Январь 2023 - Апрель 2023
Подробный джайджест в документе ниже:
Январь 2023
Российские физики объединили два ионных кукварта и продемонстрировали универсальный набор квантовых операций на них. Схема из двух куквартов эквивалентна схеме из четырех кубитов, но при этом ученым не пришлось добавлять ионы в схему — они использовали дополнительные подуровни иона, которые возникают при воздействии с внешним магнитным полем. Препринт работы доступен на arXiv.org.
Один из альтернативных способов упростить масштабирование квантовых вычислителей — использовать кудиты вместо кубитов. У кудитов уровней больше, чем два (их число обычно обозначают буквой d). Один кудит может заменить несколько кубитов. Это особенно актуально, если физическая система изначально имеет большее число уровней — например, система из ионов.
https://arxiv.org/abs/2210.09121
https://nplus1.ru/news/2023/01/31/qudits
Февраль 2023
Физики из США и Японии сообщили о первом успешном наблюдении реакции термоядерного синтеза ядер водорода и бора в магнитно-удерживаемой плазме, сопровождаемого рождением трех альфа-частиц. Ранее это удавалось сделать только на ускорителях и плазме, поддерживаемой лазером. Проведенная работа — необходимый шаг на пути создания условий для самоподдерживающегося горения водорода и бора. Исследование опубликовано в Nature Communications.
https://nplus1.ru/news/2023/02/25/p11B-fusion
https://www.nature.com/articles/s41467-023-36655-1
Физики из США и Японии получили образец двухслойного графена, угол между слоями которого оказался рекордно близок к магическому. Исследования его сверхпроводимости показали, что она не согласуется с представлениями теории Бардина — Купера — Шриффера (БКШ) для традиционных сверхпроводников. Авторы статьи в Nature утверждают, что за сверхпроводимостью двухслойного графена стоит необычная геометрия волновых функций электронов и структура электронных зон.
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05576-2
https://nplus1.ru/news/2023/02/15/magic-angle-superconductivity
Март 2023
Физики смогли превратить фотоны миллиметрового радиодиапазона в оптические с самой высокой на сегодня эффективностью — 58 процентов, говорится в статье, опубликованной в Nature. В роли посредника ученые использовали ридберговские атомы, чьи внешние электронные оболочки оказываются сильно "раздуты". Новый метод превращения фотонов может оказаться полезным в квантовых устройствах, например, в распределенных квантовых сетях на основе сверхпроводящих кубитов.
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05740-2
https://nplus1.ru/news/2023/03/24/mm-to-optics
Ученые создали алмазные капсулы высокого давления и запечатали в них кристаллический аргон
Запечатывание фаз высокого давления в нанокристаллическом алмазе позволяет извлекать их из алмазной наковальни и изучать ранее недоступными способами. При этом внутри капсулы сохраняется давление, близкое к использованному при синтезе.
Результаты опубликованы в научном журнале Nature:
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04955-z
Взято отсюда: https://naked-science.ru/article/physics/high-pressure-argon-sealed-in-diamond
Физики впервые создали 100 взаимосвязанных световых вихрей в нанокристалле
Итальянские исследователи с использованием лазера создали 100 световых вихрей, соединенных в упорядоченную структуру нанокристалла. Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics ( https://www.nature.com/articles/s41566-022-00986-0 ).
Взято отсюда: https://hightech.fm/2022/04/11/light-vortex
Наночастицы управляют потоками света, как регулировщики на перекрестке
Физики разработали технологию создания метаповерхностей для нелинейного асимметричного управления светом. Наночастицы, входящие в состав материала, контролируют направление движения фотонов. Исследование опубликовано в Nature Photonics ( https://www.nature.com/articles/s41566-022-01018-7 ).
https://hightech.fm/2022/06/20/nanoparticles-control-light
Физики из Университета штата Огайо открыли роль квантовой геометрии в сверхпроводимости графена.
Исследователи представили новые доказательства того, что графен, свернутый под определенным углом, может стать сверхпроводником, перемещающим электричество без потери энергии.
Исследование опубликовано в журнале Nature: https://www.nature.com/articles/s41586-022-05576-2
Взято отсюда: https://hightech.fm/2023/02/16/quantum-geo
Теория функционала плотности играет важную роль в вычислительной физике и химии, но этот метод применим только для основных состояний системы. Физики из Австралии, Италии и Нидерландов предложили расширить его с помощью интерполяции функционалов между точно решаемыми случаями большой и малой электронной плотности. Новый метод показал хорошую сходимость для систем с известным точным решением, таким, как диссоциация молекулы водорода и электроны в кольце квантовых ям. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.
https://nplus1.ru/news/2023/03/15/EDFT
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.106401
Исследователи научились контролировать отдельные кванты света с высочайшей точностью.
