Новая технология позволит использовать графен для квантовых вычислений

Содержание

Квантовые технологии

Квантовые вычисления, алгоритмы и вот это всё

Все подряд

Лучшие

Авторы

  • SLY_G вчера в 10:00

Сколько кубитов нужно для квантового превосходства?

Достигла компания Google квантового превосходства, или нет – это зависит от точки зрения

Теоретически квантовые компьютеры могут оказаться мощнее любого классического суперкомпьютера. Учёные пытаются подсчитать, что понадобится квантовым компьютерам для достижения т.н. «квантового превосходства», и на самом ли деле компания Google достигла этого превосходства, как она заявила в прошлом году.

Классические компьютеры для обозначения данных в виде нулей и единиц включают и выключают транзисторы. Квантовые компьютеры используют квантовые биты – кубиты, которые, благодаря странной природе квантовой физики, могут находиться в состоянии суперпозиции, одновременно обозначая и 1 и 0.

Суперпозиция позволяет одному кубиту выполнять два вычисления одновременно, а когда два кубита связаны друг с другом посредством такого квантового эффекта, как запутанность, они могут выполнять уже 2 2 , то есть 4 вычисления одновременно; три кубита способны на 2 3 , или восемь вычислений; и так далее. В принципе, квантовый компьютер с 300 кубитами смог бы выполнять столько вычислений одновременно, что их количество превзошло бы количество имеющихся во Вселенной атомов.

Новости

phenik 7 июня 2020 в 11:24

Квантовые эффекты приходят в макромир

Новые эксперименты раскрывают возможности крупномасштабных квантовых устройств

Исследователи впервые продемонстрировали квантовую запутанность в механических системах. Концепцию одного из таких экспериментов художник изображает, как световое поле интерферометра, «переносящего» запутанное состояние. Фото предоставлено: Институт нанонауки им. Кавли, Делфтский технологический университет / Мориц Форш.

Запутанность — противоречивая идея состоящая в том, что частицы могут быть связанными независимо от расстояния между ними. Это явление остается одним из самых странных и наименее понятных следствий квантовой механики. Если измерить квантовое свойство одной из пары запутанных частиц, то свойство другой мгновенно изменится.

Такие странные явления обычно возникают на субатомном уровне. Но недавно физики продемонстрировали запутанность и другие квантовые эффекты в крайних формах, наблюдая их в больших системах, включая облака атомов, квантовые барабаны, проводники и кремниевые чипы. Устройство за устройством они переносят квантовый мир на новую территорию — в макроскопический мир.

Что общего между каплями в чашке кофе и квантовой механикой — рассказывает Новый физтех ИТМО

Это — специальная рубрика Нового физтеха ИТМО. Здесь учёные, преподаватели и студенты физико-технического факультета размышляют о науке, учебном процессе и трудовых буднях.

Расставляя все точки над «пси»

При планировании нескольких статей так или иначе связанных с квантовой механикой было решено вынести обсуждение ряда технических вопросов, философских споров и досужих мифов в отдельную статью. Речь пойдет о самом сложном и интересном инструменте человеческого интеллекта — квантовой теории.

Рекомендуем

Милый комикс об итогах Microsoft Build-2020

Цифровые рабочие места Zextras: переход на удаленную работу – это не больно

«Не дать котикам сложить лапки», – менторы GeekBrains о работе со студентами

bull1251 24 апреля 2020 в 15:57

Как обойти «No-communication theorem»? Передача информации сквозь пространство и время

No-communication theorem утверждает, что квантовое запутывание не может использоваться для передачи какой-либо информации. Теорема предполагает, что Боб никак не может отличить начальное состояние σ от состояния P(σ) после измерения Алисой. Это доказывается математически, путем сравнения паттерна σ и паттерна P(σ). Тот факт, что паттерн никогда не меняется, независимо от действий Алисы, является выводом теоремы об отсутствии связи.

Читайте также:  Муфта для соединения СИП и кабеля

Далее мы увидим, что расчеты no-communication theorem полностью согласуются с экспериментами. Словно квантовый мир использует надежную защиту, чтобы оставить в тайне свои секреты. Но, как мы знаем, любая защита — это лишь генератор ошибок перед правильным кодом. В действительности, мы увидим, что выводы no-communication theorem имеют небольшой изъян, при использование которого возникает возможность передачи информации с использованием квантово-запутанных частиц. Постараемся разобраться с алгоритмами квантового мира и подобрать правильные ключи к тайнам этого удивительного мира.

