РКЦ | Центр притяжения

Физики обнаружили, что одноотрицательные амплитуды рассеяния глюонов могут быть ненулевыми Амплитуды рассеяния описывают процессы столкновения частиц в квантовой теории поля и позволяют вычислять вероятности их исходов. В калибровочных теориях, таких как теория Янга—Миллса, прямые вычисления через диаграммы Фейнмана быстро становятся очень сложными. Поэтому особенно ценятся случаи, когда для целого класса процессов удается найти короткие и простые формулы. В таких задачах важную роль играет спиральность частиц. У безмассовых частиц вроде глюонов она показывает, как направлен их спин относительно направления движения: условно говоря, «по часовой стрелке» или «против». Долгое время считалось, что если в процессе участвует один глюон с отрицательной спиральностью, а остальные n–1 — с положительной, то соответствующая амплитуда рассеяния всегда равна нулю. Физики из Принстонского института перспективных исследований показали, что это верно не во всех случаях. В специальном кинематическом режиме, когда импульсы частиц почти совпадают по направлению (полуколлинеарная область), такая амплитуда может быть ненулевои. Для одного из частных процессов исследователи даже нашли очень короткую формулу, принимающую только значения +1, −1 или 0.

Зашифрованные кубиты могут быть клонированы Одна из базовых теорем квантовой физики — теорема о запрете клонирования — говорит, что неизвестное квантовое состояние нельзя просто скопировать. Если есть кубит в неизвестном состоянии, создать его точную копию невозможно. Это серьезное ограничение для квантовых вычислений и передачи квантовой информации. Исследователи из Университета Ватерлоо предложили способ частично обойти это ограничение — метод «зашифрованного клонирования». Идея в том, что состояние кубита можно «распределить» между несколькими другими кубитами так, что в каждом из них будет зашифрованная копия информации. При этом напрямую прочитать состояние из этих копий нельзя, потому что для расшифровки нужен специальныи квантовый ключ. Этот ключ формируется из набора дополнительных запутанных кубитов. Если его использовать, можно восстановить исходное состояние — но только один раз. После расшифровки ключ исчезает, поэтому получить несколько копий одновременно по-прежнему невозможно. Такой подход может быть полезен, например, для распределенного хранения квантовых данных или более надежной передачи квантовой информации.

Microsoft продемонстрировала технологию хранения данных до 10 тысяч лет в обычном стекле Объемы данных растут, и для архивного хранения нужны носители, которые сохраняют информацию десятилетиями без деградации. Традиционные магнитные и полупроводниковые системы со временем теряют надежность, поэтому исследователи ищут более стабильные материалы. Одним из кандидатов считается стекло: оно химически инертно и устойчиво к температуре и излучению. Компания Microsoft сообщила о прорыве в технологии хранения данных в стекле: новая разработка может сохранять информацию без искажений не менее 10 000 лет вместе со снижением стоимости и доступности носителей. Физики использовали фемтосекундныи лазер, короткие импульсы которого создают внутри стекла микроструктуры с измененными оптическими свойствами. Эти микроструктуры и кодируют биты информации в объеме материала, слой за слоем. В эксперименте исследователи записали 4,8 ТБ данных на небольшую стеклянную пластину, распределив их по 301 слою. Потенциальная скорость записи достигла 25,6 Мбит/с, а плотность хранения — до 1,59 Гбит/мм³, что соответствует сотням терабайт в компактном объеме. Хотя по скорости технология уступает HDD и SSD, ее преимущество в долговечности. Такие носители рассчитаны на хранение данных десятилетиями без деградации, а дальнейшая оптимизация лазеров и состава стекла должна повысить эффективность и снизить стоимость архивных систем.

➡️ Вышел новый выпуск подкаста «Физики и лирики: История ЭВМ. Квантовый компьютер: вчера, сегодня, завтра» Скоро наступит момент, когда квантовые вычислители — уже привычная реальность, которая меняет мир. Кто изобрел квантовый вычислитель, как он работал и каким был, кто производит такие машины сегодня и какие задачи решает и что будет дальше — об этом вы узнаете в подкасте. А расскажет об этом Евгений Киктенко, кандидат физико-математических наук, младший руководитель научной группы квантовых информационных технологий Российского квантового центра, старший научный сотрудник отдела математических методов квантовых технологий математического института им. Стеклова РАН.

