РКЦ | Центр притяжения

+3

Сегодня отмечается Международный день женщин и девочек в науке!✨ В Российском квантовом центре работают замечательные, умные, талантливые и красивые девушки. В честь праздника мы продолжаем знакомить вас с прекрасными сотрудницами из разных научных групп РКЦ. Благодаря своему уникальному взгляду женщины вносят неоценимый вклад в развитие науки во всем мире. Поздравляем всех женщин, девушек и девочек, имеющих отношение к науке, с праздником!

Физики поставили новые лабораторные ограничения на взаимодействие аксионной темной материи с веществом Несмотря на десятилетия поисков, темная материя до сих пор проявляет себя только через гравитацию. Одними из наиболее перспективных кандидатов на ее роль считаются аксионы — сверхлегкие частицы, которые в ряде моделей ведут себя как протяженное квантовое поле и могут образовывать крупномасштабные структуры в пространстве. Если такие структуры существуют, их редкие пересечения с Землей могли бы оставить слабые, но измеримые следы в лабораторных экспериментах. Именно такой сценарий проверили физики из Китая. Они искали кратковременные сигналы, которые могли бы возникать при прохождении Земли через так называемые доменные стенки аксионного поля. В этом случае градиент поля должен действовать на ядерные спины как очень слабый псевдомагнитный импульс, слегка поворачивая их. Чтобы поймать такой эффект, исследователи использовали распределенную сеть высокочувствительных квантовых датчиков. Команда под руководством Мин Цзяна и Пэна Синьхуа из Университета науки и технологий Китая построила сеть из пяти синхронизированных датчиков на основе гиперполяризованных ядер ксенона-129, размещенных в двух городах на расстоянии около 320 километров. За 739 часов наблюдений статистически значимых совпадений обнаружить не удалось. Это позволило установить самые жесткие на сегодняшний день лабораторные ограничения на взаимодействие аксионной темной материи с нуклонами в диапазоне масс от 10 пэВ до 0,2 мкэВ.

Катание на лыжах может оказаться хорошим поводом для важных научных дискуссий. Лауреат Нобелевской премии по физике Феликс Блох вспоминал, рассказывая о своих многочисленных лыжных поездках с Вернером Гейзенбергом: «Видите ли, физика и повседневная жизнь не были разделены в нашей жизни. Это было одно и то же».

В середине февраля Комета C/2024 E1 сблизится с Землей Комета C/2024 E1 (Вежчоса) 17 февраля пройдет на минимальном расстоянии от Земли. Однако увидеть ее невооруженным глазом не получится: ее яркость составляет около 8–9 звездной величины — это означает, что она в десятки раз слабее самых тусклых звезд, различимых без оптики. Наблюдать комету можно только в телескоп. Лучшие условия будут в Южном полушарии, где она поднимается высоко над горизонтом. В Северном полушарии комета будет видна очень низко над юго-западным горизонтом и лишь в короткое время после заката, поэтому наблюдения окажутся затруднены. Комета движется по гиперболической орбите и является «гостьей» из межзвездного пространства: после выхода из Солнечной системы она больше никогда не вернётся. Перигелий — ближайшую точку к Солнцу — она прошла 20 января на расстоянии около 85 млн километров.

Xanadu, Riverline и Rolls-Royce развили квантово-вдохновленный подход для моделирования конструкции авиадвигателей Rolls-Royce совместно с компаниями Xanadu и Riverlane показала, что квантовые алгоритмы могут ускорить моделирование потоков воздуха в авиационных двигателях. В рамках проекта расчеты, которые на классических суперкомпьютерах занимали недели, удалось сократить до менее чем часа. Это позволяет быстрее тестировать и оптимизировать новые конструкции двигателей. Аэродинамическое моделирование — одна из самых вычислительно сложных задач: оно сводится к решению огромных систем линейных уравнений. Такие задачи подходят для демонстрации превосходства квантовых вычислителей над классическими. Большое внимание физики уделили тестированию гибридных квантово-классических алгоритмов. Исследователи ускорили классическую предварительную обработку данных, которая раньше была узким местом. Xanadu адаптировала инструменты PennyLane и компилятор Catalyst под задачи Rolls-Royce, а Riverlane разработала эффективные квантовые алгоритмы. Проект показывает, как уже сейчас можно готовить промышленное применение квантовых вычислений — в расчете на появление отказоустойчивых квантовых компьютеров.

Пришло время для дайджеста новостей! 🔘 Физики ограничили параметры аксионной темной материи. При помощи распределенной сети квантовых датчиков, расположенных на расстоянии 320 километров друг от друга, в течение 739 часов происходил набор данных. В результате ученые не увидели статистически значимых отклонений от фона. 🔘 На спутнике Юпитера зафиксировали крупнейшее извержение вулканов в Солнечной системе. Выяснилось, что под поверхностью спутника скрыта обширная сеть взаимосвязанных магматических резервуаров. 🔘 Китайские физики впервые заставили тепло двигаться от «холодного» к «горячему» квантовому объекту. Обход второго закона термодинамики открывает дорогу для точного управления потоками тепла между частицами в квантовых и для создания термодинамических компьютеров.