Данный пост является существенно доработанной и дополненной версией предыдущего поста, содержит подробные математические расчеты и более расширенный материал. Написание данного материала заняло несколько лет упорного труда, результатом которого является данная мегастатья.

miklash-e 10 апреля 2020 в 17:30

Технологии производства светодиодных LED экранов: Micro-LED vs. Mini-LED

Изначально стояла задача разобраться, что из себя представляет Micro LED, а также Mini LED в области светодиодных экранов для внутреннего исполнения. Потому что на этом рынке происходит путаница из-за применения слов «micro, mini, nano» для экранов, созданных с использованием разных технологий. Заказчики в свою очередь бездумно повторяют эти пресловутые «микро», «мини» и «нано» в гонке за самым «крутым» экраном, не понимая, что эти приставки не более чем маркетинговый ход.

РКЦ: квантовый компьютер и блокчейн. Наука России и ее ученые

Я пришла в Российский квантовый центр пообщаться с Алексеем Федоровым – создателем квантового блокчейна и руководителем одной из научных групп. Мне открылась новая реальность: молодые сильные российские ученые, которые работают над технологией будущего на мировом уровне.

А вы знали, что в России уже есть продукты, работающие на квантовых технологиях? А что квантовые компьютеры уже существуют, в том числе и в России? Что любой желающий может запрограммировать настоящий квантовый компьютер онлайн на специальном языке программирования?

Если нет, заходите, будет интересно.

AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

Что может квантовый компьютер

Квантовая физика родилась в 1900 году, когда Макс Планк предположил, что энергия поглощается не непрерывно, а отдельными порциями — квантами. Его идея получила дальнейшее развитие: фотоэлектрический эффект Эйнштейна, теория атома Бора, Резерфорд опытным путем показал, как выглядит ядро атома, Луи де Бройль стер границу между волнами и материей, Гейзенберг и Шрёдингер разработали квантовую механику.

Квантовую физику тяжело понять — её математический аппарат почти невозможно перевести на «человеческий» язык. Но «потрогать» её проявления в повседневной жизни вполне реально: лазеры, флэшки, компакт-диски, интегральные схемы или графен — все эти технологии появились благодаря квантовой физике. Логично, что ее решили использовать и для вычислений — в квантовых компьютерах.

Квантовые компьютеры кардинально отличаются от обычных: они обрабатывают информацию на порядок быстрее, а памяти у них больше экспоненциально. Уже сейчас экспериментальные образцы решают некоторые задачи быстрее, чем самые мощные суперкомпьютеры. Перспективы от внедрения квантовых компьютеров манят. С их помощью можно создать новые лекарства, композитные материалы прочнее титана и легче пластика, сверхпроводники, которые работают при комнатной температуре, добиться абсолютной безопасности шифрования или разработать универсальный искусственный интеллект. Но в реальности всё не так радужно. Всё потому, что мы пока не понимаем, что действительно умеет квантовый компьютер.

Графен и плазмоны – основа новой архитектуры квантовых компьютеров

Графен, материал, состоящий из единственного слоя атомов углерода, может стать основой для будущих оптических квантовых компьютеров благодаря работе исследователей из Венского университета и Института фотоники, Барселона. Эти исследователи продемонстрировали, что графеновые структуры, “скроенные” особым образом, позволяют единичным фотонам эффективно взаимодействовать друг с другом. И на основе этого эффекта была разработана новая архитектура для оптического квантового компьютера, описание которой опубликовано в разделе “Quantum Information” онлайн-варианта журнала “Nature”.

Известно, что фотоны достаточно хорошо взаимодействуют с любыми другими материалами, однако, они практически не взаимодействуют друг с другом, даже проходя одновременно через одну и ту же область пространства. Это, с одной стороны, делает фотоны идеальным носителем для хранения и переноса квантовой информации. С другой стороны, для создания фотонного квантового компьютера требуется, чтобы имелась возможность изменения состояния одного фотона на основе информации, закодированной в другом фотоне.

Читайте также:  Применение компьютерных блоков питания

Такое устройство, в недрах которого происходит взаимодействие фотонов, называют квантовым логическим элементом, и для создания универсального квантового компьютера могут потребоваться миллионы таких элементов. Одним из способов реализации взаимодействия между фотонами является использование так называемых нелинейных материалов, материалов, имеющих нелинейные оптические свойства. К сожалению, все нелинейные материалы естественного происхождения не обладают эффективностью, требуемой для создания квантовых логических элементов.