Российские квантовые вычислители перешагнули рубеж в 70 кубитов Разные платформы квантовых компьютеров сегодня постепенно наращивают число кубитов. Однако важны не только размеры системы, но и архитектура: при увеличении числа кубитов становится сложнее сохранять их стабильность и выполнять точные квантовые операции. Исследователи физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова сообщили о создании прототипа квантового вычислителя на 72 кубитах. Система построена на одиночных нейтральных атомах рубидия, которые удерживаются и управляются лазерными пучками. В контрольном эксперименте ученые продемонстрировали двухкубитную операцию с точностью около 94%. Особенность установки — новая архитектура регистра. Кубиты разделены на зоны: область памяти для хранения квантовых состояний и область взаимодействия, где выполняются операции. Такой подход должен упростить масштабирование системы и повысить точность вычислений. Работа проводится в рамках российской дорожной карты по квантовым вычислениям, которую координирует Росатом. В рамках этой программы вычислитель на рубидии разделил свое лидерство с устройством на ионах кальция и 70-кубитному вычислителем на ионах иттербия. К 2030 году в России планируется создать квантовые вычислители среднего масштаба, которые будут ориентированы на запуск алгоритмов для решения прикладных промышленных задач.

Первый частный термоядерный реактор разогрел плазму до 150 млн градусов Управляемый термоядерный синтез остается однои из самых сложных задач энергетики: чтобы ядра водорода начали сливаться, плазму нужно разогреть до температур выше 100 млн градусов. Это условие считается минимальным порогом для реакторов, которые потенциально могут производить энергию. Американская энергетическая компания Helion объявила о двух достижениях в области управляемого термоядерного синтеза: опытная установка Polaris разогрела плазму до температуры 150 млн градусов, превысив этот порог и собственный предыдущии рекорд в 100 млн. Кроме того, компания впервые среди частных разработчиков провела испытания с дейтерий-тритиевым топливом — эта смесь считается наиболее перспективной для термоядерных реакторов. Сотрудники Helion уверены, что смогут начать коммерческие поставки энергии, полученной в результате термоядерного синтеза, уже в 2028 году. Polaris — седьмой прототип малого термоядерного реактора, запущенный в конце 2024 года. Он стал первой и пока единственной частной термоядерной установкой, получившей разрешение американских регуляторов на использование дейтерий-тритиевой смеси для проведения испытаний.

Сегодняшняя история об Энрико Ферми взята из воспоминаний Герберта Андерсона — непосредственного участника испытаний «Тринити».

Ученым удалось удержать плазму при помощи левитирующего магнита Новозеландский стартап OpenStar сообщил об успешных испытаниях экспериментального термоядерного реактора «Джуниор» с левитирующим магнитом. В ходе теста реактор удерживал плазму с температурой свыше 1 млн °C, при этом сверхпроводящий магнит массой около 560 кг левитировал внутри вакуумной камеры без механической опоры и внешнего питания. Такой левитирующий дипольный реактор считается проще и потенциально легче масштабируемым, чем классические токамаки. Реактор «Джуниор» от OpenStar принципиально отличается от токамаков: магнит размещается внутри плазмы — эту конструкцию ученые называют «термоядерным реактором, вывернутым наизнанку». Несмотря на успешные результаты испытаний, до коммерческого термоядерного синтеза еще далеко. Температура плазмы в «Джуниоре» значительно ниже порога в 150 млн °C, необходимых для устойчивой реакции.

IonQ впервые доказала преимущество распределенных квантовых вычислений Ранее среди исследователей существовали сомнения относительно того, действительно ли объединение нескольких квантовых процессоров приведет к увеличению вычислительной мощности. Причиной тому является медленное распространение квантовой запутанности между удаленными системами. Этот процесс занимает в тысячу раз больше времени, чем выполнение операций самим процессором. Расчет, выполненный специалистами IonQ, опровергает эти опасения. Ученые провели моделирование работы схемы рекурсивного подавления шума Клиффорда (CliNR) в распределенной системе, состоящей из трех квантовых процессоров с реалистичным уровнем шума. Результаты показали, что такая объединенная система позволила существенно снизить количество логических ошибок и уменьшить глубину квантовой цепочки по сравнению с использованием одного процессора.

