РКЦ | Центр притяжения

Китайские литий-серные батареи достигли плотности энергии 549 Вт·ч/кг Литий-серные батареи считаются перспективными благодаря высокой плотности энергии, а также доступности и низкой стоимости серы. Однако их применение ограничено сложными химическими процессами при зарядке и разрядке, в ходе которых образуются растворимые промежуточные продукты. Их утечка замедляет реакции и приводит к потере энергии. Группа исследователей из Университета Цинхуа предложила новое решение, внедрив «премедиатор» для электрохимических процессов серы. «Премедиатор» — добавка, которая становится активной именно в тот момент, когда начинается ключевая химическая реакция. В лабораторных испытаниях прототип такой батареи выдержал 800 циклов заряд-разряда, сохранив почти 82% исходной емкости. Также ученым удалось собрать практический плоский аккумулятор в мешочке с энергетической плотностью 549 Вт·ч/кг. При этом, коллегам из Института Фраунгофера прошлой осенью удалось разработать твердотельную литий-серную батарею с рекордной плотностью энергии более 600 Вт·ч/кг — вдвое выше, чем у литий-ионных элементов. Ученые уверены, что подобные «премедиаторы» могут найти применение в проточных батареях, литий-металлических системах и даже в процессах восстановления отслуживших аккумуляторов.

Выдающийся американский физик-теоретик, один из создателей квантовой электродинамики Фримен Дайсон всю жизнь придумывал смелые концепции (например, космический корабль на ядерной тяге или сферу Дайсона), но прекрасно понимал, где заканчивается полет фантазии и начинаются суровые инженерные будни.

Физики обнаружили трансмерный аномальный эффект Холла В обычном эффекте Холла ток в магнитном поле отклоняется силой Лоренца, что приводит к появлению поперечного напряжения. Аномальный эффект Холла может возникать и без внешнего магнитного поля — при нарушении симметрии обращения времени в материале. Обычно он связан с магнитным порядком и орбитальным движением электронов. Для всех известных вариантов аномального и квантового аномального эффекта Холла характерно одно геометрическое правило: направления орбитальной намагниченности, тока и поперечного электрического поля взаимно перпендикулярны. Поэтому даже в трехмерных материалах эффект часто рассматривают как усредненный двумерный случай. Физики из Нанкинского университета предложили рассматривать аномальный эффект Холла еще и с точки зрения размерности и обнаружили его новый тип. Для этого они измеряли холловское сопротивление в многослойных структурах из графена толщиной от трех до 15 атомных слоев при температурах до десятков милликельвин. В образцах промежуточной толщины орбитальная намагниченность возникла сразу в двух направлениях. Ученые экспериментально смогли выделить промежуточный режим между двумерным и трехмерным переносом, в котором орбитальное движение электронов может приводить к новому типу аномального эффекта Холла.

Перспективы использования квантовых вычислений для транспорта и логистики Австралийские исследователи провели систематический анализ научных работ, посвященных применению квантовых алгоритмов в транспортной сфере. Они изучили, как эти алгоритмы могут решать такие задачи, как оптимизация расписаний, маршрутизация, управление дорожным движением, прогнозирование загруженности и классификация изображений с камер. Исследование также затрагивает вопрос о сроках, когда квантовое оборудование достигнет уровня, позволяющего получить ощутимые преимущества для транспорта. Основываясь на текущих дорожных картах, авторы прогнозируют, что для некоторых задач, например, для оптимизации железнодорожных расписаний, практическое квантовое превосходство может быть достигнуто уже к 2028 году. Однако для большинства логистических задач потребуются квантовые компьютеры с десятками тысяч логических кубитов, которые, по прогнозам, появятся уже после 2030 года.

Китайская компания CAS Cold Atom Technology представила квантовый вычислитель «Ханьюань-2» на нейтральных атомах Система объединяет два независимых массива по 100 кубитов на изотопах рубидия-85 и рубидия-87, став первым примером двухъядерной архитектуры в квантовых вычислениях. При этом, само по себе количество кубитов далеко не рекордное — для сравнения, компании Atom Computing и QuEra демонстрировали 200+ кубитов на нейтральных атомах около 5 лет назад, а сама концепция «двух ядер» близка к модульным системам, которые на Западе развиваются уже несколько лет, и не является принципиальным прорывом. Эксперты считают «Ханьюань‑2» — интересным инженерным экспериментом по совмещению двух независимых квантовых процессоров в одном корпусе. Однако с точки зрения мировой гонки квантовых вычислений, это не достижение. Западные системы уже давно превзошли 200 кубитов по сырому числу.

