонов света и некоторых фононов внутри кристалла новая технология может быть использована для хранения квантовой информации. А матрицы из кремниевых кристаллов-резонаторов могут быть размещены прямо на кристалле квантового процессора или на отдельном кристалле квантовой памяти, достаточно большого объема, наличие которой может существенно расширить возможности квантовых вычислительных систем.

<< Назад: Ракета для полетов на Марс и перелетов на Земле 02.10.2017

>> Вперед: Возраст и лишний вес 01.10.2017

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Искусственный мозговой матрикс 29.11.2025

Биоинженерия стремительно выходит за пределы традиционной работы с клетками и биоматериалами. Ученые пытаются не просто выращивать ткани, но и воссоздавать механизмы, управляющие жизнью клеток в реальном организме. Одним из наиболее амбициозных направлений стала разработка искусственных матриксов, которые могли бы подменить природную среду и дать исследователям возможность изучать работу мозга без участия биологических компонентов. На этом фоне работа специалистов Калифорнийского университета в Риверсайде представляет собой особенно заметный шаг вперед. В центре их исследования - платформа BIPORES, созданная полностью из синтетических веществ. Цель проекта заключалась в попытке смоделировать сложную, многослойную структуру внеклеточного матрикса, который в настоящем мозге обеспечивает питание, связь и организацию нервных клеток. При этом разработчики сознательно отказались от каких-либо белков, традиционно необходимых для прикрепления клеток, таких как ламинин или фибрин. Это решени ...>>

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Случайная новость из Архива Сахар вреден для памяти детей 11.08.2024 Исследователи из Университета штата Джорджия в США пришли к тревожному выводу о вредном воздействии сахара на память у детей. Результаты их исследований показывают, что чрезмерное потребление сахара в детском и подростковом возрасте может иметь долгосрочные негативные последствия для умственной деятельности во взрослом возрасте. Для изучения влияния сахара на память ученые провели эксперимент на лабораторных мышах. Животных разделили на две группы: одной из них регулярно давали сладкий напиток, в то время как вторая группа получала обычную диету без добавления сахара. Спустя некоторое время у мышей из первой группы начали проявляться нарушения в работе гиппокампа - области мозга, ответственной за память и обучение. Одним из ключевых открытий стало выявление связи между нарушением памяти и изменениями в микрофлоре кишечника. У мышей, потреблявших сахар, наблюдалось значительное увеличение количества бактерий рода Parabacteroides в кишечнике. Ученые предположили, что эти бактерии могут играть роль в ухудшении когнитивных функций. Чтобы подтвердить свою гипотезу, исследователи ввели микробы Parabacteroides мышам из другой группы, которые не получали сахар. В результате у них также были зафиксированы ухудшения памяти, что свидетельствует о возможном механизме передачи сигналов от кишечника к мозгу. Хотя эксперимент был проведен на мышах, ученые уверены, что его результаты могут быть применимы и к людям, особенно к детям. В детском и подростковом возрасте мозг активно развивается, и влияние сахара на когнитивные функции в этот период может быть особенно опасным. Это открытие подчеркивает важность контроля за потреблением сахара в детском возрасте для сохранения здоровья и умственных способностей в будущем. Учитывая важность полученных результатов, ученые планируют продолжить исследования, чтобы глубже понять механизмы, лежащие в основе связи между микрофлорой кишечника и функциями мозга. Они надеются найти способы минимизировать негативные последствия потребления сахара и разработать рекомендации для улучшения когнитивного здоровья у детей. Исследования Университета штата Джорджия проливают свет на возможные долгосрочные риски, связанные с избыточным потреблением сахара в детстве. Эти данные подчеркивают необходимость пересмотра диетических привычек детей и подростков в пользу более здорового питания, чтобы поддержать их умственное развитие и предотвратить возможные проблемы с памятью в будущем.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025