В продолжение прекрасного весенней праздника хочется сказать еще пару слов о представительницах прекрасного пола🌷 Наука не обходится без женщин и сейчас — «Известия» рассказали истории исследовательниц, которые меняют повестку современной российской науки. Кстати, среди них и наша Алёна Мастюкова 😉

Пришло время для дайджеста новостей! 🔘 Физики из США обнаружили, что одноотрицательные амплитуды рассеяния глюонов могут быть ненулевыми. Исследователи вывели рекуррентное соотношение, эквивалентное суммированию диаграмм Фейнмана, и получили общий ответ для одноотрицательных амплитуд в полуколлинеарной кинематике, а в выводе формул ученым помог ChatGPT. 🔘 Специалисты Института гидродинамики имени Лаврентьева СО РАН разработали и построили экспериментальную установку, которая позволяет отслеживать физические процессы во вращающихся жидкостях. Платформа способна раскручиваться до 30 оборотов в минуту, что является оптимальным режимом для проведения экспериментов. 🔘 На космодроме Байконур восстановили кабину обслуживания стартовой площадки. Кабина нужна для доступа к нижним ступеням ракеты, ее ремонт начался в середине декабря 2025 года и включал в себя замену поперечных и продольных ферм, узлов креплений и механизмов, а также электрооборудования.

+5

💐✨ В честь 8 Марта хотим рассказать вам о десяти выдающихся женщинах в мире квантовой науки. Спасибо тем, кто задает вопросы, ищет ответы и меняет наше понимание мира. Женщины в науке — это открытия, смелость и движение вперед!🔬✨ Поздравляем всех женщин и девушек с праздником!

Физики разработали квантовый датчик для поиска темной материи Темная материя, по космологическим оценкам, составляет большую часть вещества во Вселенной. Физики видят ее гравитационное влияние, но сами частицы зарегистрировать напрямую пока не могут. Один из сценариев предполагает, что сверхлегкая темная материя ведет себя как когерентная волна. В этом случае ее можно искать через сверхточные измерения фазы, а не через редкие столкновения частиц. Команда из Oak Ridge National Laboratory разработала квантово-оптическую схему, которая повышает чувствительность датчиков за счет использования сжатого света и квантовой запутанности. Сжатие уменьшает квантовый шум ниже стандартного предела, а запутанность создает корреляции между сенсорами. В результате система способна фиксировать гораздо более слабые сигналы, чем классические приборы. Исследователи объединили несколько оптомеханических датчиков в распределенную сеть. Если темная материя проявляет себя как волна, все элементы сети должны регистрировать один и тот же слабый фазовый сдвиг. Совместная обработка сигналов дает выигрыш по отношению сигнал/шум. Это большой шаг к экспериментам нового уровня чувствительности.

На каком топливе работают математики? Ответ вы узнаете из сегодняшней цитаты Пала Эрдёша — венгерского математика, одного из наиболее продуктивных математиков XX века.

Когда квантовый вычислитель обнулит биткоины? В новом выпуске научного медиапроекта Санкт‑Петербургского государственного университета «Бозон смысла» руководитель лаборатории оптики спина СПбГУ, директор Центра теоретической физики имени А. А. Абрикосова в МФТИ и руководитель группы квантовой поляритоники в Российском квантовом центре Алексей Кавокин. Он поделился мнением о том, что прогнозы аналитиков про достижение к 2040 году рынком квантовых вычислений объемов в сотни миллиардов долларов сдержанны. При этом квантовые вычислители уже существуют, пока они решают простые задачи (например раскладывают число 15 на простые множители 3 и 5).

Новая 3D архитектура QuantWare открывает дорогу к процессору с миллионом кубитов Масштабирование сверхпроводниковых квантовых процессоров долгое время упиралось в одну и ту же проблему: к каждому кубиту нужно подвести управляющие и измерительные линии. По мере роста числа кубитов это быстро превращается в аппаратный «узел» — количество проводов, разъемов и управляющей электроники становится слишком большим. В результате большинство квантовых процессоров сегодня остаются на уровне сотни кубитов. Нидерландская компания QuantWare предложила архитектуру масштабирования под названием VIO-40K. Она строится из небольших чиплетов — отдельных квантовых модулей, которые соединяются друг с другом напрямую на уровне кристалла. Такая схема поддерживает до 40 000 входных и выходных линий и позволяет объединять десятки модулей в один процессор. По планам разработчиков, это даст возможность создавать системы примерно на 10 000 кубитов — примерно в сто раз больше, чем у современных сверхпроводниковых процессоров. В компании рассчитывают, что новая архитектура станет стандартом для индустрии и позволит масштабировать системы до сотен тысяч и даже миллионов кубитов. Для производства таких устройств QuantWare строит фабрику Kilofab в Delft, запуск которой запланирован на 2026 год. Там будут выпускать квантовые процессоры нового поколения на базе архитектуры VIO-40K.

