Квантовые технологии

Группа российских ученых из МФТИ, МИФИ и Института ядерных исследований РАН достигла значительного прогресса в изучении квантовой запутанности, создав и успешно протестировав инновационную экспериментальную установку для измерения поляризационных корреляций фотонов, образующихся при аннигиляции электрон-позитронных пар. Результаты исследования опубликованы в журнале РАН «Приборы и техника эксперимента». 

Квантовая запутанность — это удивительное явление, когда две или более частиц связаны между собой таким образом, что их квантовые состояния оказываются скоррелированными, даже если эти частицы пространственно разделены. 

Аннигиляция электрон-позитронных пар в состоянии покоя является одним из классических источников запутанных фотонов, обладающих взаимно-перпендикулярной поляризацией. Но взаимодействие этих фотонов с веществом может привести к декогеренции — потере квантовой запутанности.

Разрешение противоречий в понимании комптоновского рассеяния запутанных и декогерентных фотонов является главной задачей недавнего исследования российский ученых. Некоторые теоретические работы ставили под сомнение результаты предыдущих экспериментов, утверждая об идентичности рассеяния в запутанном и декогерентном состояниях. Это противоречие требовало прямого экспериментального сравнения. 

Внимание, эвристика и метафоричность для быстрой усвояемости.

Вдохновление: интерпретация Эверетта, фрактал Барнсли и DLA, Зурек, правило Хебба, GFlowNets как политика и прочие.

Междисциплинарность.

Исследователи из России представили новые оригинальные результаты исследования теплофизических свойств твердого и жидкого никеля вблизи точки плавления. Работа, опубликованная в журнале Journal of Applied Physics, посвящена использованию современных квантовых вычислительных методов и экспериментальных методик для понимания свойств этого металла.

Никель, с его высокой температурой плавления около 1728 К, обладает уникальными физическими свойствами, которые делают его важным объектом для исследования в области термодинамики и электроники. Однако традиционные методы измерения физико-химических свойств, таких как плотность, теплопроводность и электропроводность, сильно затруднены при высоких температурах, что побуждает ученых искать новые подходы.

Исследователи MIT разработали SCIGEN — инструмент, который позволяет генеративным моделям ИИ создавать материалы с заданными геометрическими паттернами. С его помощью ученые сгенерировали миллионы потенциальных квантовых материалов и смогли синтезировать два реально существующих соединения с необычными магнитными свойствами.

Ученые из Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН и МФТИ исследовали теоретическую модель, описывающую нелинейный отклик ферромагнитных частиц на внешнее переменное поле крайне высокой частоты. Им удалось обнаружить ряд интересных физических эффектов. Работа опубликована в журнале AIP Advances. 

Новое исследование, проведенное командой учёных, выявило интересные аспекты квантово-параэлектрического поведения тонких пленок SrTiO₃, допированных переходными металлами — марганцем (Mn), железом (Fe), никелем (Ni) и кобальтом (Co). Используя импульсное лазерное напыление, ученые смогли получить пленки толщиной 150 нанометров и проанализировать их свойства с использованием терагерцовой спектроскопии.

Ученые МФТИ с коллегами с помощью терагерцовой спектроскопии исследовали сегнетоэлектрические свойства пленок титаната стронция, обусловленные температурной динамикой низкочастотного полярного фонона (мягкой моды). Авторами показано, что тонкие пленки титаната стронция (SrTiO₃), допированные атомами переходных металлов, демонстрируют характерное для квантовых параэлектриков температурное поведение мягкой сегнетоэлектрической моды без признаков фазового перехода вплоть до низких температур (5 К). Работа опубликована в Journal of Alloys and Compounds.

На стыке науки и технологий современные исследования в области материаловедения открывают новые горизонты. Одним из уникальных материалов является титанат стронция. Этот перовскит отличается исключительно высокой диэлектрической проницаемостью при низких температурах, что делает его подходящим для создания конденсаторов, сенсоров и других устройств. Его уникальные свойства можно модифицировать, например, используя химическое допирование для изменения его структуры. 

Исследователи из России представили новую магнитооптическую структуру нуклотрона, которая может стать основой для экспериментов по измерению электрического дипольного момента дейтрона. Результаты работы опубликованы в журнале «Письма в ЭЧАЯ».

Измерение электрического дипольного момента легких ядер, таких как дейтрон и протон, представляет собой одну из важнейших задач в современной физике. Оно может дать ключ к пониманию асимметрии между материей и антиматерией, а также помочь в поиске новых физических явлений, выходящих за рамки стандартной модели. В последние десятилетия было предложено множество методов и подходов для его измерения, однако создание эффективной экспериментальной установки оставалось сложной задачей.

Представьте, что весь фундамент современной цифровой безопасности — это могучий замок. Его секрет не в сложности механизма, а в том, что на подбор ключа уйдут тысячи лет. Теперь представьте, что у кого-то появилась машина, способная перебрать все ключи за минуты. Это не апокалиптика — это квантовые вычисления, и они несутся нам навстречу со скоростью, для которой у нас пока нет возможности остановить.

Пока полноценный квантовый компьютер — это largely теоретическая угроза. Но последствия его появления настолько катастрофичны, что готовиться к ним нужно уже вчера. В этой статье разберемся, какие именно алгоритмы падут, что придет им на смену и что делать IT-специалистам прямо сейчас, чтобы не остаться у разбитого корыта.

Для телескопов и коллайдеров тёмная материя остается неуловимым призраком. Десятилетия исследований установили, что она превосходит по массе всю видимую часть материи Вселенной раз в пять. Но при этом не фиксируется ни единым детектором. Теперь группа ученых из Института Вейцмана с коллегами из Германии и Колорадо обратилась к ядерным часам в надежде обнаружить слабый след этой материи.

Квантовый компьютер — вычислительное устройство, которое использует явления квантовой механики (квантовая суперпозиция, квантовая запутанность) для хранения, передачи и обработки данных. Квантовый компьютер (в отличие от классического) оперирует не битами (способными принимать значение либо 0, либо 1), а кубитами, значения которых представляют собой вектор — суперпозицию 0 и 1. Теоретически это позволяет обрабатывать все возможные состояния одновременно, достигая существенного преимущества (квантового превосходства) над обычными компьютерами в ряде алгоритмов. В этой статье мы рассмотрим, что творилось с патентами на квантовые компьютеры за последние 20 лет. 

В современном цифровом мире, где ежедневно передаются терабайты конфиденциальной информации — от государственных секретов до банковских транзакций — проблема информационной безопасности выходит на первый план. Традиционные криптографические системы, десятилетиями обеспечивавшие защиту данных, сегодня стоят перед серьёзным вызовом. Развитие квантовых вычислений грозит сделать уязвимыми даже самые совершенные алгоритмы шифрования, такие как RSA и ECC. Считается, что квантовые компьютеры смогут взламывать эти системы за считанные минуты, что ставит под угрозу всю современную инфраструктуру цифровой безопасности.

В этом контексте квантовая криптография представляет собой принципиально иной подход к защите информации. В отличие от традиционных методов, основанных на вычислительной сложности определённых математических задач, она опирается на фундаментальные законы квантовой механики, обеспечивая теоретически абсолютную защищённость передаваемых данных. Ранее в нашем блоге мы уже освещали проблемы миниатюризации систем квантовой криптографии, использование систем квантовой криптографии в транспортных сетях, безопасности квантовых сетей в двух частях и об управлении ключами в таких сетях.

Я рад приветствовать вас, уважаемые читатели!

В этой небольшой заметке мне хотелось бы поделиться с вами некоторыми идеями о возможной интерпретации квантовой механики. Поразмыслить над такими вопросами как наличие направленности времени, трудной проблемы сознания и энтропии.

Я намеренно выбрал определенный стиль изложения, в котором point-of-view связан с моим "Я", чтобы постараться найти объяснение самому парадоксу процесса рождения мысли.

Эта заметка будет развиваться по мере развития концепции, и, возможно, однажды станет серией статей или перерастет во что-то большее.

Приятного и неспешного, вдумчивого чтения.

Коллектив российских ученых провел теоретическое исследование взаимодействия ферромагнетизма и сверхпроводимости в двумерной гетероструктуре. Им удалось продемонстрировать, как в подобных системах возможно управлять сверхпроводимостью и спиновым расщеплением с помощью внешнего воздействия. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Materials. 

С момента открытия графена выпускниками Физтеха Андреем Геймом и Константином Новоселовым физики начали активно изучать электрические и магнитные свойства двумерных материалов. Недавние исследования укрепили существующий интерес к ван-дер-ваальсовым гетероструктурам, показывая, как свойства проводящих электронов могут управлять физическими характеристиками этих систем. 

Новая работа ученых из МФТИ с коллегами ставит перед собой амбициозную цель: выяснить, как можно управлять магнитными и сверхпроводящими эффектами в таких структурах, а также к каким открытиям эти процессы могут привести в области спинтроники. Ученые сосредоточили свое внимание на эффекте близости в бислойных 2D гетероструктурах Ван-дер-Ваальса, используя в качестве примера сверхпроводник NbSe2 и ферромагнетик VSe2. П

Ученые из Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН и МФТИ продемонстрировали возможность использования гематита в качестве чувствительного элемента для обнаружения линейно поляризованных радиочастотных волн в диапазоне десятков ГГц. Работа была опубликована в Journal of Applied Physics.

Для создания новых спинтронных устройств ученые ищут магнитные материалы с необычными свойствами. Особый интерес вызывают антиферромагнетики ​​— материалы, в которых магнитные моменты атомов упорядочены противоположно. Они обладают рядом преимуществ перед традиционными ферромагнетиками. Например, благодаря более высоким резонансным частотам по сравнению с ферромагнитными материалами антиферромагнитные материалы гораздо более привлекательны в современной микроволновой технике и системах связи, а отсутствие макроскопического магнитного момента позволяет создавать более энергоэффективные устройства. Управление этим процессом дает возможность добиться значительных преимуществ при разработке электронных устройств нового поколения, сочетающих классические и квантовые технологии.

