Декабрь 2022
Декабрь 2022
Локализация в субволновой области и связанные состояния в континууме
Проблема локализации излучения в малой области пространства вызывает существенный интерес исследователей в связи с многочисленными возможностями применений – в микроскопии, квантовой памяти, обработке информации. Поэтому появляются новые теоретические и экспериментальные подходы, связанные с анализом волноводов и микрорезонаторов. Для стандартных мод резонатора есть естественное ограничение – размер резонатора в одном из направлений должен быть сравним с длиной волны. Такое ограничение не действует для связанных состояний в континууме (ССК) – состояний открытой системы с энергией, лежащей в области непрерывного спектра. Исследованию таких состояний и посвящена недавняя статья [1] авторов из Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, которые теоретически исследовали электронный волновод с резонатором в виде расширения и дополнительным притягивающим потенциалом внутри и проанализировали решения уравнения Шредингера для волновой функции электрона. Вблизи резонатора, как показали авторы, может образоваться локализованное ССК, причем при сколь угодно малой длине рассеивающей области. Для образования такого состояния необходимо учесть взаимодействие большого числа мод. Механизм образования локализованных состояний состоит в интерференции мод свободного пространства с образованием максимумов волновой функции в области неоднородности – резонатора. Волны, уходящие на бесконечность, при этом гасят друг друга. Характеристики локализованных волн, прежде всего размер их области локализации, зависит от параметров резонатора и энергии самой волны.
Н.М.Шубин и др., Письма в ЖЭТФ 116, 204, (2022).
https://vk.com/club209419
Интерференция света от разных квантовых точек сохранилась на дистанции в 300 километров
Физики из Германии и Китая добились интерференции одиночных фотонов, испущенных независимыми квантовыми точками, расположенными на расстоянии 300 километров друг от друга по оптическому волокну. Для борьбы с различием в длинах волн они использовали конвертер с оптической накачкой, а также уменьшали искажения в поляризации и форме волнового пакета с помощью контроля температуры и системы поляризационных фильтров. В результате видность интерференционной картины составила 0,93. Исследование опубликовано в Advanced Photonics.
https://vk.com/@nplusone-preview-546741478-1082995619
Физики создали квантовую версию цифро-аналогового преобразования
Французские физики научились преобразовывать кубиты с дискретными переменными в кубиты с непрерывными переменными. Квантовая версия цифро-аналогового преобразователя основана на квантовой телепортации с помощью гибридной запутанности между кубитами разного типа. Протокол, разработанный авторами, содержит в себе запутывание входного и затравочных разнотипных, а также измерение одного из них в белловском базисе. Исследование опубликовано в Nature Photonics.
https://vk.com/@nplusone-preview-546741478-819873523
https://www.nature.com/articles/s41566-022-01117-5
Можно ли описать скирмион одним числом
Магнитные скирмионы (магнитные вихри, в центре которых намагниченность противоположна направлению намагниченности на периферии), рассматриваются в настоящее время как элементы магнитной памяти будущего. Наноразмерные скирмионы в отличие от их аналогов микронных размеров – цилиндрических магнитных доменов, обязаны своим возникновением взаимодействию Дзялошинского-Мории. В связи с большим разнообразием наблюдаемых скирмионоподобных структур, возникает потребность какого-то универсального их описания, чтобы, используя выражение Гоголя, скирмион был бы “одной чертой обрисован с ног до головы”. В работе [1] исследователи из Сингапура и США утверждают, что таким параметром может служить отношение поверхностной энергии Дзялошинского-Мории πD к поверхностной энергии доменной границы 4√(AK), где А – обменная жесткость, К – константа магнитной анизотропии.
1. X.Chen et al., Adv. Sci. 9, 2103978 (2022).
Предложен новый способ приготовления многофотонных запутанных состояний.
Для выполнения квантовых вычислений кубиты должны быть запутаны между собой. Для фотонов поиск эффективного метода запутывания более 2-х частиц по-прежнему остаётся нетривиальной задачей.