Друзья, поздравляем вас с Днём российской науки!

Исследователи из США изготовили кремниевые структуры, которые совершают вычисления с помощью тепла Обычно тепло считается бесполезным побочным продуктом вычислений, от которого стараются избавиться. Но инженеры из Массачусетского технологического института решили использовать тепло как форму информации, и в результате им удалось доказать, что вычисления с помощью тепла возможны. В новом вычислительном методе входные данные кодируются в виде набора температур с использованием уже имеющегося в устройстве теплоотвода. В основе вычислений лежит поток и распределение тепла через специально разработанный материал. Затем выходной сигнал представляется мощностью, собранной на другом конце, который представляет собой термостат при фиксированной температуре. Несмотря на то, что исследователям предстоит преодолеть множество трудностей в решении задач масштабирования этого вычислительного метода для современных моделей глубокого обучения, новый метод может быть применен для обнаружения источников тепла и измерения изменений температуры в электронике без потребления дополнительной энергии. Это также устранит необходимость в использовании множества датчиков температуры, занимающих место на чипе.

Нелюбовь к авторитетам иногда заканчивается самым неожиданным образом.

Физики разработали двумерный кристалл времени на квантовом вычислителе Обычные кристаллы, например алмаз или крупинка соли, имеют структуру, которая повторяется в пространстве. Их атомы выстраиваются в строгую решетку. Кристаллы времени ведут себя иначе: их структура повторяется не в пространстве, а во времени. Частицы в таком объекте постоянно переключаются между состояниями и возвращаются в исходную точку через равные промежутки. Это происходит без потребления энергии, что нарушает привычные законы равновесия. Ранее ученые создавали такие кристаллы только в одномерном варианте. Это были простые цепочки частиц. Сделать двумерный кристалл, то есть плоский слой, оказалось намного сложнее. Международной группе физиков удалось вырастить кристалл в двумерной конфигурации. Для эксперимента они использовали мощный квантовый процессор, позволивший материи поддерживать ритм колебаний без потери энергии. Между частицами создали особый вид взаимодействия — анизотропную модель Гейзенберга. В ней сила связи между соседними кубитами различалась в зависимости от направления. Это создало условия, при которых система смогла сопротивляться нагреву и неоднородности системы. Эксперимент продемонстрировал, что двумерная решетка действительно перешла в новое состояние. Кубиты начали колебаться с периодом, кратным частоте внешнего воздействия, что позволило наблюдать устойчивый субгармонический отклик, характерный для кристаллов времени. Ритм сохранялся долгое время, несмотря на шумы, присущие современным квантовым компьютерам.

🔔Для тех, кто не успел зарегистрироваться! 17 февраля Высшая школа экономики заканчивает прием заявок на конкурс «Твой проект» по направлению «Прикладная электроника и фотоника». Для участников это отличная возможность дополнить портфолио сильным проектом и раскрыть свой профессиональный потенциал. Принять участие могут студенты 3–4 курсов бакалавриата, 3–6 курсов специалитета и выпускники прошлых лет различных вузов России. Всем удачи! Подробности на страничке конкурса.

На процессоре Wukong впервые продемонстрировали универсальный набор логических гейтов Для практических квантовых вычислений недостаточно просто увеличивать число кубитов — необходимо уметь выполнять вычисления без накопления ошибок. Это требует логических кубитов, защищенных кодами коррекции ошибок, и универсального набора логических гейтов, из которых можно собрать любой квантовый алгоритм. Для ионных платформ такие операции уже удалось реализовать, а вот для сверхпроводниковых процессоров, особенно двухкубитные логические гейты, это долго оставалось нерешенной задачей. Китайские исследователи из лаборатории в Хэфее справились с этой задачей на сверхпроводниковом процессоре Wukong. Используя поверхностный код, они экспериментально реализовали логический вентиль CNOT вместе с произвольными однокубитными вращениями. Они использовали двумерную топологическую архитектуру и специальную схему кодирования, которая позволила уменьшить число вспомогательных кубитов. Кроме этого, ученые приготовили логические запутанные состояния и подтвердили их квантовую запутанность через нарушение неравенства Белла. Работа демонстрирует, что сверхпроводниковые процессоры способны не только масштабироваться, но и поддерживать полноценные логические операции, необходимые для реализации реальных квантовых алгоритмов.

Ученые поменяли полярность магнита одним только светом Обычно, чтобы изменить направление намагниченности ферромагнетика, материал приходится нагревать выше критической температуры, а затем снова охлаждать. При нагреве тепловое движение «размывает» ориентацию спинов электронов, а при охлаждении они выстраиваются заново — уже в другом направлении. Физики из Базельского университета и Швейцарской высшей технической школы Цюриха показали, что этот процесс можно запустить без нагрева, используя только короткий лазерный импульс. В экспериментах ученые работали с муаровой структурой из двух слегка повернутых друг относительно друга сверхтонких слоев дителлурида молибдена. В таком материале электроны могут находиться в двух топологических состояниях — проводящем и непроводящем, — и в обоих случаях их спины выстраиваются параллельно, формируя ферромагнитное состояние. Лазерный импульс позволил переключать материал между этими состояниями и тем самым менять коллективную ориентацию спинов во всем ферромагнетике, а не у отдельных электронов, как удавалось раньше. Кроме того, лазером можно «рисовать» внутри материала границы между разными топологическими и магнитными областями и многократно переписывать их. В перспективе такой подход может лечь в основу оптической записи и перепрограммирования схем прямо на чипе — например, для создания миниатюрных интерферометров и новых типов адаптивной электроники, управляемой светом.

