Созданы первые связанные на квантовом уровне атомы-близнецы.

Запутанные частицы, т.е. связанные на квантовом уровне, даже находясь на огромном расстоянии друг от друга, полностью копируют физические свойства друг друга. О явлении квантовой запутанности мы уже не раз рассказывали на страницах нашего сайта, но все предыдущие эксперименты использовали квантовую запутанность фотонов - квазичастиц, обладающих одновременно свойствами электромагнитной волны и частицы. Физики из Венского технологического университета, используя сверхохлажденный конденсат Бозе-Эйнштейна, преуспели в том, что бы создать связанные на квантовом уровне атомы-близнецы.

"Это пока еще не означает то, что управляя одной частицей, мы можем изменить состояние другой частицы так, будто бы они связаны невидимой нитью. Это происходит, вероятнее всего, из-за большой массы ядра атома вещества"-говорит профессор Джерг Шмидмейер (Jorg Schmiedmayer). -"Тем не менее, определенные свойства запутанных атомов позволяют рассматривать обе частицы как единую квантовую систему. А это открывает путь для проведения новыхзахватывающих экспериментов и исследований".

В ходе эксперимента ученые сначала создали конденсат Бозе-Эйнштейна, который является состоянием вещества при чрезвычайно низких температурах. Атомы вещества в этом состоянии находятся на самом низком энергетическом уровне. Состоянием таких атомов можно управлять с невероятной точностью, заставляя их двигаться и вибрировать под воздействием всего лишь одного кванта света.

Получив с квантом света некоторое количество энергии, через некоторое время, атом вновь стремиться перейти в низкоэнергетичное состояние, для этого ему требуетсяизбавиться от лишней энергии."Из-за определенных условий, реализованных в нашей экспериментальной установке, атомы конденсата Бозе-Эйнштейна имеют только одну возможность избавиться от излишков энергии - испустить пары запутанных атомов, все другие способы искусственно запрещены на уровне законов квантовой механики".

Согласно закону сохранения импульса, эти два запутанных атома двигаются точно в противоположных направлениях. Они оба - квантово-механические копии друг друга и отличаются только направлением движения, формируя один единый квантовый объект.

"Мы собираемся использовать эти атомы для проведения новых экспериментов, проведение которых ранее было просто невозможным. Открывая двери в совершенно новую область, мы надеемся узнать еще больше о строении мира, глубже проникнуть в суть вещей и реализовать некоторые практические применения сделанного открытия"-рассказывает Шмидмейер. -"К тому же, лучи связанных атомов могут стать основой новых методов квантовых измерений, имеющих совершенно недостижимую с точки зрения классической физики точность".

Источник

Физики создали квантовый регистр рекордной длины в 14 кубитов.

Австрийские физики из Инсбрукского университета (University of Innsbruck) создали квантовый регистр рекордной на сегодняшний день длины (разрядности), состоящий из 14"запутанных"квантовых битов, кубитов. Команда ученых, возглавляемая Рэйнером Блатом (Rainer Blatt), уже имеет на своем счету подобное достижение. В 2005 году им удалось в ходе одного изэкспериментов реализовать на практике квантовый регистр, состоящий из восьми кубитов.

Сейчас Инсбрукские ученые почти удвоили результат 2005 года, поймав внутри ионной ловушки 14 атомов кальция, которые связавшись или"запутавшись"стали единой 14-битной системой, состоянием которой можно было управлять с помощью света лазера. Такой регистр, как говорят ученые, представляет собой ядро будущегоквантового компьютера. В ходе экспериментов так же выяснилось, что время распада"запутанности"атомов, супердекогеренции, находится не в линейной зависимости от числа атомов, а пропорционально их квадрату. Таким образом, чем в системе больше связанных атомов, тем больше время ее существования.

Так же ученым удалось поймать и удержать в ионной ловушке одновременно 64 атома вещества."Но, пока мы еще не в состоянии"запутать"столь большое количество частиц"-говорит научный сотрудник Инсбрукского университета Томас Монз. -"Однако, достигнутые нами результаты предоставляют нам большие возможности для изучения свойств множественных"запутанных"частиц".

Термин"запутанность"(entanglement)был введен лауреатом Нобелевской премии Эрвином Шредингером (Erwin Schrodinger) в 1935 году для описания квантово-механического явления, которое и по сей день остается весьма загадочным."Запутанные"частицы являются не отдельными частицами, имеющими различные квантовые состояния, они представляют собой скорее цельную систему."Запутывая"соответствующие частицы, квантовые биты, квантовый компьютер будущего будет в состоянии решить задачи намного быстрее, чем современные обычные компьютеры.

Источник

Обработка атомарным кислородом позволяет восстановить древние картины.