Для реализации взаимодействия между фотонами ученые из Венского университета предложили использовать плазмоны, искусственно создаваемые на поверхности графена. Напомним нашим читателям, что графен, состоящий из единственного слоя атомов углерода, является одним из первых условно двумерных материалов. Он был открыт чуть больше десятилетия назад, и, начиная с того момента, ученые постоянно находят какие-то удивительные и экзотические вещи, связанные с данным материалом. В данном случае используется весьма необычная электронная конфигурация графена, которая обуславливает возможность создания на его поверхности плазмонов, “живущих” достаточно длительное время.

Плазмоны, о которых упоминалось чуть выше, уже используются для создания нелинейных взаимодействий между фотонами света. С физической точки зрения плазмоны являются колеблющимися облаками свободных электронов, возбужденных фотонами света, упавшего на поверхность металла, другими словами, они являются “симбиозом” материи и света. Однако, плазмоны, возникающие на поверхности металлов естественного происхождения, серебра и золота, к примеру, распадаются столь быстро, что это не позволяет создать необходимые квантовые эффекты с их участием.

В своих экспериментах ученые показали, что на поверхности графеновой наноленты можно создать плазмон, отличающийся особой стабильностью. А два таких плазмона, размещенные в непосредственной близости, начинают эффективно взаимодействовать при помощи собственных электрических полей. И если несколько плазмонов расположить в необходимом порядке, то можно создать квантовый логический элемент, выполняющий одну из функций, необходимых для квантовых вычислений. “Мы показали, что сильные нелинейные взаимодействия в графене лишают плазмоны возможности перепрыгнуть с одной наноленты на другую, что позволяет сохранить стабильность их взаимного расположения” – пишут исследователи.

Предложенная учеными схема, лежащая в основе новой архитектуры квантовых компьютеров, использует сразу несколько уникальных свойств графена, благодаря чему квантовые логические элементы обладают малыми размерами, способностью работать при комнатной температуре и рядом других положительных свойств. А группа из Венского университета занимается сейчас экспериментальными исследованиями, проводимыми на опытной квантовой системе, целью которых является разработка технологии изготовления квантовых логических элементов при помощи существующих технологических процессов, используемых для производства полупроводниковых чипов.

Как российские ученые синтезируют графен с заданным количеством слоев

Специалисты компании Русграфен совместно с коллегами из Института общей физики РАН и Института материаловедения Вьетнамской академии наук и технологий разработали способ синтеза CVD-графена с контролируемым числом слоев. Результаты работы опубликованы в журналах Physica Status Solidi C и Physica Status Solidi B.

Гибкие и прозрачные электроды, сенсоры, мембраны, ячейки памяти, насыщаемые поглотители для лазеров — далеко неполный список активно развивающих направлений применения пленок из графена. Важно при этом уметь производить пленки с заданным количеством графеновых слоев — ключевым параметром, определяющим их уникальные физико-химические свойства.

С этой целью мы разработали способ, позволяющий контролировать толщину синтезируемой графеновой пленки (от 3 до 50 и больше слоев) на поверхности никелевой фольги, одной из самых популярных каталитических подложек для синтеза графена.

В экспериментах использовалось оригинальная установка, разработанная компанией Русграфен. На первом этапе проводился отжиг никелевой подложки, помещенной в вакуумную камеру с охлаждаемыми водой стенками. Камера заполнялась до давления 100-500 миллибар смесью аргона и водорода в соотношении 4:1. Затем подложка нагревалась путем пропускания электрического тока до температуры отжига, которая поддерживалась в течение определенного времени. Увеличение тока контролировалось программным обеспечением установки.

Измерение температуры проводилось непосредственно с никелевой подложки с помощью инфракрасного пирометра. Было установлено, что скорость нарастания тока, температура и время отжига во многом определяют качество графеновой пленки, образующейся на поверхности никелевой фольги во второй части эксперимента.

В предварительно откаченную камеру подавался углеродосодержащий газ метан (CH4), а никелевая подложка вновь резистивно нагревалась. При температуре 500 °C у поверхности металла происходило терморазложение метана и осаждение углерода на подложку. При 750 °C атомы углерода начинали диффундировать внутрь никеля, увеличивая его электрическое сопротивление. По изменению сопротивления подложки можно судить о количестве атомов углерода, приникших внутрь никеля. А это определяет толщину графеновой пленки, которая образуется после охлаждения подложки. Таким образом, контролируя ряд параметров — скорость нагрева и температуру подложки, ее сопротивление, концентрацию и давление газа, стало возможным синтезировать пленки с заданным числом графеновых слоев. Например, трехслойная графеновая пленка образуется при максимальной температуре никелевой фольги на 30 градусов превышающей температуры начала диффузии (для концентрации метана 2% и давления газа в камере 500 миллибар).

