Космический гамма-телескоп Fermi помог сузить область поисков источника гравитационных волн


Наши читатели наверняка помнят "громкое" открытие, сделанное учеными-астрофизиками 14 сентября 2015 года. Тогда ученым, работающим в гравитационной обсерватории Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) впервые в истории удалось зарегистрировать гравитационные волны, искажения пространственно-временного континуума, которые описываются в Общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Несмотря на все усилия, ученым так и не удалось точно определить местонахождение источника этих гравитационных волн, но данные, полученные при помощи космического гамма-телескопа Fermi, позволили на две трети уменьшить область поиска. Это, в свою очередь, поможет ученым больше узнать о природе данного явления и улучшить работу своих систем для более точного определения положения источников гравитационных волн, которые будут зарегистрированы позже.

Согласно данным, полученным учеными обсерватории LIGO, источником зарегистрированных гравитационных волн является столкновение двух массивных черных дыр, с массой, в 30 раз превышающей массу Солнца, которое произошло около 1.3 миллиардов лет назад. Полученных данных хватило для того, чтобы объявить это как достоверное открытие, подтверждающее правоту теории Эйнштейна, которая утверждает, что гравитация во Вселенной тесно связана с понятиями материи и энергии.

Но точности оборудования обсерватории LIGO было недостаточно для точного определения положения места столкновения черных дыр. Обработав полученные данные, ученые сузили область поиска до сегмента неба, площадью 600 квадратных угловых градусов. Но к сожалению, все это похоже на поиски иголки, затерявшейся где-то на поверхности Североамериканского континента. Однако данные о вспышке высокоэнергетического излучения, вызванной столкновением черных дыр, полученные при помощи гамма-телескопа Fermi, позволили уменьшить область поиска до 200 квадратных градусов.

Короткая и слабая вспышка высокоэнергетического света была зарегистрирована датчиком Fermi Gamma-ray Burst Monitor (GBM) спустя менее половины секунды после регистрации обсерваторией LIGO гравитационных волн. Вероятность того, что данные телескопа Fermi являются случайными помехами, составляют менее 0.2 процента, и этого достаточно для того, чтобы воспринимать эти данные всерьез.

Однако, лучи высокоэнергетического света упали на поверхность датчика GBM под большим углом, что затруднило определение точного местоположения источника этих лучей. Если бы телескоп был повернут в сторону источника в момент регистрации вспышки, то область поисков была бы сужена еще на большую величину. Тем не менее, положительную роль в этом деле сыграло взаимное положение Земли и телескопа Fermi на момент регистрации вспышки, что наглядно показано на приведенном ниже видеоролике.

Помимо "помощи" в определении положения источника гравитационных волн, данные телескопа Fermi позволили определить источники коротких гамма-всплесков, длительность которых не превышает двух секунд. Теперь ученые уверены в том, что в большинстве случаев источниками этих всплесков и гравитационных волн являются одни и те же события.


Источник

Создан самый быстрый на сегодняшний день гибкий кремниевый транзистор


Исследователи из университета Висконсина-Мадисона (University of Wisconsin-Madison), работая совместно с коллегами из других научных учреждений, разработали простой и уникальный метод производства высокоэффективных тонкопленочных транзисторов, допускающий их массовое производство рулонными масштабами. Во время испытаний эти транзисторы показали способность работать на тактовой частоте в 38 ГГц, что уже само по себе является рекордом. А данные математического моделирования показывают, что такие транзисторы способны работать и на еще более высоких частотах вплоть до 110 ГГц, что позволит создать на их базе высокоскоростные процессоры, по сравнению с которыми наши нынешние процессоры будут выглядеть как древние калькуляторы.

Использованный метод нанопроизводства буквально "переворачивает с ног на голову" существующие технологии литографии, в которых используется свет и различные химикаты для нанесения на поверхность основания элементов структуры гибких транзисторов. Новый метод позволяет избежать ряда ограничений, связанных с дифракцией света, которая, в свою очередь, снижает точность технологии производства, приводит к возникновению замыканий между элементами и требует проведения процесса производства в несколько этапов.

Для создания структуры гибкого транзистора из монокристаллического кремния на основании из гибкого полиэтилентерефталата (polyethylene terephthalate, PET) исследователи использовали так называемую технологию нанопечатной литографии. Обычно при таком методе в определенных точках слоя полупроводникового материала наносятся "точки" из материалов-добавок, которые изменяют свойства, такие, как удельная электропроводность, основного материала. Однако исследователи применили нетрадиционный подход, они полностью покрыли единственный слой монокристаллического кремния материалом-допантом.

Затем на полученный слой был нанесен слой светочувствительного материала, так называемого фоторезиста. При помощи сфокусированного луча электронов на этом слое фоторезиста были нарисованы элементы структуры транзистора, размерами около 10 нанометров. "Засвеченный" электронами фоторезист был обработан соответствующим образом, после чего исследователи использовали технологию "сухого" травления, которая оставила на основании только элементы структуры будущего транзистора. Затем при помощи других методов была создана область канала и затвора, и транзистор приобрел свой законченный вид.