Группа физиков из Германии и Испании сообщила об открытии способа высокоточного управления светом с помощью звука. Акустическая волна позволяет переключать отдельные фотоны на чипе между двумя выходами с гигагерцевыми частотами. Открытие пригодится для создания акустических квантовых систем.
Статья опубликована в журнале nature: https://www.nature.com/articles/s41467-022-34372-9
Статья взята отсюда: https://hightech.fm/2022/11/22/control-light-quanta
Апрель 2023
Физик из Санкт-Петербурга теоретически предсказал существование ещё одного бозона Хиггса. Согласно предложенной модели, эта новая элементарная частица должна быть примерно в четыре раза тяжелее обычной «частицы Бога». Предсказание, полученное в работе, поможет заполнить целый ряд пробелов в Стандартной модели, которая описывает взаимодействие всех элементарных частиц, а также, вероятно, приблизит к разгадке тайны тёмной материи. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Physics Letters B.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269323002162?via%3Dihub
https://vk.com/wall-209239684_1039
Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха изготовили механический резонатор, в котором все атомы находятся в суперпозиции двух противофазных колебаний (состоянии «кота Шредингера»). Результаты эксперимента помогут создать более надежные кубиты и пролить свет на тайну того, почему квантовые суперпозиции не наблюдаются в макроскопическом мире.
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf7553
https://vk.com/wall-209239684_1040
Британские физики реализовали непрерывный временной кристалл в оптомеханическом метаматериале. Получить нужную фазу в массиве золотых наностержней удалось за счет облучения его инфракрасным светом, который индуцирует в наностержнях дипольный момент. Исследование опубликовано в Nature Physics.
https://www.nature.com/articles/s41567-023-02023-5
https://nplus1.ru/news/2023/04/25/metamaterial-CTC
Физики из Германии и США создали источник электронов с чрезвычайно узкой (до 16 миллиэлектронвольт) энергетической шириной излучения, высокой яркостью и стабильностью. Им удалось добиться этого с помощью крохотного нановыступа на конце тонкой ниобиевой иглы. Новое устройство не только поможет исследовать молекулярные резонансы в образцах, но и будет способно излучать электроны с когерентностью, достаточной для использования их в квантовых технологиях. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.
https://nplus1.ru/news/2022/12/10/Near-Monochromatic-Electron-Emitter
https://physics.aps.org/articles/v15/189
Коллектив учёных МФТИ, НИТУ МИСИС и ВНИИА им Н. Л. Духова разобрался в механизме взаимодействия сверхпроводимости и магнетизма при высоких частотах. Исследование провели на тонкоплёночных гетероструктурах, изготовленных на кристалле кремния. Это открытие может найти применение в криогенной СВЧ-электронике. Работа реализована при поддержке Российского научного фонда. Научная статья опубликована в журнале Physical Review Applied.
https://habr.com/ru/news/729950/
https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.19.034025
Открыт эффект аномальной вторичной электронной фотоэмиссии — это бросает вызов общепринятой фотоэлектрической теории Эйнштейна.
Международная команда физиков под руководством китайских учёных сделала неожиданное открытие. Давно известный искусственный заменитель бриллиантов — титанат стронция (SrTiO3) — показал неожиданный эффект при облучении его светом. Этот материал с квантовыми свойствами в ответ на луч света определённой интенсивности возбудил неожиданно сильный и когерентный вторичный пучок электронов. Эффект не укладывается в современную теорию и ждёт объяснения.
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05900-4
Британские физики обнаружили, что высококачественные образцы однослойного нейтрального графена демонстрируют гигантское магнитосопротивление. Характер того, как продольное сопротивление зависит от индукции магнитного поля, отличался в пределе слабых и сильных полей. Ученые выяснили, что в этих режимах дираковская плазма по-разному чувствительна к электрон-дырочным рекомбинациям, и, как следствие, к температуре. Для объяснения экспериментальных закономерностей исследователям потребовалось разработать новую модель магнитотранспорта в графене. Исследование опубликовано в Nature.
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05807-0
https://nplus1.ru/news/2023/04/13/Giant-magnetoresistance-in-graphene
В Индии построят третий детектор гравитационных волн LIGO! Это улучшит точность измерения на порядок
Правительство Индии одобрило строительство LIGO-India — лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории, которая будет почти идентична двум американским обсерваториям LIGO. Об этом сообщает сайт Калифорнийского технологического института. Правительство Индии потратит на это около 320 миллионов долларов, первые результаты ожидаются в конце десятилетия. Уже проведена часть подготовительной работы: спроектированы здания обсерватории, построены дороги, а также изготовлены и испытаны вакуумные камеры.