Несмотря на все меры предосторожности, время не очень щадит древние картины и другие произведения искусства. Старая краска, находясь долгое время на воздухе, имееттенденцию загрязняться, что приводит к ее выцветанию и делает некоторые картины совершенно неузнаваемыми. Специалисты НАСА, используя новую технологию, основанную на использовании не молекулярного, а атомарного кислорода получили ошеломляющие результаты восстановления древних картин.

Использование атомарного кислорода, являющегося сверхактивным окислителем, позволяет полностью удалить с поверхности картины любые загрязнители органического инеорганического происхождения, такие как частички углерода и сажи. При этом собственно краска не повреждается поскольку большинство пигментов имеют неорганическую природу. Помимо этого, тщательно рассчитав время воздействия атомарным кислородом, получается сохранить и органические компоненты красок. Так как воздействию подвергается только поверхность картины со стороны краски, основание картины, холст, так же не разрушается.

Что касается эффективности данной технологии, то вышеприведенное изображение говорит само за себя. Слева вы увидите картину после того, как сотрудники Кливлендского художественного музея, используя ацетон и хлорид метилена, пытались"очистить и восстановить картину".А справа можно увидеть картину после обработки атомарным кислородом, которую провели специалисты НАСА.

Источник

"Стрельба"наземным лазером позволит точно измерить значение магнитного поля Земли.

Есть множество причин для составления подробной карты магнитного поля нашей планеты. Геофизики используют эти данные для изучения Земли, нефте- и газодобывающие компании используют это для поиска месторождений природных энергоносителей, климатологи, основываясь на данных о магнитном поле, составляют сложнейшие климатические модели. Для оперативного отслеживания изменений магнитного поля Земли обычно используют данные, получаемые сразу с нескольких спутников. Этот процесс дорог ине очень точен из-за того, что зачастую в результаты измерений вмешиваются посторонние факторы. Физики из Калифорнийского университета в Беркли предлагают идею измерения магнитного поля Земли с помощью единственного наземного лазера, свет которого позволит измерить скорость и направление вращения атомов натрия, находящихся в атмосфере на высоте 90 километров.

Свет оранжевого лазера мощностью от 20 до 50 Ватт возбуждает атомы натрия, распыленные в мезосфере на высоте около 90 километров. Такое возбуждение вызывает появлениеявления флюоресценции, сила и другие характеристики которого зависят от скорости вращения и поляризации атомов натрия, которые находятся под воздействием магнитного поля Земли. С помощью телескопа производится анализ света флюоресценции и на основании полученных данных вычисляется значение магнитного поля Земли в заданной точке и с большой точностью. В отличие от спутников, лазерная установка является стационарной и не движется относительно Земли, пересекая линии магнитного поля.Из-за этого и из-за того, что в результаты измерений не вносится погрешность другими факторами, такими как космическое излучение, результаты таких измерений оказываются на порядки точнее, чем измерения, сделанные из космоса.

По крайней мере, в теории все выглядит просто замечательно. Теперь же, исследователи из Европейской Южной обсерватории (ESO) устанавливают модулированный лазер мощностью 20 Ватт, который в паре с телескопом Very Large Array (VLA) будет использоваться для проверки этой идеи.

Источник

10миллиардов пар частиц были связаны единственным радиочастотным импульсом.

Связанные или запутанные частицы обладают уникальной способностью передавать квантовое состояние от одной частицы к другой, невзирая наразделяющее их расстояние.Именно эта способность используется при так называемойквантовой телепортации,передающей на расстояние не материальные объекты, а информацию. В большинстве экспериментов ученые используют в качестве связанных частиц фотоны, которые легко связать, но их призрачная связь недолговременна, она существует в пределах несколько тысячных долей секунды. Лучше это дело обстоит с полупроводниковыми материалами, связанные атомы которых могут удерживать связь до нескольких секунд времени. И, именно используя кремний, легированный фосфором,ученым удалось получить одновременно около 10 миллиардов пар связанных частиц,используя лишь короткий импульс радиочастотного излучения. При этом, процесс связывания затронул 98 процентов всех частиц, способных связаться в пары. Несмотря на то, что еще не до конца разработаны методики записи и считывания информации из связанных пар, процесс получения огромного количества связанных частиц становится большим шагом на пути реализации квантовых вычислений.

В качестве опытного материала ученые использовали куб из кремния, в кристаллическую решетку которого пыла внесена примесь атомов фосфора. Собственно ядро атома фосфора являлось одной половиной связанной пары. В качестве второй половины выступал общий электрон, связывающий фосфор с атомом кремния. Сначала ученые воздействовали на атомы вещества импульсами микроволнового излучения, что позволило возбудить эти частицы и упорядочить их квантовую ориентацию. После этого, применив короткий импульс более низкочастотного радиоизлучения, удалось связать или запутать эти пары частиц. Проведя анализ состояния частиц, ученые обнаружили, что связались 98процентов от общего числа частиц, которые могли связаться, а общее количество связанных пар превысило 10 миллиардов.