Исследователи из университетов Ульма и Падеборна создали масштабируемую систему с элементами квантовой памяти, позволяющую сохранять состояние фотонов во время генерации следующих запутанных пар и далее производить новое запутывание, создавая таким образом многофотонные состояния. Учёные продемонстрировали состояния Гринбергера-Хорна-Цайлингера (состояния с наибольшей запутанностью) для 4 и 6 фотонов, увеличив скорость их генерации в 9 и 35 раз соответственно по сравнению с известными методами
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.150501
https://vk.com/ruquantumcenter
Физики создали квазичастицы из света и магнитов
Исследователи объединили свет и магниты для создания новых частиц. Об открытии сообщается в журнале Nature Nanotechnology ( https://www.nature.com/articles/s41565-022-01204-2 ).
Физики из Городского колледжа Нью-Йорка и Технического университета в Остине сообщили об открытии нового типа магнитных квазичастиц. Их удалось создать путем соединения света со стопкой сверхтонких двумерных магнитов.
В своей работе исследователи использовали оптический резонатор для реализации взаимодействия между светом и антиферромагнетиком Ван-дер-Ваальса NiPS 3. В процессе эксперимента ученые отметили ранее ненаблюдаемый класс поляритонных квазичастиц. Они возникают из-за сильной связи между спин-коррелированными экситонами вещества и фотонами внутри микрорезонатора.
https://hightech.fm/2022/09/20/spin-correlated-polaritons
ПЛАЗМОННЫЕ МЕТАМАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ГРАФЕНА ДЛЯ ИСТОЧНИКОВ ТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Одна из важных задач современной физики полупроводников – создание компактных источников излучения терагерцового диапазона частот. Он находится между инфракрасным и микроволновым диапазонами частот, а длина волны составляет 0.1-1 мм, из-за чего терагерцовое излучение еще называют субмиллиметровым. В этом диапазоне можно увидеть спектры сложных органических молекул, например ДНК, взрывчатых или загрязняющих веществ. Кроме того, это излучение легко «проходит» сквозь диэлектрики и позволяет «посмотреть» сквозь дерево, керамику или пластик. Поэтому такие источники востребованы для многих приложений: мониторинга окружающей среды, медицины, для реализации беспроводных систем связи новых поколений. Коллектив ученых из России, США и Японии проводит исследования по созданию плазмонных метаматериалов на основе графена, необходимых для разработки такого источника. Российскую сторону в этом исследовании представляют сотрудники Института физики микроструктур РАН (филиал ИПФ РАН), Института радиоэлектроники РАН и Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН.
https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/nanoph-2021-0651/html
Моделирование подтвердило сосуществование двух жидких фаз в переохлажденной воде
С помощью компьютерного моделирования физики подтвердили сосуществование двух жидких фаз разной плотности в сильно охлажденной воде. Для того чтобы свойства воды были максимально похожи на экспериментальные, ученые совместили в симуляциях квантовый подход и машинное обучение. Разработанный алгоритм можно применять для поиска и исследования других веществ, в которых одновременно существуют две жидкие фазы, пишут исследователи в Physical Review Letters.
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.255702
Физики порисовали по сегнетоэлектрику на нанометровом масштабе
Китайские физики разработали новый метод лазерной печати сегнетоэлектрических доменов в ниобате лития, который не только позволяет преодолеть дифракционный предел, но и создавать трехмерные структуры в толще образца. Новый метод основан на локальном нагреве образца, в котором за счет термоэлектрического эффекта образуется поле, разворачивающее поляризацию вещества. Ученые продемонстрировали работоспособность метода, сформировав разнообразные фигуры и шаблоны, как плоские, так и объемные. Исследование опубликовано в Nature ( https://www.nature.com/articles/s41586-022-05042-z ).