LIGO-India будет построена в индийском штате Махараштра и станет пятой по счету гравитационно-волновой обсерваторией после двух детекторов LIGO в США, Virgo в Италии и KAGRA в Японии. Она расширит сеть наблюдений и благодаря своему географическому расположению улучшить точность, с которой ученые смогут локализовать гравитационно-волновые события, на порядок.
https://nplus1.ru/news/2023/04/17/LIGO-India
Изолятор для электронов – проводник для магнонов: гигантская спиновая
проводимость в пленке феррита-граната
Спиновый ток определяется как разность токов электронов с противоположными ориентациями спинов. По аналогии с обычной проводимостью вводят и спиновую проводимость – как коэффициент пропорциональности между спиновым током и величиной, аналогичной напряженности поля – отношением спинового химического потенциала к заряду электрона. Как и обычная удельная проводимость, она измеряется в сименсах на метр. В диэлектриках электронный транспорт невозможен, но спиновый транспорт остается – он осуществляется уже магнонами – элементарными возбуждениями в спиновой подсистеме кристалла.
Международная команда исследователей из Univ. Groningen (Нидерланды), Tohoku Univ. (Япония), Univ. Chinese Acad. Sci. (Китай) и Univ. Bretagne Occidentale (Франция) бозе-эйнштейновском в тонкой (~4 нм) пленке феррита-граната обнаружила магнонную проводимость 108 См/м – на 4 порядка выше, чем объеме того же материала [1]. Что еще удивительнее, в расчете на толщину слоя эта проводимость соответствует 1 Сименсу при комнатной температуре – аналогичная электронная проводимость наблюдается только в двумерном газе квантовых ям GaAs при 30 милликельвинах.
Спиновый ток в эпитаксиальной пленке железо-иттриевого граната создавали с помощью платинового электрода, вдоль которого прикладывали электрическое напряжение на гигагерцовых частотах (рис. 1а). За счет спинового эффекта Холла возникал спиновый ток в направлении по нормали к поверхности пленки, который на границе между электродом и гранатом трансформировался в спиновый ток магнонов. Детектирование спинового тока осуществляли за счет обратного спинового эффекта Холла другим платиновым электродом, находящимся на расстоянии нескольких десятков микрометров.
В заключение отметим, что передача спиновых токов посредством магнонов избавляет от джоулевых потерь, но не является полностью бездиссипационным процессом. В этом контексте обнаруженная в данной статье гигантская магнонная проводимость при комнатных температурах не только открывает новые перспективы перед спинтроникой, но и вселяет надежду, что вскоре будет экспериментально подтверждена и высокотемпературная магнонная сверхпроводимость – в магнонном Бозе-Эйнштейновском конденсате [2].
А. Пятаков
1. X.-Y.Wei et al., Nat. Mater.,(2022). https://doi.org/10.1038/s41563-022-01369-0
2. Yu.M.Bunkov, G.E Volovik, J. of Physics: Condensed Matter, 22, 164210 (2010).
ПерсТ, 2022, том 29, выпуск 11
Наземный телескоп VLT помог астрономам увидеть напрямую движение крупной протопланеты в диске вокруг звезды HD 169142. Это третий случай достоверного обнаружения протопланеты у других звезд. Статья опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters.
https://nplus1.ru/news/2023/04/15/hd-169142-b-yes
https://academic.oup.com/mnrasl/article/522/1/L51/7070740?login=false
Создан диод дальнего ультрафиолета, который работает при комнатной температуре
Инженеры представили первый в мире диод, который генерирует постоянное глубокое ультрафиолетовое излучение при нормальных условиях.
Исследователи из университета Нагоя под руководством лауреата Нобелевской премии по физики Хироши Амано успешно провели первую в мире непрерывную генерацию глубокого ультрафиолетового излучения при комнатной температуре с помощью лазерного диода. Устройство, разработанное учеными, создает волны с частотой менее 280 нм (дальний ультрафиолет, УФ-С).
Исследование опубликовано в журнале Applied Physics Letters: https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0124480
https://hightech.fm/2022/11/24/deep-ultraviolet-diode
Физики научились лучше управлять свойствами экситонов — квазичастиц, способных излучать и поглощать свет определенных длин волн. Контролируя спектр и интенсивность излучения экситонов, можно создавать нанолазеры или компоненты для оптических компьютеров, которые будут быстрее и производительнее, чем обычные. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Light: Science & Applications.
https://www.nature.com/articles/s41377-023-01087-5
https://indicator.ru/physics/uchenye-smogli-podchinit-sebe-izluchenie-kvazichastic-13-04-2023.htm
Физики создали квантовую жидкость, которая никогда не «замерзает»
Исследователи нашли квантовое состояние, которое напоминает жидкость, которая никогда не замерзает. Выравнивание атомов в таком состоянии остается неупорядоченным даже при сверхнизких температурах.