🎙Сегодня в эфире Радио РБК в программе «Технологии и тренды» генеральный директор Российского квантового центра Максим Острась расскажет, как работают квантовые вычисления, почему квантовые сенсоры становятся все более важной технологией для жизни, и как квант сочетается с искусственным интеллектом. А ещё — о мировых кейсах применения, месте России в этой гонке и главных мифах, которые мешают адекватно говорить о прорывах. Всё по делу и без абстракций 😉 ⏺Подключаемся в 16:10

Суперкомпьютер Jupiter впервые полностью смоделировал 50-кубитный квантовый процессор Ученые из Юлихского суперкомпьютерного центра вместе с NVIDIA поставили новый рекорд в квантовом моделировании: на экзафлопсном суперкомпьютере JUPITER впервые полностью смоделировали работу универсального квантового компьютера на 50 кубитах. Предыдущий максимум — 48 кубитов — был установлен той же командой несколько лет назад. Такие симуляции нужны, чтобы проверять квантовые алгоритмы и сравнивать их с экспериментами задолго до появления по-настоящему больших и надежных квантовых компьютеров. Например, алгоритмы вроде VQE (для моделирования молекул и материалов) и QAOA (для задач оптимизации в логистике, финансах и ИИ). Для моделирования алгоритмов на 50 кубитах потребовалось около 2 петабайт памяти, а каждая операция задействовала квадриллионы чисел, которые синхронизировались между тысячами узлов. Рекорд стал возможен благодаря новой архитектуре памяти чипов NVIDIA GH200 и обновленному симулятору JUQCS-50. Он эффективно распределяет данные между CPU и GPU и будет доступен через квантовую инфраструктуру Юлиха как инструмент для исследований и тестирования будущих квантовых алгоритмов.

Физики МГУ усилили люминесценцию органических комплексов с европием Органический OLED-дисплеи работают за счет электролюминесценции: органический слой излучает свет, когда через него проходит электрический ток. Одна из проблем таких дисплеев — низкая эффективность и широкий спектр излучения. Из-за последнего цвета на экране получаются менее насыщенными, а часть света теряется внутри структуры пикселя. Перспективной альтернативой считаются органические комплексы редкоземельных элементов, например европия. Их люминесценция возникает за счёт внутренних электронных переходов в ионе и имеет очень узкие спектральные линии (порядка 10 нм), что обеспечивает высокую чистоту цвета — особенно в красной области спектра. Однако они излучают медленно, с временем жизни возбужденного состояния до миллисекунд, и значительная часть света теряется в волноводных модах OLED-структуры. Команды физического факультета и факультета наук о материалах МГУ показала, что эти ограничения можно преодолеть с помощью плазмонных кристаллов — периодически наноструктурированной алюминиевой поверхности. Структуру кристалла ученые рассчитали таким образом, чтобы на ее поверхности возникали волны (поверхностные плазмоны), которые усиливают люминесценцию и могут менять ее характеристики. В итоге исследователям удалось направить излучение почти перпендикулярно поверхности, увеличить его интенсивность примерно в четыре раза и почти вдвое сократить время жизни возбужденного состояния. Такой подход открывает путь к OLED-дисплеям с более высокой эффективностью и чистым цветом.

Ричард Фейнман любил устраивать забавные физические эксперименты и розыгрыши в повседневной жизни. Сегодняшнюю историю о чаевых под стаканом воды он рассказал в своей книге «Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман».

Китайские исследователи разработали эластичное и прочное волокно из транзисторов Китайские исследователи разработали гибкое микросхемное волокно толщиной с человеческий волос. Оно выдерживает около 10 000 циклов сгибания, растягивается более чем на 30%, скручивается до 180 градусов и не боится стирки, температур до 100 °C и даже давления колеса 15,6-тонного грузовика. При этом на сантиметре волокна умещается 100 000 транзисторов, что делает материал одновременно прочным и вычислительно мощным. Волокно создают из отполированного эластичного полимерного листа. На нем с помощью стандартной литографии формируют транзисторы и другие электронные компоненты, после чего лист покрывают защитным слоем и сворачивают в плотную спираль — по принципу суши-ролла. Такой подход позволяет совместить гибкость с высокой производительностью. По вычислительной сложности один метр волокна сопоставим с классическим процессором: оно обрабатывает цифровые и аналоговые сигналы и может выполнять простые задачи нейросетей, например распознавание изображений. Технология открывает путь к «умным» тканям, медицинским имплантам и интерактивной одежде — от хирургических перчаток с тактильной обратной связью до носимой электроники для VR и повседневного использования.