Журнал "Компьютерра" №750 - Компьютерра

Таким способом можно получать защитные напыления или, наоборот, рыхлые покрытия - например, для химического катализа. Ученые уже запатентовали технологию и уверены, что она будет широко востребована в промышленности. ГА

Квантовый репитер

Физикам из Гейдельбергского университета вместе с коллегами из Китая и Австрии удалось создать прототип репитера для квантовых телекоммуникаций. Это устройство, использующее фотоны для передачи и атомы рубидия для свопа квантовой информации, демонстрирует реализуемость квантовых коммуникаций на большие расстояния.

Как известно, принципиальная невозможность перехвата квантовой информации выводит защищенность сетей передачи данных на качественно новый уровень. В экспериментах квантовую информацию удавалось передавать по оптическим волокнам на расстояние до ста километров, а с помощью хорошего телескопа ее можно отправить даже в космос. Но есть и принципиальные ограничения.

Дело в том, что в оптическом волокне, как и в любой другой среде, отличной от вакуума, часть фотонов неизбежно теряется.

В результате передача информации запутанными фотонами становится невозможной, если вероятность ложного срабатывания детектора будет сопоставима с вероятностью успешной регистрации посланного фотона. Поэтому, чтобы передавать квантовые данные по оптическим волокнам на расстояние значительно больше ста километров, неизбежно придется использовать квантовый аналог репитера.

Но квантовый сигнал нельзя просто скопировать и отправить дальше. Вместо этого канал необходимо разбить на сегменты и запутанность квантовых частиц передавать последовательно из сегмента в сегмент, пока она не достигнет адресата.

Чтобы это реализовать в эксперименте, передача начинается с двух облаков ультрахолодных атомов рубидия, одно из которых работает как отправитель информации, а второе как репитер на пути к получателю. Атомы облаков возбуждаются так, чтобы они испустили навстречу друг другу фотоны, запутанные со своим облаком. Когда фотоны встречаются, их измеряют так, чтобы родительские облака стали запутанными друг с другом. Этот процесс называется свопом квантовой информации. Облака атомов некоторое время остаются стабильны и сохраняют запутанность, что позволяет повторить процедуру с одним из них, то есть запутать первое облако с третьим и так далее вплоть до облака получателя. Расстояние, на которое таким способом можно передать квантовую информацию, ограничено временем стабильности квантового состояния облаков. В первых экспериментах оно не превышало десятка микросекунд, а дальность передачи - трехсот метров. Вероятность успешного запутывания облаков достигала десяти процентов. В следующей серии экспериментов ученые планируют увеличить время стабильного состояния до миллисекунды, а расстояние передачи до ста километров.

Разумеется, эта схема передачи квантовой информации еще далека от практических приложений. Но принципиальных ограничений для увеличения расстояния передачи уже нет, нужно лишь совершенствовать технологию и искать более удобную реализацию кубитов для промежуточного хранения квантовой информации. ГА

Вкус кальция

Не приходилось ли вам, учась в младших классах, есть мел или видеть, как это делают другие? А что заставляет школьников грызть безвкусные крошащиеся бруски? Понятно, что для формирования быстрорастущего скелета необходимы соли кальция. Неужели дети знают, что им нужен кальций и что его много в меле? Сомнительно. Может быть, у детей установилась связь между попаданием в рот мела и смягчением кальциевого дефицита? Тоже маловероятно.

Едят мел не только школьники. Годовалый ребенок, который только пополз по квартире, с удовольствием оторвет со стены кусок обоев и слижет остатки побелки с их тыльной стороны.

Раз так, вероятно, существует какой-то механизм, позволяющий оценивать количество кальция в потенциальной пище.

То, что нам нравится сладкое, не случайно. Поскольку для наших тел благоприятна пища, содержащая легко усвояемые растворимые углеводы, в нашем вкусовом анализаторе наличествуют рецепторы на эти соединения. Это рецепторы сладкого вкуса.

Именно они делают сахар приятным на вкус. Раз мел, не являющийся ни сладким, ни кислым, ни соленым, ни горьким, тоже приятен, значит, есть какие-то механизмы, оценивающие содержание кальция в этом веществе.

Такие рассуждения, основанные на попытке осмыслить распространенные формы поведения людей, могли бы стать основой для открытия, о котором мы сейчас расскажем. Но современный человек считает более интересными для науки данные молекулярнобиологических исследований и при этом склонен пренебрегать бытовыми наблюдениями и повседневным опытом.