Международная группа физиков открыла квантовое состояние, в котором выравнивание атомов, связанное со спинами, не упорядочено даже при сверхнизких температурах. Ученым удалось охладить созданный материал практически до абсолютного нуля. При этом центральное свойство атомов — их расположение — не «замерзает», как обычно, а остается в «жидком» состоянии, сообщают авторы работы.
Работа опубликована в журнале Science: https://www.nature.com/articles/s41567-022-01816-4
https://hightech.fm/2022/12/02/liquid-quantum-state
«Закрученный свет» может ускорить работу компьютеров в миллион раз
Исследователи разработали логические вентили на основе света, которые работают в миллион раз быстрее традиционных технологий.
Ученые из университета Аалто разработали оптические логические вентили на основе света. Хиральные элементы, созданные учеными, работают почти в миллион раз быстрее традиционных компьютеров, обеспечивая сверхскоростную обработку данных.
Результаты опубликованы в журнале Science: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq8246
https://hightech.fm/2022/12/10/optical-logic-gate
Теоретики и экспериментаторы из нескольких стран объединили усилия, чтобы исследовать применимость квантовых симуляторов для вычисления амплитуд в петлевой квантовой гравитации. Они провели серию экспериментов, которая показала, что линейный фотонный процессор способен описать свойства 4-симлекса — базового элемента спиновой пены, возникающего в ряде модификаций теории. Масштабируемость фотонных процессоров поможет в будущем симулировать более сложные задачи, например, черные дыры. Исследование опубликовано в npj Quantum Information.
https://www.nature.com/articles/s41534-023-00702-y
https://nplus1.ru/news/2023/04/10/LQG-simulations
Российские физики продемонстрировали управление спектром собственных магнонных мод в тонких пленках с помощью пространственной модуляции их магнитных свойств. Для этого они методом молекулярно лучевой эпитаксии создавали неоднородный профиль концентрации атомов железа в палладиевой матрице. Изучение спектров магнитного резонанса образцов показало, что теория хорошо описывает спиновые стоячие волны за исключением ситуации, когда магнитные свойства испытывают резкий скачок. Исследование опубликовано в Nanomaterials.
https://nplus1.ru/news/2022/12/08/spin-wave-resonances
https://www.mdpi.com/2079-4991/12/24/4361
Физики из Германии, США и Финляндии изготовили метаповерхность, которая играет роль двумерного фотонного временного кристалла в микроволновом диапазоне. Она состоит из восьми емкостных элементов, выстроенных в ряд и ограниченных металлическими стенками. Модулируя емкость элементов, авторы убедились, что метаповерхность способна экспоненциально усиливать как поверхностные, так и свободные моды. Исследование опубликовано в Science Advances.
https://nplus1.ru/news/2023/04/07/2dPhTC
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg7541
Физики экспериментально продемонстрировали двухщелевую интерференцию светового импульса во временной области. В этом опыте роли двух щелей играли два пика в зависимости отражательной способности зеркала на основе оксида индия-олова от времени, инициированные двумя импульсами накачки. Работа авторов не только подтвердила принципиальную возможность интерференции во временной области, но и показала, что этот эксперимент позволяет рекордно точно измерять время нелинейного отклика среды на оптическую накачку. Исследование опубликовано в Nature Physics.
https://www.nature.com/articles/s41567-023-01993-w
https://nplus1.ru/news/2023/04/03/double-slit-in-time
Американские физики исследовали прохождение микроволнового излучения через скрученный бислой фотоннокристаллических пластин. Они показали, что при таких условиях частью волноводных резонансов можно управлять. Это будет полезно для включения и выключения связи между падающей и волноводной модами в широком спектре практических приложений. Исследование опубликовано в Science Advances.
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add4339
https://nplus1.ru/news/2022/12/07/tunable-guided-resonance
Физики из Англии, Кореи и Японии сообщили об обнаружении и измерении свойств нового изотопа урана с массовым числом, равным 241. Ранее его свойства были известны только по экстраполяции данных о его соседях по таблице нуклидов. В ходе эксперимента авторы измерили массы в общей сложности 19 нуклидов, для многих из которых это было сделано впервые. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.
https://nplus1.ru/news/2023/04/05/U241
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.132502
Исследователям впервые удалось удаленно подключиться к квантовому компьютеру
Физики из Российского квантового центра и ФИАН им. П. Н. Лебедева РАН смогли запустить ключевые квантовые алгоритмы в режиме реального времени, подключившись к процессору с классического ПК
https://nauka.tass.ru/nauka/17451017
Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» подтвердил открытие четырех очень далеких галактик, которые ранее он же обнаружил. Одна из них существовала, когда возраст Вселенной составлял всего 320 миллионов лет, что делает ее рекордно далекой на сегодняшний день. Статья опубликована в журнале Nature Astronomy.
https://nplus1.ru/news/2023/04/04/jwst-new-far-galaxies
https://www.nature.com/articles/s41550-023-01918-w