Фрактальные свойства спинового льда объяснили аномальную динамику магнитных квазимонополей
Справилась с этим модель с одним свободным параметром
Физики из нескольких стран смогли понять причины ряда аномальных свойств в спиновых льдах, наблюдавшихся в эксперименте, а именно странной частотной зависимости магнитных шумов и температурной зависимости времени релаксации. Модель со всего одним свободным параметров, построенная авторами, показала, что движение магнитных квазимонополей в этих средах может быть частично ограниченно, из-за чего область, доступная для их движения, приобретает фрактальные свойства. Исследование опубликовано в Science.
https://www.science.org/doi/10.1126/science.add1644
Эффективность солнечных панелей улучшили с помощью фотосинтеза
Технология, основанная на имитации фотосинтеза, снижает потери энергии при преобразовании света в электричество.
Исследователи из Университета штата Мичиган использовали светопоглощающий полупроводник и зеркало, чтобы повысить эффективность солнечных батарей. Технология использует поляритоны, чтобы обеспечить перенос энергии на расстоянии без потерь.
В своей работе ученые использовали тонкий светопоглащающий полупроводник из ароматического углеводорода (тетрафенилдибензоперифлантена), размещенный на распределенный брэговский отражатель. Это слоистая структура, в которой показатель преломления материала периодически изменяется перпендикулярно слоям.
В новой системе фотоны света, падающие на поверхность, не преобразовываются в экситоны (электронно возбуждение), вместо этого они сохраняют свои светоподобные свойства. Смесь фотонов, электронов и дырок известна как поляритон. В поляритонной форме его светоподобные свойства позволяют энергии быстро преодолевать относительно большие расстояния в 0,1 мм.
https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-9-9-1029&id=497657
https://hightech.fm/2022/09/07/photosynthesis-solar-cells
Водные коммутаторы могут повысить тактовую частоту процессоров до ТГц
Обычно электронные схемы стараются держать подальше от воды, но немецкие инженеры разработали новую концепцию водных коммутаторов, намного более быстродействующих, чем современные полупроводниковые материалы. Теоретически, они могут повысить скорость работы компьютеров до уровня 1000 ГГц и выше.
Транзисторы — фундаментальный элемент электронных систем. Они позволяют производить вычисления, переключаясь из проводящего состояния в непроводящее при похождении электрического тока через полупроводящие материалы. Скорость этих переключений (наряду с количеством транзисторов в микрочипе) определяют быстродействие компьютера.
Физикам удалось добиться, чтобы термоядерный синтез выработал на 50% больше энергии, чем потребил
К такому прорыву ученые всего мира шли более 60 лет.
Официальные лица Министерства энергетики США объявили об историческом достижении в области ядерного синтеза, сообщает CNN. Американские ученые впервые произвели больше энергии от синтеза, чем затрачено для питания эксперимента. Это называют «чистый прирост энергии», и он является важной вехой в многолетних попытках получить чистую, безграничную энергию из термоядерного синтеза — реакции, которая происходит, когда два или более атома сливаются вместе.
В ходе эксперимента было передано 2,05 мегаджоуля энергии, что привело к получению 3,15 мегаджоулей — на целых 50% больше. Подобного удалось добиться впервые в истории. Прорыв был совершен 5 декабря группой ученых из Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора в Калифорнии.
Источник: naukatv
Вычислитель на магнитных скирмионах показал высокую энергоэффективность
Это стало возможно благодаря применению нейронной вычислительной архитектуры
Физики создали вычислитель, работающий на магнитных квазичастицах по принципу нейросети. Значение логических операций, которые он выполняет, определяется по положению квазичастицы в системе. Для работы устройства нужно меньше электроэнергии, чем для работы классических вычислителей. А еще его можно усовершенствовать для имитации работы мозга пишут ученые в Nature Communications.
https://www.nature.com/articles/s41467-022-34309-2
Успехи в миниатюризации оптических устройств: изоляторы на чипе
Фотоника в XXI веке может повторить путь, пройденный электроникой в прошлом веке: от гигантских прожорливых машин весьма ограниченной функциональности до карманных энергоэффективных и многозадачных устройств. Одна из основных задач на этом пути — сделать элементы фотонных приборов миниатюрными.
