Квантовый радиоприемник уловит самые слабые сигналы

24.03.2019

Слабые радиосигналы являются проблемой не только для людей, пытающихся настроить приемник на любимую радиостанцию, эта проблема затрагивает технологии магнитно-резонансной томографии, используемые в медицине, радиотелескопы, всматривающиеся в глубины Вселенной, и многое другое. Во всех подобных случаях нельзя, помучившись некоторое время, настроиться на другую радиостанцию, как в первом варианте, поэтому для усиления слабых сигналов используются специальные усилители, возможности которых ограничены величиной собственных шумов и которые усиливают эти шумы так же хорошо, как и полезный сигнал. Но недавно, исследователи из Технологического университета Дельфта, Нидерланды, создали радиоприемник нового типа, в котором используются законы квантовой механики. Помимо практического применения этого приемника для приема самых слабых сигналов, использованные в нем принципы могут пролить свет на взаимодействия между квантовой механикой и силами гравитации.

Одним из постулатов квантовой механики, использованных в новом приемнике, является то, что энергия может передаваться крошечными фиксированными "дозами", называемыми квантами. "Представьте себе, что вы качаете ребенка на качелях" - рассказывает Марио Жели (Mario Gely), ведущий исследователь, - "С точки зрения классической физики, если я захочу придать ребенку большую скорость и амплитуду раскачивания, я должен буду дать им толчок, который придаст ребенку большую энергию. Квантовая механика говорит нечто иное - я могу увеличить энергию ребенка только на один "квантовый шаг" за один раз, передача ему энергии в количестве половины кванта или другой дробной части принципиально невозможна".

В реальной же жизни эти квантовые "дозы" энергии столь малы, что они не окажут никакого ощутимого влияния на ребенка на качелях. И до последнего времени такое утверждение считалось верным по отношению к радиоволнам. Однако, созданный новый приемник может "почувствовать" эти крошечные частицы энергии в радиочастотных сигналах, позволяя принимать радиоволны на квантовом уровне.

В новом приемнике проявляются некоторые необычные эффекты, имеющие отношение к квантовой механике и таким понятиям, как масса и гравитация. Теория квантового магнетизма была разработана почти 100 лет назад, но до сих пор физики еще озадачены проблемой совмещения квантовой механики и понятия гравитации.

<< Назад: Новые шлемы швейцарских гвардейцев напечатаны на 3D-принтерах 24.03.2019

>> Вперед: Плесень на стенах вызывает галлюцинации 23.03.2019

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 Ионно-оптический квантовый микроскоп видит отдельные атомы 09.03.2021 Исследователи из университета Штутгарта разработала новый ионно-оптический микроскоп, который за счет использования квантовых эффектов способен создавать изображения отдельных атомов. Отметим, что за последние годы ученые создали множество вариантов так называемых газовых квантовых микроскопов, но их разрешающая способность позволяет рассматривать объекты, величиной около 0,5 микрометра. Это достаточно для того, чтобы иметь возможность рассмотреть обособленные группы атомов и теперь немецкие исследователи раздвинули границу человеческого визуального восприятия до уровня отдельных атомов. Ключевым компонентом нового микроскопа является так называемая электростатическая линза, через которую и на поверхности которой могут передвигаться заряженные частицы, такие, как электроны и ионы. Электростатические линзы работают подобно обычным линзам, используемым в обычных камерах и камерах телефонов. Но если обычные линзы преломляют и фокусируют свет за счет кривизны своей поверхности, то электростатические линзы делают все то же самое при помощи "облаков" ионов, движущихся по их поверхности. Более того, оптические параметры электростатических линз очень легко изменять, изменяя прикладываемый к ним электрический потенциал и, следовательно, силу электрического поля. В новом микроскопе ученые использовали "пакет" из трех электростатических линз разного типа и устройство, обеспечивавшего передачу на поверхность этих линз только ионов какого-то одного определенного типа. Кроме этого, в конструкции микроскопа имеется специальная ловушка, в которой удерживаются атомы, которые являются объектами съемки. В своих экспериментах ученые использовали охлажденные до ультранизких температур атомы рубидия, удерживаемые в ячейках оптической решетки. Собственно съемка производилась путем подачи импульсов лазерного света, что привело к фотоионизации атомов, превратившихся в ионы рубидия. За счет некоторых эффектов эти ионы оставались практически неподвижными на своих местах в течение 30 наносекунд, запутываясь на квантовом уровне со все большим количеством расположенных неподалеку ионов. И после этого они были выпущены в рабочее пространство микроскопа, где и была произведена съемка. Тестирование возможностей нового микроскопа показало, что при его помощи можно увидеть отдельные элементы, размерами от 6.79 до 0.52 микрометра с 532-нанометровыми интервалами между ними, что делает вполне возможным получение изображений отдельных атомов. А величина глубины создаваемого изображения составляет 70 микрометров, чего хватает для создания реальных трехмерных изображений.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025