IBM и RIKEN продемонстрировали эффективную работу квантовой и классической платформ Командам IBM и RIKEN впервые удалось обеспечить эффективную работу гибридного суперкомпьютера, обеспечив непрерывный обмен данными между квантовой и классической системами внутри каждого вычислительного цикла. В ходе эксперимента была рассчитана электронная структура молекулярных кластеров на основе атомов железа и серы, имеющих большое значение для биохимии и катализа. Для этого был использован метод квантовой диагонализации на основе выборок (SQD). 156-кубитный квантовый процессор IBM Heron генерировал выборки из пространства состояний молекулы, а суперкомпьютер Fugaku обрабатывал эти данные, выполняя классические вычисления и корректируя результаты в итеративном цикле. Замкнутый рабочий процесс впервые обеспечил быструю обратную связь между квантовой и классической частями системы, что критически важно для эффективного использования двух типов ресурсов, и позволил добиться вычислительного преимущества над классической системой в этой задаче.

Российские ученые запустили объемные спиновые волны с помощью лазерных импульсов Спиновые волны представляют собой коллективные колебания магнитных моментов (спинов) в магнитных материалах. Они характеризуются высокой частотой и большой групповой скоростью, при этом их распространение не сопровождается выделением тепла. Спиновые волны подразделяются на поверхностные и объемные. В свою очередь, объемные спиновые волны могут быть прямыми или обратными, что определяется взаимным направлением групповой и фазовой скоростей. Особый интерес вызывают прямые объемные спиновые волны, так как в тонких пленках они распространяются одинаково во всех направлениях. Группа физиков из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, Российского квантового центра и МГУ впервые применила оптический подход для работы с прямыми объемными магнитостатическими спиновыми волнами. Полученные волны распространялись на расстояние более 100 мкм в пленке висмут-замещенного иттрий-железного граната (Bi:YIG) толщиной 42 мкм. Длина волны составила 150–170 мкм, групповая и фазовая скорости 22 км/с и 230 км/с соответственно. Новый метод не зависит от толщины пленки и применим даже к нанометровым слоям. Главное преимущество — возможность менять параметры волн прямо во время эксперимента, что находит широкое применение в исследованиях областей спинтроники и оптомагноники.

Джозеф Джон Томсон — английский физик, лауреат Нобелевской премии по физике —обладал редким «талантом» разрушать приборы одним своим присутствием. Но именно он руководил Кавендишской лабораторией в её золотой век и создал среду, в которой выросли десятки нобелевских лауреатов. Сегодня мы расскажем вам одну из самых известных легенд Кавендишской лаборатории.

Даже не очень большие транснептуновые объекты способны обзавестись пусть и временной, но заметной атмосферой Группа астрономов из Национальной астрономической обсерватории Японии сообщила, что впервые обнаружила газовую оболочку у транснептунового объекта, расположенного за орбитой Плутона. Речь идет об объекте (612533) 2002 XV₉₃. Полученные во время исследования кривые блеска звезды характеризуются не резким, а постепенным увеличением и падением яркости во время начала и конца события. Наиболее полное согласие с данными наблюдений дает модель газовой оболочки с уровнями приповерхностного давления 124, 177 и 159 нанобар для случаев атмосферы из чистого метана, азота или угарного газа. Эти значения примерно в 50–100 раз меньше приповерхностного атмосферного давления на Плутоне, но заметно больше, чем оценки для других транснептуновых объектов. Обнаружение у (612533) 2002 XV93 атмосферы говорит о том, что транснептуновые объекты с размерами в несколько сотен километров действительно могут, хотя бы временно, обладать газовыми оболочками, что ранее в теории казалось маловероятным.

