Физики уменьшили квантовый CNOT-вентиль в тысячи раз

Коллектив британских ученых сумел уменьшить размеры необходимого для создания квантового компьютера логического вентиля CNOT в тысячи раз, уместив его на кремниевой микросхеме, сообщает Physics World со ссылкой на статью в журнале Science.

Вентиль CNOT (Controlled-NOT – управляемое НЕ) имеет два входа: один – для управляющего (control) кубита (квантовая единица информации, аналог бита), второй – для управляемого (target) кубита. Управляющий кубит не изменяется, а вот судьба управляемого зависит от значения управляющего. Если управляющий кубит равен нулю, значение управляемого кубита не меняется. Если же управляющий кубит равен единице, значение управляемого кубита изменяется на противоположное (отрицается).

Джереми О’Брайен (Jeremy O’Brien) и его коллеги впервые создали вентиль CNOT в 2003 году. Носителями кубитов в нем выступали отдельные фотоны. Фотоны мало взаимодействуют друг с другом: с одной стороны, это плюс, поскольку они легко передаются на большие расстояния, не изменяя квантового состояния, с другой – минус, поскольку в логическом вентиле они все же должны взаимодействовать. Состоящий из светоделителей и зеркал вентиль занимал несколько квадратных метров, поэтому для практического использования был малопригоден.

Новый вентиль, созданный группой О’Брайена, умещается на кремниевой микросхеме размером около квадратного миллиметра. Роль зеркал и светоделителей выполняют связанные волноводы, по которым движутся фотоны. Каждая микросхема содержит шесть волноводов, которые отделены друг от друга десятыми долями миллиметра. В некоторых местах, однако, расстояние уменьшается до сравнимого с длиной волны фотонов (около 800 нанометров), в этом случае движущиеся по соседним волноводам фотоны могут начать взаимодействовать. Это взаимодействие и обеспечивает корректную работу вентиля.

Физики визуализировали магнитное поле

Физикам впервые удалось получить трехмерное изображение магнитного поля внутри твердого непрозрачного тела, сообщает Ассоциация германских исследовательских центров имени Гельмгольца со ссылкой на статью, опубликованную в Nature Physics.

Несмотря на то, что явление магнетизма давно известно, многие свойства магнитного поля изучены сравнительно мало. Николай Карджилов (Nikolay Kardjilov) из берлинского института Гана и Мейтнер и его коллеги разработали метод, позволяющий получить наглядный трехмерный "снимок" магнитного поля.

Для визуализации группа Карджилова использовала нейтроны. Нейтроны не имеют электрического заряда, что обеспечивает им хорошую проникающую способность. При этом они обладают магнитным моментом, за счет чего ведут себя во внешнем магнитном поле подобно стрелке компаса и железным опилкам, выстраивающимся вдоль силовых линий.

Кроме того, нейтроны обладают собственным угловым моментом – спином – который может изменяться под воздействием магнитного поля. Ученые "просвечивали" исследуемый образец спин-поляризованными нейтронами (нейтронами с заданным состоянием спина) и отмечали, в каких участках в какой момент времени происходит изменение спина. Обобщая эти данные, они получали "снимок" поля.

Карджилов сравнивает этот метод с используемой в медицине рентгеновской томографией. Вместо человеческого тела – магнитное поле, вместо рентгена – спин-поляризованные нейтроны.

Астрономы предсказали гравитационные волны от гор на нейтронных звездах

Австралийские исследователи подтвердили, что на поверхности нейтронных звезд могут существовать устойчивые горы, которые при вращении звезды должны генерировать гравитационные волны, сообщает New Scientist со ссылкой на статью, принятую к печати в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Гравитационные волны – возмущения гравитационного поля, распространяющиеся со скоростью света – должны, согласно общей теории относительности, порождаться массами, движущимися с ускорением. Получено много косвенных подтверждений существования гравитационных волн, однако из-за низкой интенсивности и слабого взаимодействия с веществом они ни разу не были обнаружены экспериментально.

По современным теориям, некоторые космические объекты и события способны порождать настолько мощные гравитационные волны, что их можно зафиксировать на Земле. К таким источникам относятся, например, взрывы сверхновых, столкновения нейтронных звезд, черных дыр и белых карликов.

Нейтронные звезды – маленькие (диаметром 20-30 километров) объекты, масса которых может превышать массу Солнца в два-три раза. Плотность их материи, состоящей из нейтронов, приближается к плотности атомного ядра. За счет сильного гравитационного поля и высокой скорости вращения нейтронные звезды могли бы создавать гравитационные волны и сами по себе, однако для этого необходимо, чтобы их поверхность содержала какие-нибудь неоднородности. Любые неоднородности между тем должны быть расплющены чудовищной гравитацией звезды.

С помощью компьютерного моделирования австралийские астрономы показали, что неоднородности, возникающие на поверхности нейтронной звезды, когда та притягивает материю с обычной звезды-компаньона, могут оказаться устойчивы. За счет воздействия сильного магнитного поля нейтронной звезды на ее магнитных полюсах могут образоваться горы, способные противостоять гравитации. Высота таких гор составит от 10 сантиметров до одного метра (для нейтронной звезды это уже немало), горизонтальная протяженность – до трех километров, а масса одной горы может достигать массы Сатурна.

Магнитные полюса нейтронной звезды часто не совпадают с ее полюсами вращения. В этом случае горы при вращении звезды будут "описывать круги" и, за счет заметной массы, порождать гравитационные волны. Такие волны слабее волн, порождаемых катастрофическими событиями, но, в отличие от них, имеют постоянный источник, что упрощает задачу их поиска.