В статье, опубликованной в Nature Photonics, исследователи из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне (University of Illinois Urbana-Champaign) представили оптический изолятор рекордно малого размера.
https://22century.ru/chemistry-physics-matter/102433
Сверхбыстрый оптоэлектронный переключатель на поляритонах
Китайские физики создали ультрабыстрый оптоэлектронный переключатель, использующий бозе-эйнштейновский конденсат поляритонов. Время срабатывания такого переключателя на три порядка меньше, чем других разработок в области оптоэлектроники с аналогичной функцией на разных физических принципах, а действовать устройство может и при комнатной температуре.
https://22century.ru/chemistry-physics-matter/110173
Ученые использовали квантовый компьютер для моделирования первой в мире голографической червоточины и передачи информации через нее.
Ученые создали «детскую» червоточину, используя квантовый компьютер Google Sycamore 2. В эксперименте они использовали не гравитацию, а квантовую запутанность. Запутав кубиты (или квантовые биты) в крохотных сверхпроводящих цепях, физики создали портал, через который передавалась информация. Эксперимент может подтвердить гипотезу о том, что наша Вселенная — это голограмма, сшитая воедино квантовой информацией. Исследователи опубликовали свои выводы и подробности об эксперименте в журнале Nature.
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05424-3
Исследователи добились значительного увеличения времени хранения квантовых кубитов в классических оптоволоконных сетях связи.
Группа исследователей разработала технологию модификации лазерных волноводов, которая увеличивает время хранения квантовых кубитов на телекоммуникационных длинах волн в пять раз. Технология поможет ускорить создание квантовых сетей связи на базе современного оборудования, считают авторы разработки.
https://hightech.fm/2022/12/06/telecom-qubits
Физики решили одну из последних фундаментальных проблем сверхпроводимости
Экспериментальное открытие фундаментального физического явления — событие редкое. Однако физикам из Сколковского института науки и технологий вместе с коллегами из европейских научных организаций удалось экспериментально продемонстрировать одно из таких явлений — нестационарный эффект проскальзывания фазы. Оно обещает стать столь же перспективным, как и джозефсоновский эффект, благодаря которому мы имеем эталон напряжения и сверхчувствительные детекторы магнитного поля.
Исследование опубликовано в журнале Nature (https://www.nature.com/articles/s41586-022-04947-z). Этот эффект проявляется в виде образования ступенек электрического тока, протекающего через сверхпроводниковые нанопроволочки под действием СВЧ-излучения. Нанопроволочка из сверхпроводника играет роль туннельного барьера для квантов магнитного потока точно так же, как джозефсоновский переход — тонкая прослойка изолятора между двумя сверхпроводниками — служит туннельным барьером для электрических зарядов.
Физики получили европиевый бозе-конденсат
Как и ожидалось, он продемонстрировали дипольные свойства
Японские физики смогли получить конденсат Бозе — Эйнштейна, состоящий из атомов европия. Благодаря большому магнитному моменту этих атомов, конденсат оказался податливым для манипуляций магнитным полем. Авторы также отыскали несколько резонансов Фешбаха и показали, что с их помощью можно менять взаимодействия в конденсате. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.
Yuki Miyazawa et al. / Physical Review Letters, 2022
https://nplus1.ru/news/2022/11/28/Eu-BEC
На квантовом компьютере запустили прохождение информации через кротовую нору
Для этого оказалось достаточно девяти кубитов
Американские физики провели первую в истории симуляцию прохождения информации через голографическую кротовую нору, выполненную на квантовом компьютере. Исследование стало первым шагом к лабораторному изучению эффектов квантовой гравитации с помощью исключительно квантовых систем. Оно опубликовано в Nature, кратко его пересказывают Адам Браун и Леонард Сасскинд в редакционной статье того же номера журнала.