Конечно, массовое создание большого массива связанных частиц, являющихся квантовыми битами (qubits) и способных сохранить 2.5 гигабайта информации, является большим шагом к появлению квантовых компьютеров. Но не менее важными технологиями в этой области являются методы чтения, записи и обработки информации в квантовых битах, а именно эти технологии ученым предстоит еще разработать.

Источник

Физики создали принципиально новый тип источника света.

Физикам из университета Бонна удалось создать уникальные условия, при соблюдении которых стало возможным получение абсолютно нового типа источника света, которыйранее существовал только в теории. Этот источник является ничем иным, какконденсатом Бозе-Эйнштейна,состоящим из фотона, своеобразным супер-фотоном. Это открытие может привести к появлению новых классов оптических приборов, по свойствам напоминающих лазеры, работающие в рентгеновском диапазоне, и к разработке на их основе более мощных компьютерных оптических процессоров.

Впервые конденсат Бозе-Эйнштейна был получен в 2001 году группой американских физиков, ставших в связи с этим лауреатами Нобелевской премии в области физики. Атомы рубидия, охлажденные до сверхнизких температур, составляющих миллионные доли градуса выше абсолютного нуля, концентрировались в очень маленьком замкнутом объеме.При достижении некоторого порога плотности эти частицы исчезли, превратившись в конденсат Бозе-Эйнштейна, поведение которого соответствует поведению одной единственной огромной супер-частицы.

Такой подход должен сработать и для фотонов света, но тут возникает одна проблема, когда фотоны"охлаждаются",они попросту исчезают. Но, можно сказать, Боннским ученым удалось реализовать невозможное -"охладить"фотоны света и сконцентрировать их в малом объеме. Добиться этого им удалось, применив два зеркала, имеющих очень высокий коэффициент отражения. Фотоны света, попавв плоскость, перпендикулярную плоскостям этих зеркал, больше никогда не покидали этого объема, колеблясь между зеркалами взад-вперед. В пространство между зеркалами были выпущены молекулы вещества-пигмента, которые при столкновении поглощали фотоны и тут же испускали их вновь, но уже с другой температурой.

"Во время этого процесса фотоны приняли температуру окружающего газа"-рассказывает профессор Мартин Вайц (Martin Weitz). -"Они, эти фотоны, остыли буквально до комнатной температуры, но при этом они не исчезли или потерялись".После этого с помощью луча лазера физики буквально накачали фотонами пространство между зеркалами, это позволило получить чрезвычайно высокую концентрацию фотонов в достаточно ограниченном объеме. А высокая концентрация фотонов привела к возникновению конденсата Бозе-Эйнштейна, т.е. одного супер-фотона.

Источник

Впервые ученым удалось непосредственно увидеть атом водорода.

Японские ученые объявили о том, что им, впервые в мире, удалось осуществить непосредственное наблюдение атомов водорода. Водород имеет атомное число 1, атом водорода имеет диаметр около 0.1 нм, что делает его самым маленьким атомом из всех элементов периодической системы Менделеева. Сделанное учеными достижение, как ожидается,позволит ускорить научные исследования в области технологий хранения водорода, изготовления полупроводниковых устройств из кремния и других материалов.

Для проведения таких наблюдений ученым пришлось сделать ряд улучшений в конструкции электронного микроскопа ARABF-STEM, который является достаточно новой разработкойи функционирует с 2009 года. Основной доработке подверглась фокусирующая линза микроскопа ARABF-STEM, ее угол отклонения был скорректирован таким образом, что бы обеспечить разрешающую способность в 0.1 ангстрема (1 ангстрем = 0.1 нм).

После доработок электронного микроскопа ученые поместили в его поле зрения кристалл гидрида ванадия (VH2). Ванадий является металлом, активно сорбирующим водород, атомы которого помещаются в пространстве между узлами кристаллической решетки ванадия. Благодаря высокой разрешающей способности усовершенствованного электронного микроскопа ARABF-STEM на полученных снимках можно было четко различить атомы ванадия (помечены на снимке зеленым цветом) и атомы водорода (помечены синим цветом).

В более ранних исследованиях, проведенных в мае 2010 года, ученые из Токийского университета и компании Toyota Motor Corp наблюдали в электронный микроскоп кристалл окиси сплава лития и кобальта LiCoO2, материала, выступающего в роли положительного электрода литий-ионных аккумуляторных батарей. Тогда ученым, хоть и с большим трудом, удалось различить на снимках атомы лития, имеющих атомное число 3, атомы кислорода и кобальта, конечно, удалось идентифицировать без труда.

Результаты исследований были опубликованы Обществом прикладной физики Японии (Japan Society of Applied Physics, JSAP) в онлайн-версии английского журнала"Applied Physics Express (APEX)"от 5 ноября 2010 года.

Источник