Физики предупреждают о возможных ограничениях квантовых компьютеров Французские теоретики выявили фундаментальные трудности в расчете энергетических уровней молекул. Вариационный алгоритм VQE, предназначенный для существующих квантовых компьютеров, страдает от высокого уровня шумов, особенно при работе с сильно коррелированными молекулами. В тоже время квантовый алгоритм оценки фазы (QPE), рассчитанный на будущие отказоустойчивые системы, сталкивается с «ортогональной катастрофой»: с увеличением размера молекул вероятность точного определения их минимального энергетического уровня экспоненциально падает. Ученые полагают, что в химии и материаловедении более перспективным станет не расчет электронной структуры, а моделирование многочастичной квантовой динамики, как предсказывал Ричард Фейнман в начале 1980-х. Параллельно, в одном из университетов Великобритании пришли к выводу, что масштабирование квантового регистра выше определенного предела не повысит производительность квантовых систем. Хотя размерность Гильбертова пространства и растет экспоненциально с числом кубитов, возможности кодирования информации в квантовой системе могут быть ограничены. Проведенные расчеты указывают на то, что 1000 кубитов – это тот предел для регистра, после которого дальнейшее масштабирование нецелесообразно.

Пришло время для дайджеста новостей! 🔘 Физики из Китая, Японии, Сингапура и США обнаружили трансмерный аномальный эффект Холла. Эффект возникал только в образцах промежуточной толщины от двух до пяти нанометров и сопровождался гистерезисом холловского сопротивления как во внешнем магнитном поле, направленном перпендикулярно плоскости образца, так и в поле, направленном вдоль нее. 🔘 Китайские ученые представили новый прототип фотонного квантового вычислителя «Цзючжан 4.0». Вычислитель решил задачу выборки гауссовых бозонов за 25 микросекунд — классическому суперкомпьютеру потребовалось бы время, во много раз превышающее возраст Вселенной. Новый прототип управляет 3050 фотонами, тогда как предыдущая версия работала с 255. 🔘 Китайские литий-серные батареи достигли плотности энергии 549 Вт·ч/кг. Ученые описали новый молекулярный «премедиатор» — специальную добавку внутри батареи, которая становится активной именно в тот момент, когда начинается ключевая химическая реакция. Прототип показал вдвое большую энергетическую плотность, чем лучшие современные литий-ионные аккумуляторы.

Создана микросхема, способная обрабатывать данные со скоростью 100 Тбит/с Кремний-германий (SiGe) обеспечивает более высокую скорость работы и меньшее энергопотребление по сравнению с обычным кремнием, что важно для сетей 5G и 6G, автономного транспорта и высокоскоростных датчиков. Новая конструкция аналого-цифрового преобразователя одновременно повышает частоту выборки и полосу пропускания, позволяя обрабатывать сверхбыстрые сигналы в реальном времени. Ученые из Падерборнского университета в Германии разработали кремний-германиевую интегральную схему с рекордным сочетанием скорости выборки и полосы пропускания, низким потреблением энергии и улучшенной производительностью обработки сигнала на высоких частотах. Схема «выборка — хранение» принимает аналоговый сигнал и «замораживает» его значение на время, достаточное для точного преобразования в цифровую форму. Кремний-германий обеспечивает достаточную подвижность носителей и изоляцию, чтобы минимизировать искажения. Устройство обрабатывает более 500 Гбит/с в одном канале, а в многоканальных конфигурациях — свыше 100 Тбит/с.

Самый интеллигентный в истории науки способ сказать уважаемым экспертам, что они глубоко заблуждаются, предложил великий Галилео Галилей.

«Умная» пленка управляет температурой и микроволновыми сигналами Современные материалы все чаще используются рядом с антеннами и электроникой, поэтому от них требуется не только выполнять основные функции, но и управлять беспроводными сигналами. Для решения этой задачи ученые из США создали пленку, сочетающую две противоположные функции, и назвали новую архитектуру в честь двуликого римского бога Януса. Пленка состоит из диоксида ванадия (VO₂), материала, известного тем, что его электрические свойства изменяются с температурой. При низких температурах VO₂ ведет себя как изолятор, но при нагревании (примерно до 68°C) он становится гораздо более проводящим. Новый материал способен поглощать солнечный свет для нагревания, отражать его для охлаждения и даже переключаться с пропускания микроволн на их блокирование, и все это без использования двигателей или электроники.