Исследователей из Центра химических ощущений Монелла к изучению описываемой проблемы подтолкнуло обнаружение у крыс двух генов (CaSR и Tas1r3), ответственных за восприятие вкуса кальция.

Сходные гены известны и у человека, поэтому теперь ученые имеют серьезные основания предполагать наличие рецепторов кальциевого вкуса и у нас.

Вероятно, с их помощью мы можем даже в некоторых пределах оценивать жесткость воды.

К "элементарным" сладкому, кислому, соленому и горькому вкусам уже добавляют "белковый" и "кальциевый". Вы слышали рассказы о том, что дикие млекопитающие (и домашние собаки) при определенных недомоганиях выбирают те лекарственные травы, которые им нужны? Может быть, и люди, не забившие чувствительность своих вкусовых и обонятельных рецепторов пищевыми добавками, горячей и острой пищей, табаком и алкоголем, способны к этому. А если так, возможно, к числу уже известных вкусовых рецепторов вскоре добавятся новые. ДШ

В упор виднее

Японским исследователям из Агентства по науке и технологиям и Института физических и химических исследований (Riken) удалось впервые реализовать источник и приемник терагерцовых волн ближнего поля в одном чипе. Устройство позволяет получать изображения с разрешением 9 мкм, используя электромагнитные волны с длиной волны 214,6 мкм, что значительно выше дифракционного предела.

Терагерцовые электромагнитные волны лежат между инфракрасным и микроволновым радиодиапазоном и легко проникают во многие объекты, не прозрачные для видимого света. Однако большая длина волны из-за наличия дифракционного предела не позволяет обычным терагерцовым устройствам конкурировать по разрешению с оптическими. Обойти это ограничение можно, если использовать так называемые нераспространяющиеся быстро затухающие волны ближнего поля, сканируя интересующий объект. Этот подход давно используют в оптике и микроволновых устройствах, но его пока не удавалось реализовать в молодой терагерцовой технике.

В новый чип интегрирована апертура, плоский зонд ближнего поля и приемник, благодаря чему отпадает необходимость в терагерцовой оптике и волноводах. Апертура и зонд помещены на поверхность кристалла и изолированы пленкой диоксида кремния. В качестве приемника работает двумерный электронный газ, возникающий на границе гетероперехода между арсенидом галлия и арсенидом галлия-алюминия, который расположен всего в шестидесяти нанометрах под поверхностью чипа. Поглощение электромагнитных волн приводит к нагреву электронов газа и меняет электрическое сопротивление гетероперехода. Терагерцовое излучение проникает сквозь апертуру и возбуждает волны ближнего поля в зонде, которые сразу поглощаются электронным газом. Это обеспечивает высокую чувствительность устройства.

Диаметр апертуры не превышает восьми микрон, что и задает прекрасное пространственное разрешение. Чип изготовлен так, что реагирует только на ближнее электромагнитное поле, и надежно защищен от внешнего электромагнитного шума.

К сожалению, устройство приходится охлаждать до температуры на 10–20 градусов выше абсолютного нуля, что сильно сужает область возможных приложений. И сейчас ученые бьются над повышением рабочей температуры и дальнейшим улучшением пространственного разрешения. ГА

Носом к полюсу

Неожиданное открытие сделала группа чешских и немецких ученых с помощью сервиса Google Earth. Оказывается, коровы, благородные олени и косули предпочитают держаться параллельно магнитному полю Земли и, вероятно, располагают каким-то внутренним "компасом".

Биологам хорошо известно, что термиты, пчелы и ряд других насекомых, птицы и даже некоторые млекопитающие способны ориентироваться по магнитному полю Земли. Но то, что такими способностями обладает и крупный рогатый скот, стало большой неожиданностью. Но самое удивительное, что за много веков жизни бок о бок на эту особенность животных не обратили внимания ни пастухи, ни фермеры, ни охотники.

Ученые проанализировали спутниковые фотографии более восьми тысяч коров на трех сотнях пастбищ во всех уголках мира. Также учитывались фотографии почти трех тысяч оленей и косуль более чем в двух сотнях мест во время пастьбы и на отдыхе, особенно в зимнее время, когда свежая лежка четко отпечатывается на снегу. Кроме анализа спутниковых фотографий велись и круглосуточные полевые наблюдения. Пастбища отбирались так, чтобы близость воды, опушки леса и пр. не влияла на выбор ориентации животных. Внимательно учитывалось положение cолнца и направление ветра, которые, как выяснилось, почти не влияют на предпочтения животных.