Читайте также:  Питание светодиода от переменного напряжения

Данный метод используется компанией Русграфен для создания коммерческих образцов CVD-графена с необходимым заказчику количеством слоев.

Дубликаты не найдены

Какой максимальной площади могут получить образец?

Вы не уточняйте, вы радуйтесь.

Господин ПэЖэ приказал радоваться)))

Из-за особенностей электронной структуры, “графен” это от 1 до 5 слоев графита.

Все что больше уже не графен.

на релизе опять мыло буде

Российские учёные заставили сибирского медведя производить мощнейший антибиотик

Один из самых мощных антибиотиков, известных ученым – амикумацин, обнаружили в пасти дикого сибирского медведя, а после создали его синтетический аналог ученые из Института биоорганической химии им. М.М Шемякина и Ю.А Овчинникова РАН. Работа опубликована в журнале Antibiotics. Исследования поддержаны Российским научным фондом (РНФ).

Антибиотик амикумацин, живущий в бактерии Bacillus pumilus, был известен с 1981 года, когда ее нашли среди почвенных бактерий. Выделенное вещество оказалось способным убивать болезнетворные бактерии, а также показало свой высокий противораковый эффект. Однако лекарства сделать из него до сих пор не удавалось никому. Синтезировать амикумацин не получилось из-за очень сложного строения его молекулы, попробовали применить на практике как препарат, и снова неудача — молекула оказалась крайне нестабильной, препарат со временем разрушался и становился неактивным.

Ученые ИБХ РАН, несколько лет занимающиеся поиском веществ, обладающих антибиотической активностью при помощи специально созданной ими методики, повторно нашли амикумацин в природе, но не в почве, а в пасти дикого зверя.

– Мы не знали, что в медведе есть антибиотики, но предполагали это, – поясняет руководитель проекта, доктор химических наук, заместитель директора по науке Иван Смирнов. – Рассуждали так: медведь всеядный, как человек, но при этом он – хищник, который часто, расправляясь с добычей или убегая от врагов, получает травмы, в том числе и в полости рта. Мы предположили, что у него в организме должен быть источник, который убивал бы болезнетворные бактерии, размножающиеся в его ротовой полости при ранении. То есть это было чисто теоретическое предположение.

Дальше началось самое интересное. Для того, чтобы взять на анализ мокроту из медвежьей пасти, московские ученые отправились не в зоопарк и не в цирк, а в самую настоящую дикую тайгу. Проводником попросили стать опытного охотника, научного руководителя новосибирского Института фундаментальной биологии и медицины РАН академика Валентина Власова.

– Мы хотели найти именно дикого медведя с неизменной внутренней микробиотой,- говорит исследователь. – Медведи в зоопарке получают стабильный рацион питания, а значит, им в пищу попадает примерно такое же количество антибиотиков из продуктов, как и человеку.

На приманку — банку с медом – в специальную ловушку попалась таежная жительница Маша. Местные охотники были знакомы с ней и ее «кавалером», но никогда не трогали, наблюдали. А когда появилась необходимость использовать животных на пользу науке, уже знали, где примерно их можно искать.

Усыплять Машу не пришлось, – она попалась в клетку, в которой на время оказалась зажата со всех сторон так, что невозможно было не развернуться. Перед мордой маячил мед, началось обильное слюноотделение. В этот момент ученые достали большой тампон с длинной рукояткой и немного «почистили» Маше зубы. После образцы ее слюны попали в Москву, в лабораторию на улицу Миклухо-Маклая.

Теория исследователей подтвердилась, – в слюне медведицы была обнаружена Bacillus pumilus, вырабатывающая амикумацин. Найден был еще один ее источник, – ротовая полость медведя. Дальше были исследования. Химикам надо было как следует разобраться с чудо-веществом: узнать все его свойства, разгадать причину потери стабильности, и, наконец, ответит на вопрос: почему он не убивает те бактерии, из которых производится? Оказалось, у бактерии имеется собственная сложная система резистентности (устойчивости) к своему антибиотику, когда ей невыгодно, она его «усыпляет», делает инертным, а когда появляются недружественные к ней бактерии, она его словно пробуждает и выбрасывает наружу, для борьбы с «врагами».

В настоящее время ученые все-таки создали синтезированные аналог амикумацина. Есть у них идеи того, как сделать вещество более стабильным. Процесс приручения идет не быстро, но они уверены, что найдут способ заставить строптивое вещество лечить людей.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector