Квантовые технологии

Российский ученый сделал научное открытие в области сверхпроводимости — он обнаружил, что в тонкий слой нормального металла (N), покрывающий сверхпроводник, могут входить и там находиться вихри, несмотря на малую толщину N слоя, а также в N слое может существовать пространственно-модулированное безвихревое состояние. Работа была опубликована в Physical Review B.

В новом исследовании было обнаружено, что в тонкий нормальный слой, покрывающий сверхпроводник, могут входить и там располагаться вихри. Известно, что из-за проникновения сверхпроводящих электронов в нормальный слой в нем наводится сверхпроводимость, и появляется своя длина когерентности xN, которая может быть много больше xS. Удивительным свойством данной системы оказалось возможность размещения в N слое вихрей, несмотря на его малую толщину dN<<xN. Этот результат противоречит устоявшимся представлениям о том, что размер сверхпроводника должен превышать xS или xN, чтобы в нем мог разместиться вихрь.

Ученые из МФТИ с коллегами исследовали сплошные пленки гетероструктур пермаллой-платина и пермаллой-вольфрам методом ферромагнитного резонанса. Были обнаружены новые возможности управления параметром затухания спинового тока. Работа опубликована в Physics of Metals and Metallography.

В работе российского коллектива ученых был проведен эксперимент по спиновой накачке в широком температурном диапазоне (5—300 К) для образцов гетероструктур пермаллоя(20 нм)/вольфрама(5 нм) и пермаллоя(20 нм)/платины(5 нм).

Исследователи из МФТИ открыли новый тип электромагнитных волн в активных двумерных системах. Это открытие может привести к значимым изменениям в технологиях и нашем понимании электромагнитных явлений на наноуровне. Работа опубликована в журнале JETP Letters.

Физики из МФТИ решили изучить поведение электромагнитных волн в активной среде, где имеется лишь очень тонкий (двумерный) проводящий слой — двумерная электронная система. В роли таких систем может выступать как индивидуальное вещество (несколько слоев графена, черного фосфора или других веществ), так и сложные объекты (гетероструктуры), образующие плоские «ловушки» для электронов, в результате чего последние могут двигаться лишь в двух измерениях.

Ученые из МФТИ построили цифровой аналог квантовой механики. Эта модель позволяет естественным и удобным образом моделировать любые квантовые явления на компьютере. Работа опубликована в Theoretical and Mathematical Physics.

В ходе своего исследования ученым удалось построить новую математическую модель — цифровую квантовую механику, которую можно использовать для численного моделирования квантовых явлений.

Страх удобен – он прост и легко распространяется.

Но реальность устроена куда сложнее.

Вспомните «Энигму» во Второй мировой – её считали неприступной, пока Тьюринг и его команда не нашли ключ. Это не конец криптографии, а начало новой эры. С квантовыми компьютерами будет то же самое.

Ученые из Российского квантового центра, ВШЭ и МФТИ сделали новое теоретическое исследование незатухающих токов в мезоскопических одномерных системах с парными перескоками фермионов. Работа была опубликована в Physical Review Journals.    Это исследование является важным шагом в понимании влияния парных перескоков на амплитуду незатухающих токов. 25 лет назад физики-экспериментаторы успешно продемонстрировали, что мощные постоянные токи без потерь могут течь в несверхпроводящих металлических кольцах, но не было теории, которая правильно объясняла бы величину или направление неожиданно больших токов. 

Архитектура эмулятора

Наш эмулятор строится по принципу фотонного вычислителя, описанного vsradkevich: "лазер → модулятор → решетка интерферометров → фотодетекторы → АЦП → CMOS-блок".

Коллектив российских ученых впервые в мире провел экспериментальную демонстрацию генерации импульсов терагерцового излучения с энергией до 5 пДж при разрядке вакуумного фотодиода фемтосекундными лазерными импульсами. Работа опубликована в журнале Frontiers of Optoelectronics. В исследовании было успешно сгенерировано терагерцовое излучение с помощью вакуумного фотодиода, измерены и исследованы характеристики терагерцовых импульсов, построены полуаналитическая модель и модель в COMSOL Multiphysics. 

Российский коллектив ученых из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН, ООО Сенсор Спин Технолоджис, Российского квантового центра, МИФИ, МФТИ и ООО «Велман» (Новосибирск) разработал способ экспериментального определения концентрации изотопа углерода-13 с помощью анализа магнитных спектров. Исследование опубликовано в журнале AVS Quantum Science.  

Ученые из Российского квантового центра, ВШЭ и МФТИ изучили  фазовый переход в одномерных системах с беспорядком в присутствии коррелированного перескока частиц. Работа опубликована в Physical Review Journals. Она открывает новые возможности для создания устойчивых одномерных атомных ловушек, квантовых нитей и кристаллов с одномерной проводимостью. 

Международный коллектив ученых из Швейцарии, России и Дании улучшил экспериментальную технику спектроскопии высших гармоник органических молекул и провел новые теоретические и экспериментальные исследования молекул бензола и 1,3-циклогексадиена. В опытах подтвердились эффекты, связанные с перемещением заряда внутри молекул на аттосекундных масштабах времени. Исследование опубликовано в журнале Structural Dynamics.  

Данная работа демонстрирует новые возможности в изучении строения вещества, которые открывает аттосекундная физика.

Коллектив ученых проанализировал эффект выделения тепла в проводнике под воздействием электрического тока для углеродных нанотрубок и пришел к выводу, что обычная теория плохо применима. Оказалось, что формула Мотта не работает, но применима формула Кельвина. Работа опубликована в журнале Physical Review B. 

Несмотря на то, что углеродные нанотрубки были открыты почти 20 лет назад, изучение этой формы углерода продолжает оставаться актуальной темой как в экспериментальной, так и в теоретической науке. Разнообразные исследования показали, что углеродные нанотрубки обладают уникальными физическими свойствами, которые могут быть применены в различных сферах человеческой деятельности, таких как микроэлектроника, биомедицина, конструирование прочных структур и создание нанодвигателей. В связи с этим интерес представляет изучение всех классических физических эффектов для нанотрубок.

Утверждение, что «квантовые компьютеры» уже превосходят классические по возможностям вычислений нынче превратилось в штамп. При этом исходное рассуждение, стоящее за идей «квантовых вычислений», вообще-то, обратное: можно ли из наблюдаемой на практике сложности вычислительного моделирования сделать вывод о возможности разработки более быстрых, квантовых, аналоговых вычислителей? Это до сих пор не подтверждено, а из того, что конкретный способ вычислительного моделирования некоторых физических процессов работает очень медленно, по сравнению со скоростью моделируемого процесса, вовсе не следует необходимость наличия новых, превосходящих вычислительных возможностей за этими моделируемыми процессами. Проиллюстрируем ситуацию фарфоровым чайником, а также вспомним про симуляции вселенных.

Ученый из МФТИ создал новый метод расчета взаимодействия ультракоротких лазерных импульсов с оптической плотной средой. Работа опубликована в Journal of Optics. В исследовании были проведены расчеты зависимости коэффициента поглощения среды от частоты и длительности лазерного импульса и толщины среды.

Аттосекундные лазеры имеют огромное значение в современной науке. Они дают возможность посмотреть, что происходит на уровне строения молекул, непосредственно заглянуть в глубь материи.

В 1981 году американский физик Ричард Фейнман заложил основы квантовой теории вычислений и квантовых компьютеров. Позже, в 1994 году, квантовый алгоритм Шора для факторизации целых чисел поставил под удар асимметричные криптографические системы. Это стало поворотным моментом, вызвавшим серьезный интерес со стороны научного сообщества и технологических компаний по всему миру. Сегодня над развитием квантовых вычислений работают как ведущие IT-гиганты (IBM, Intel, Google, Microsoft), так и молодые компании, специализирующиеся на квантовых технологиях (Quantinuum, Xanadu, IonQ и другие).

Это заключительная часть большого рассказа о новых технологиях в ИИ, их связи с кибербезопасностью и главное: о том, как это всё влияет на бизнес и нас с вами. Предыдущие статьи из этой серии можно почитать здесь и здесь. В третьей части поговорим про квантовый ИИ.

Ученые из МФТИ и Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН исследовали поведение полностью экранированных двумерных плазмонов — локализованных электромагнитных волн, распространяющихся по поверхности металлов. Оказалось, что они ведут себя подобно тому, как колеблется вода в неглубоком бассейне. Статья опубликована в журнале Physical Review B. 

Уникальные электромагнитные волны, именуемые поверхностными плазмонными поляритонами или просто плазмонами, имеют способность распространяться в оптическом, инфракрасном и терагерцовом диапазонах частот вдоль границы металла и воздуха или диэлектрика. Термин «поверхностный плазмонный поляритон» указывает на то, что эти волны объединяют движение зарядов (электронного газа) на металлической поверхности (поверхностный плазмон) и электромагнитные волны в окружающем воздухе или диэлектрике (поляритоны). Это особая форма электромагнитных колебаний, сильно локализованных на тонком приграничном слое, толщина которого не превышает десятых долей микрометра. Другими словами, электрическое поле оказывается «запертым» в области, размеры которой не превышают длину световой волны. Это явление уникально, потому что дифракция обычно не позволяет локализовать волну света на такой малой длине. Используя особенности плазмонов, можно достичь различных целей: от применения их для биосенсоров и микроскопии до использования в новом поколении вычислительных устройств.

Международный коллектив ученых предложил и изучил новые способы применения поляритонов в технологиях второй квантовой революции. Обзор и исследование перспектив технологий опубликованы в журнале Nature Reviews Physics.

8 июля 2024 года профессор Кавокин во время празднования 130-летия Петра Капицы, состоявшегося на территории Физтеха (МФТИ), дал интервью корреспонденту агентства ТАСС, во время которого, в частности, сказал, что «недавно его работу приняли для публикации в Nature Physics, но для этого пришлось убрать аффилиацию МФТИ и воспользоваться тем, что в тот момент у меня еще была «китайская» аффилиация». Эти его слова вызвали бурную реакцию в российских СМИ и в блогосфере. Кто-то поспешил обратить внимание на то, что санкции распространяются и туда, куда они, по идее, не должны распространяться. Другие наблюдатели высказывались за то, что не стоит тогда публиковаться в том месте, в котором редакторы не оставляют возможности ученому указать его подлинную аффилиацию. Здесь изложено содержание этой статьи, которое интересно само по себе.

Ученые из Совместного университета МГУ-ППИ в Шэньчжэне, МФТИ и их иностранные коллеги создали новый вид магнитной керамики и провели его экспериментальное исследование. Обнаруженные ими свойства оказались весьма привлекательными для нужд терагерцовой электроники — в системах связи, медицине, безопасности, для создания новых измерительных приборов, в астрофизике и для элементов компьютерной памяти. Работа опубликована в журнале Materials Horizons. 

На протяжении полувека цивилизация жила под знаком одного элемента — кремния. Его способность быть то проводником, то изолятором легла в основу транзистора, а технология фотолитографии позволила «печатать» миллиарды таких транзисторов на плоских пластинах. Мир стал цифровым, быстрым и взаимосвязанным. Но у любой, даже самой успешной технологии, есть предел. И мы вплотную к нему подошли.

Закон Мура, предсказывавший удвоение числа транзисторов на кристалле каждые два года, начинает давать сбои. Но их производительность уже не растет, поскольку сталкиваются, прежде всего, с фундаментальными физическими ограничениями. Уменьшать размеры транзисторов до бесконечности нельзя — мы упираемся в масштаб отдельных атомов.

Именно в этот момент на сцену выходят посткремниевые технологии, и в частности, сенсоры нового поколения. Их главная идея звучит парадоксально: если кремниевая электроника была плоской по необходимости (ведь печатать схемы удобно именно на плоскости), то новая электроника становится плоской по своим внутренним принципам. Она начинает использовать удивительные и уникальные законы физики и химии, которые действуют только на двумерных, атомарно-тонких поверхностях.

Ученые из МФТИ и Университета Сучжоу (Китай) провели исследование нелинейности и квантовых эффектов наночастиц, обернутых в графен, при воздействии на них импульсами высокочастотного лазера большой интенсивности. Работа опубликована в Journal of Applied Physics. Она открывает новые возможности для управления сверхкороткими импульсами для нанофотоники.