В работе российского коллектива ученых теоретически и экспериментально была исследована спиновая накачка из гематита при комнатной температуре.

В последние десятилетия исследования спинтроники, технологии, использующей спиновые состояния частиц для хранения и обработки информации, неуклонно движутся к новым рубежам. Новое исследование, проведенное российскими и китайскими учеными, открывает возможность реализации когерентного оптического спинового эффекта Холла (OSHE) при комнатной температуре, что может кардинально изменить наше представление о спинтронных устройствах. Научная работа была опубликована в журнале Nature Materials. 

Команде исследователей из МФТИ, университета Циньхуа (Пекин) и Вестлэйк (Хангжоу) удалось впервые продемонстрировать оптический спиновый эффект Холла при комнатной температуре. 

Коллектив российских ученых исследовал процесс формирования конденсата Бозе—Эйнштейна в оптической дипольной ловушке с длиной волны 1064 нм. Для этого они проводили оптимизацию испарительного охлаждения методами машинного обучения. Исследование было опубликовано в журнале Physical Review A. 

В этом году Нобелевские премии по физике и по химии были присуждены за исследования, связанные с машинным обучением. Это отражает все возрастающую роль методов ИИ для получения новых результатов в естественных науках. Многие результаты в современной физике квантовых систем связаны с машинным обучением.

«Благодаря методам машинного обучения нам удалось оптимизировать параметры нашего эксперимента, что, в свою очередь, открыло новые горизонты для исследования квантовых систем, — рассказал Алексей Акимов, доктор физико-математических наук, руководитель лаборатории квантовых симуляторов и интегрированной фотоники РКЦ. — Это важный шаг на пути развития будущих технологий в области квантовых вычислений».

Коллектив российских ученых синтезировал ферромагнитные пленки переменного состава из палладия и железа с помощью метода молекулярно-лучевой эпитаксии. Им удалось обнаружить возможность управлять с помощью них спектром спиновых волн. Работа опубликована в Journal of Vacuum Science & Technology A.

Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) — это метод роста кристаллических пленок на подложках, который используется в материаловедении и микроэлектронике для создания тонкопленочных структур. Основная идея метода заключается в том, что на подложку направляются молекулы или атомы, которые, оседая на поверхности, образуют упорядоченный кристаллический слой.

В ходе нового исследования российские ученые продемонстрировали возможность использования метода молекулярно-лучевой эпитаксии для получения тонких пленок ферромагнитного сплава Pd-Fe с прецизионно-регулируемым составом по толщине. Они выпарили чистые палладий и железо из тиглей и осаждали их на подложке из монокристаллического оксида магния. 

Ученые из «Технологического института сверхтвердых и новых углеродных материалов», входящего в состав Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», и МФТИ использовали эффект Холла, чтобы исследовать фоновые концентрации примесей в синтетическом алмазе, так как они сильно влияют на физические свойства сверхчистых алмазов. Исследователи пришли к выводу, что добавка малого дополнительного количества атомов азота может значительно уменьшать ток утечки в электронных устройствах из синтетического алмаза. Работа была опубликована в Applied Physics Letters. 

Традиционно чистоту алмазов контролируют оптическими методами, а именно — спектроскопией поглощения в УФ, видимом и ИК диапазоне, а также спектроскопией комбинационного рассеяния света (КРС). Данные методы позволяют обнаружить различные примеси в алмазе, однако их предел обнаружения в большинстве случаев не лучше, чем 1015 см-3. Исследователи из Троицка и Долгопрудного показали возможность использования ещё более точного метода, основанного на эффекте Холла. Данный эффект заключается в возникновении электрического напряжения в образце, через который протекает электрический ток, в магнитном поле. 

Не так давно появилось очень интересное направление практического применения фундаментальной физики, которое даёт возможность существенно превзойти классические технологии — и речь пойдёт о квантовой радиолокации.

Ученые из МФТИ нашли новое интегральное представление различных произведений функций Эйри, которое позволяет написать точное решение многих задач математической физики. В частности, описывать квантовое движение электрона в постоянном внешнем электрическом поле, что дает возможность распространить теорию туннельной ионизации молекул на случай сильных полей — крайне важный аспект для аттосекундной физики. Работа опубликована в Zeitschrift für angewandte Mathematik und Physik.

Туннельная ионизация является ключевым этапом в отслеживании перемещения электронов и образовавшихся «дырок» в молекулах. В перспективе это может привести к возможности управления их движением, что, в свою очередь, откроет новые горизонты в молекулярной биологии, фармацевтике, органической химии и других направлениях промышленности. 

Для освоения этой технологии, помимо сложностей технологических, предстоит также преодолеть сложности математические. Дело в том, что существующая теория туннельной ионизации молекул построена только для случая слабых полей, в то время как требуется исследовать эти процессы в сильных полях.

Российским ученым в своем новом исследовании удалось сделать важный шаг для построения точного математического описания процесса туннельной ионизации.