Квантовые технологии в информационной безопасности Как защитить данные, когда традиционные методы шифрования окажутся под угрозой? Эксперты Российского квантового центра, АНО «Цифровая экономика», а также другие ведущие отраслевые эксперты обсудили эти вопросы на экспертно-аналитическом мероприятии «Квантовое лидерство: достижения и перспективы». С приветственным словом выступили генеральный директор РКЦ Максим Острась и руководитель научной группы РКЦ «Квантовые информационные технологии», вице-президент АО ГПБ Алексей Федоров. Главным событием стала презентация большого аналитического отчета «Перспективные сценарии применения квантовых и смежных технологий в сфере ИБ». Исследование было проведено АHO «Цифровая экономика» при поддержке Минцифры России и АО ГПБ, отраслевыми компаниями и научными организациями. В написании отчета принимали участия сотрудники РКЦ и дочерних организаций. Что внутри отчета? 🔷Аналитика: Детальный разбор мирового и российского рынка ИБ (информационной безопасности) в контексте квантов. 🔷Практика: Собрано 34 перспективных сценария применения от 20 ведущих разработчиков. 🔷Барьеры и решения: Сформулированы конкретные шаги по преодолению регуляторных и технических барьеров. 🔷Технологии: Описано применение квантов в сфере ИБ, включая квантовые коммуникации, сенсоры, вычисления и постквантовую криптографию. По оценкам экспертов, к 2035 году объем российского рынка квантовых вычислений может достичь 86 млрд рублей, а квантовых коммуникаций — 80 млрд рублей. Внедрение этих технологий — это не просто тренд, а стратегический шаг для защиты критической инфраструктуры, национальной безопасности и создания новых рынков. Подробнее с результатами исследования можно ознакомиться по ссылке.

SQC представила 11-кубитный кремниевый квантовый процессор с рекордной точностью операций Австралийский стартап Silicon Quantum Computing опубликовал в Nature работу, где представил 11-кубитный квантовой процессор на основе атомов фосфора в изотопически очищенном кремнии-28. Кубитами здесь служат ядерные спины атомов фосфора — их ядро, может находиться в суперпозиции двух состояний и хранить информацию в течение секунд. Несколько близко расположенных атомов образуют спиновый регистр: их ядра связаны с одним общим электроном через сверхтонкое взаимодействие. Процессор состоит из двух таких регистров (4 и 5 ядерных спинов), соединенных между собой через обменное взаимодействие электронов — это быстрый квантовый механизм связи, зависящий от перекрытия их волновых функций. Благодаря этому удается передавать квантовые состояния между регистрами и создавать запутанность не только внутри группы атомов, но и между разными группами. Всего в системе 9 ядерных и 2 электронных спина — 11 кубитов. При этом точность одно- и двухкубитных операций достигла 99,10–99,99%, а совпадение с теоретическим идеалом для белловских состояний — 99,5%. Исследователи продемонстрировали запутанность до восьми ядер одновременной утверждают, объединение нескольких спиновых регистров реально и может стать основой масштабируемых кремниевых квантовых процессоров.

Российские ученые предложили концепцию устройств радиосвязи нового поколения, в которых в качестве сверхчувствительной антенны используется атомный газ Такие «квантовые антенны» способны улавливать даже крайне слабые сигналы, а также так называемые закрученные радиоволны, передающие больший объем информации по сравнению с обычными. Физики Томского государственного университета разработали схему радиоприемников будущего — с новым способом детектирования сигналов. В качестве сверхчувствительной антенны ученые предложили стеклянные колбы с атомным паром — газом из отдельных сильно возбужденных ридберговских атомов. Такие устройства, помимо прочего, позволяют улавливать закрученные радиоволны. Они обладают необычной «геометрией» — их фаза колебаний закручивается вокруг направления движения, формируя спираль. За счет орбитального углового момента закрученные радиоволны могут переносить больше информации, используя его как дополнительную степень свободы для кодирования данных «Использование атомов Ридберга для детекторов радиоволн — развитое направление, и уже созданы коммерческие прототипы. В России также ведутся аналогичные разработки. Кроме того, ридберговские атомы применяются для кубитов в атомных квантовых компьютерах в МГУ. Детектирование волн с орбитальным моментом атомными ансамблями тоже разработано», — прокомментировал научный директор Российского квантового центра Алексей Акимов. По мнению исследователей, в перспективе такие устройства позволят улавливать даже самые слабые сигналы. В том числе в сложных условиях — например, глубоко под землей или под водой. В будущем они могут повысить надежность связи для спасателей, шахтеров, спелеологов и подводников.