Для взлома традиционных криптосистем требуется меньше ресурсов, чем считалось ранее В исследовании, проведенном при участии известного теоретика Джона Прескилла, были проанализированы современные достижения в области коррекции ошибок и создания более эффективных квантовых схем. Авторы пришли к выводу, что квантовый алгоритм Шора может быть применен в криптографически значимых масштабах уже на системах с 10 тысячами атомных кубитов. Дальнейшее же увеличение числа физических кубитов значительно повысит его эффективность за счет обеспечения большей степени квантового параллелизма. Согласно правдоподобным предположениям, для взлома 256-битного ключа ECC системе с 26 тысячами физических кубитов потребуется всего несколько дней вычислений. При этом факторизация целых чисел RSA-2048 займет на один-два порядка больше времени. В другой работе французские исследователи из CNRS представили собственные оценки квантовых ресурсов, необходимых для взлома 256-битных закрытых ключей, реализованных на основе эллиптической кривой. По их данным, для выполнения такой задачи потребуется квантовый компьютер, оснащенный 1098 логическими кубитами. Для этого ему придется 22 раза запустить квантовую цепочку глубиной в 2^38 гейтов. Обе работы опубликованы на серверах препринтов.

Aстрономы смогли отыскать первого убедительного кандидата на старую и маломассивную гиперскоростную звезду, покидающую Млечный Путь Гиперскоростные звезды — это светила, движущиеся по Млечному Пути со скоростью свыше тысячи километров в секунду и способные покинуть галактику. Их появление чаще всего объясняется механизмом Хиллса: двойная звездная система разрушается гравитацией сверхмассивной черной дыры, одна звезда остается рядом с ней, а другая выбрасывается в космос. Такие объекты также могут возникать после вспышек сверхновых, взаимодействий в плотных звездных системах, шаровых скоплениях или при слиянии галактик. На сегодняшний день обнаружены несколько кандидатов на гиперскоростные звезды, среди которых преобладают молодые массивные светила ранних спектральных классов. Астрономы из Университета Китайской академии наук обнаружили первого убедительного кандидата на старую маломассивную гиперскоростную звезду. Характеристики объекта DESI-HVS1 были определены по спектрам, полученным в рамках наземного обзора неба DESI, а его движение рассчитали с использованием астрометрических данных космического телескопа Gaia. DESI-HVS1 относится к спектральному типу F, обладает расчетной массой около 0,76 массы Солнца и бедна металлами. Звезда характеризуется возрастом 14,1 миллиарда лет, находится на расстоянии почти 12,3 тысячи световых лет от Солнца и двигается прочь из галактики. Ее полная скорость относительно центра Млечного Пути составляет 523 километра в секунду. Расчеты показывают, что около 12,89 миллиона лет назад звезда оказалась на минимальном расстоянии в 1300 световых лет от сверхмассивной черной дыры Стрелец А*, благодаря чему приобрела скорость 682 километра в секунду.

+6

Мы решили разобраться, что такое суперпозиция и как она проявляется в разных жизненных ситуациях. И сделали это в стиле всеми любимых иллюстраций!

Физики рассмотрели гематоэнцефалический барьер с помощью нового лазерного пучка На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный «игольчатый» луч. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы. Команда ученых из MIT заметила новый лазерный пучок почти случайно во время работы с многомодовым оптическим волокном, внутри которого свет распространяется по нескольким траекториям. Такое волокно может выдерживать высокие мощности излучения без повреждений. Исследователи тестировали величину мощности, при которой начинается разрушение материала. Исследователи применили «игольчатый» луч для изучения процессов в гематоэнцефалическом барьере (ГЭБ) — защитной структуре между кровеносной и центральной нервной системой. ГЭБ препятствует проникновению токсинов, но одновременно затрудняет доставку лекарств в мозг. Лазер позволяет отслеживать, как препараты перемещаются внутри сосудов ГЭБ и достигают ли они нужных участков мозга. Физики и биологи уверены, что обнаруженный тип лазерного луча поможет им быстрее с большим разрешением проверять, достигают ли новые лекарства от нейродегенеративных заболеваний в мозге.