Высокая точность изготовления элементов структуры таких транзисторов определяет их высокое быстродействие, высокую эффективность и повторяемость параметров отдельных транзисторов при массовом производстве. Поскольку метод электронно-лучевой литографии позволяет "нарезать" элементы очень маленьких габаритов, то новый способ позволит "упаковать" большее количество транзисторов на единицу площади поверхности, нежели количество транзисторов на поверхности даже самых современных микропроцессоров.

"Разработанная нами технология нанопечатной литографии ориентирована в первую очередь на производство гибкой электроники" - пишут исследователи, - "Существующие современные технологии подходят для такого не очень хорошо, уж слишком малую точность они обеспечивают. Кроме того, что наша новая технология позволит изготавливать практически идентичные по параметрам полупроводниковые устройства крупными рулонными партиями, а характеристики этих устройств в некоторых случаях значительно превосходят характеристики подобных устройств, изготовленных традиционным способом".

Источник

Компания IBM делает общедоступным квантовый процессор через сервис IBM Cloud


Представители компании IBM Research объявили, что начиная с 4 мая 2016 года, все желающие могут через Интернет получить доступ и проводить свои собственные эксперименты, используя возможности квантового процессора, разработанного и изготовленного специалистами компании. Доступ к процессору предоставляется через облачный сервис IBM Cloud, поэтому абсолютно все его функции будут доступны при работе с обычного компьютера и любого мобильного устройства. Вычислительная платформа IBM Quantum Experience, служащая "оберткой" для квантового процессора, позволит людям производить вычисления собственных алгоритмов, работать с отдельными квантовыми битами, кубитами, исследовать работу демонстрационных программ и производить моделирование процессов, возможное только при помощи квантовых вычислений. Руководство компании IBM считает, что квантовые вычислительные технологии являются будущим области информационных технологий, и таким системам будет под силу справиться с задачами, которые невозможно решить при помощи даже самых мощных современных суперкомпьютеров.

В составе квантового процессора находится пять сверхпроводящих кубитов, а собственно эта вычислительная система находится в Исследовательском центре IBM имени Уотсона в Нью-Йорке. Использованная в процессоре квантовая архитектура допускает использование большего количества кубитов, так что в будущем, возможно, количество кубитов общедоступного процессора может быть увеличено. Следует отметить, что данный проект является частью более обширной программы, нацеленной на создание универсального квантового компьютера, который может быть запрограммирован для решения любой вычислительной задачи из любой области бизнеса, науки и техники.


В своем процессоре специалисты компании IBM использовали кубиты, изготовленные из сверхпроводящих материалов на поверхности кремниевого чипа. При этом, для изготовления процессора использовались стандартные технология производства кремниевых полупроводниковых приборов, что, в свою очередь, позволит в будущем производить подобные процессоры большими партиями без каких-либо затруднений.

Руководство компании IBM предполагает, что в течение следующего десятилетия на свет должны появиться квантовые процессоры среднего класса, насчитывающие в своем составе от 50 до 100 кубитов. Это даст людям возможность распоряжаться и использовать в своих целях поистине огромную вычислительную мощность, ведь с квантовым компьютером, имеющим всего 50 кубитов, не сможет конкурировать ни один из самых мощных суперкомпьютеров, занимающий лидирующие строчки в рейтинге Top-500. Обладание такой мощностью позволит человечеству открыть новые аспекты систем искусственного интеллекта, разработать новые материалы, лекарственные препараты, эффективно обрабатывать огромные объемы данных, что, в свою очередь, может произвести буквально революцию в некоторых областях науки и техники.


Как уже упоминалось выше, все взаимодействие с квантовым процессором производится при помощи интерфейса системы IBM Quantum Experience. А в будущем, когда вокруг этого процессора сформируется некоторое сообщество, его члены получат возможность обмениваться опытом, результатами своей работы и т.п. Все это будет использоваться специалистами компании IBM для выработки основной стратегии дальнейшего развития квантовых вычислительных технологий. А в будущем общедоступный квантовый процессор IBM может получить дополнительные кубиты и другие функциональные узлы, благодаря чему его пользователи получат возможность запуска более сложных алгоритмов и решения более тяжелых вычислительных задач, открывая все новые и новые области применения данной технологии.

Создание полноценного квантового процессора стало возможным благодаря нескольким прорывам, совершенным специалистами компании за последние годы. В прошлом году была разработана технология обнаружения и коррекции квантовых ошибок, которая увеличивает стабильность работы вычислительной системы. А разработанная IBM матрица из кубитов является единственной на сегодняшний день жизнеспособной архитектурой, позволяющей масштабировать квантовую вычислительную систему до сколь угодно большого уровня.


И в заключение следует отметить, что, предоставляя открытый доступ к собственным квантовым технологиям, компания IBM стремиться продемонстрировать потенциал этой технологии всем заинтересованным в этом людям. Большой упор делается на университеты и другие учебные заведения, для которых ведется разработка обширного ряда обучающих программ. Ведь студенты, обучающиеся в этих университетах, в весьма недалеком будущем могут стать либо потенциальными клиентами компании, либо пополнить ряды ее собственных специалистов. И, конечно, данным шагом компания IBM пытается утвердиться и заработать себе имя в области квантовых вычислений, в относительно новой области информационных технологий.


Источник

Ученые создали облако из атомов, не имеющих традиционных физических свойств


Объекты, находящиеся в реальном физическом мире, окружающем нас с вами, обладают свойствами независимо друг от друга и вне зависимости от того, наблюдаемы мы за этими объектами или нет. Как-то Альберт Эйнштейн спросил, существует ли Луна даже тогда, когда на нее никто не смотрит? И ответ на этот вопрос весьма очевиден - да. Однако, такая очевидная уверенность является ошибочной в призрачном мире маленьких элементарных частиц, поведение которых описывается законами квантовой механики. Местоположение, скорость, магнитный момент и момент вращения частицы могут быть совершенно неопределенными, более того, эти характеристики могут проявляться только в момент их измерений или зависеть от квантового состояния других частиц.

Если принять во внимание недостоверное предположение о том, что атомы обладают некими параметрами независимо от измерений этих параметров и не зависят друг от друга, то можно вывести так называемое неравенство Белла (теорему Белла). Однако, эти уравнения описывают то, что свойства атомов, находящихся в определенном квантовом состоянии взаимосвязаны и это называется корреляцией Белла. Теорема Белла также определяет, что свойства атома проявляются лишь в момент измерения этого свойства, в любое другие время они не только неизвестны, их даже не существует как класса.

Группа исследователей из университета Базеля (University of Basel), возглавляемая профессорами Николасом Сэнгоуардом (Nicolas Sangouard) и Филиппом Треутлейном (Philipp Treutlein), работая совместно с коллегами из Сингапура, впервые наблюдала явление корреляции Белла в большой квантовой системе, состоящей из 480 атомов конденсата Бозе-Эйнштейна. Подобные наблюдения проводились и ранее, но в них было задействовано очень малое количество квантовых частиц, четыре фотона света в одном случае и 14 атомов во втором случае. А в данном случае результаты экспериментов указывают на то, что специфичные квантовые эффекты проявляются должным образом и в больших квантовых системах.

Для наблюдения эффекта корреляции Белла в большой квантовой системе ученым потребовалось сначала разработать новый метод, который не требует измерений свойств какой-либо отдельно взятой частицы, такое попросту невозможно на нынешнем уровне развития науки и техники. В этом деле ученым помогло еще одно уравнение из серии неравенств Белла, которое было открыто не так давно. Ученые создали облако из атомов, которые были охлаждены при помощи лазерного света до температуры, на несколько тысячных долей градуса превышающей температуру абсолютного нуля.

Атомы в таком облаке постоянно сталкиваются и между их магнитными моментами возникает явление квантовой запутанности. Когда количество запутанных атомов достигает определенной величины, то можно обнаружить эффекты влияния корреляции Белла. "Можно предположить, что случайные столкновения атомов только увеличивают количество хаоса в системе" - рассказывает Роман Шмид (Roman Schmied), ведущий исследователь, - "Однако, квантово-механические свойства этих атомов становятся запутанными настолько, что это нарушает классическую статистику".

В созданном учеными конденсате Бозе-Эйнштейна каждый из атомов переведен в состояние квантовой суперпозиции. Такие атомы запутываются путем столкновений, в результате чего ученые имеют возможность рассчитать, сколько из атомов продолжают оставаться в состоянии суперпозиции. Отношение атомов, сохранивших и утерявших свое изначальное состояние, изменяется неопределенным образом от эксперимента к эксперименту. А когда отношение падает ниже некоего предела, становится ясным то, что атомы будто бы предварительно "согласовались" с результатами измерений их параметров, и такое "согласование" достаточно точно описывается корреляцией Белла.

Проделанная учеными работа имеет пока больше всего чисто теоретическое значение, но в будущем она может открыть новые возможности для реализации множества квантовых технологий, к примеру, для генерации случайных чисел, безопасных квантовых коммуникаций и квантовых вычислений. "Корреляции Белла в системах, состоящих из большого числа квантовых частиц - это пока еще совершенно неизведанная область, в которой имеется масса нерешенных вопросов" - рассказывает Роман Шмид, - "Проводя наши эксперименты, мы входим в область обширного "белого пятна" на карте знаний о физике окружающего нас мира".

Источник