Увы, по мнению экспертов, до внедрения новинки пока далеко: площадь ее патрулирования явно недостаточна для среднестатистического рыбохозяйства, покрывающего несколько гектаров. Так что в ближайших планах конструкторов – снять свое чадо со столба и научить его передвигаться «на своих двоих». Зато работу флоридцев высоко оценили сотрудники Microsoft: она прошла в финал состязания новаторских разработок Win-dows Challenge Contest, проводимого под эгидой редмондской компании. Так что не удивляйтесь, если в системе защиты новой версии «Винды» скоро появятся фейс-контроль и сирены. – Д.К.
Американские ученые предложили новую технику очистки поверхности кремниевых пластин, использующихся для изготовления интегральных схем.
Как известно, технология получения современных многослойных микросхем основана на фотолитографии кремниевых заготовок. Поскольку кремний довольно легко окисляется, пластины в процессе изготовления переводят в химически неактивное состояние, осаждая на их поверхность атомы водорода. Перед началом формирования очередного слоя схемы водородное покрытие нужно удалить (этот процесс называется десорбцией). Сейчас производители микросхем очищают кремниевые поверхности с помощью нагрева (примерно до 500 градусов Цельсия), который чреват возникновением в кремнии структурных дефектов.
Филип Коэн (Philip I. Cohen) и его коллеги доказали, что для этой цели можно использовать мощные лазеры на свободных электронах. Десорбция происходит при обработке кремниевой поверхности инфракрасным лазерным излучением, частота которого совпадает с резонансной частотой электронных орбиталей, ответственных за возникновение химической связи между атомами водорода и кремния. Эта технология работает при комнатных температурах, что резко снижает вероятность повреждения заготовок. К тому же она обладает высокой селективностью, позволяя очищать кремний от одного лишь водорода. – А.Л.
Еще одну профессию углеродным нанотрубкам нашли в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса. Ученые уверены, что изготовленные из нанотрубок пористые мембраны найдут массу разнообразных применений, их, например, можно использовать для получения пресной воды.
В лаборатории на кремниевом чипе удалось изготовить уникальные мембраны с порами из нанотрубок. Для этого промежутки между одинаково ориентированными углеродными нанотрубками заполнили керамической матрицей. Диаметр пор так мал, что в поперечнике трубки помещается лишь шесть молекул воды (а многие крупные молекулы разнообразных примесей просто не проходят в отверстие). Измерения показали, что газ или вода протекают сквозь такие мембраны в 100–10000 раз быстрее, чем предсказывает классическая теория. И данные экспериментов согласуются с компьютерными расчетами методом молекулярной динамики.
Что самое интересное, в компьютерные расчеты сначала никто не верил. Хорошо известно, что вода не смачивает внешнюю поверхность нанотрубок, откуда уж тут взяться быстрому просачиванию по внутренним полостям? Экспериментальную установку с новой мембраной даже оставили на ночь. И когда утром под ней обнаружили небольшую лужу, сначала решили – что-то сломалось. Когда же стало ясно, что мембрана цела, удивление и радость ученых не знали границ.
Моделирование предсказывает, что молекулы газа отскакивают от идеально гладких внутренних стенок нанотрубок как биллиардные шары, а молекулы воды скользят по ним, не задерживаясь. Еще одна возможная причина небывало быстрого протекания воды состоит в том, что из-за малого диаметра нанотрубок молекулы движутся по ним упорядоченным «строем», редко сталкиваясь друг с другом. Такое «организованное» движение гораздо быстрее обычного хаотического течения.
Пока механизм протекания воды и газа сквозь мембраны из нанотрубок не очень понятен, и лишь дальнейшие эксперименты и расчеты помогут в нем разобраться. Однако уже ясно, что хорошо проницаемые недорогие мембраны найдут массу применений. Малый диаметр нанотрубок идеален для обессоливания и фильтрации воды, разделения и очистки газов и многих других промышленных приложений. Даже грубые оценки показывают, что новые мембраны позволят на три четверти снизить затраты энергии на опреснение воды. А нехватка пресной воды сегодня большая проблема во многих местах земного шара. – Г.А.
Квантовый компьютер рекордной размерности удалось изготовить и протестировать в канадском Институте квантовых вычислений университета Ватерлоо при поддержке специалистов из американского Массачусетского технологического института.
Рекордсмен имеет целых 12 кубит – в два-три раза больше, чем типичный сегодняшний экспериментальный квантовый компьютер. Кубиты реализованы с помощью технологии ядерного магнитного резонанса в жидкости. Эта технология квантовых вычислений отработана лучше других: на ядерном магнитном резонансе уже опробовано большинство известных квантовых алгоритмов, чем пока не могут похвастаться оптические квантовые компьютеры, системы на полупроводниковых квантовых точках и ряд других.
Дюжины кубит, разумеется, недостаточно для практических вычислений. Однако ученым удалось разработать и просчитать специальные тесты, которые позволяют проверить, насколько управляема и универсальна конкретная реализация квантового компьютера. Дело в том, что не каждый квантовый компьютер способен выполнять все необходимые операции, а это значит, что часть квантовых алгоритмов может быть ему недоступна.
Ошибки, возникающие при квантовых вычислениях, можно разделить на два класса. К первому принадлежат принципиально неустранимые ошибки из-за диссипативных процессов, постепенно разрушающих нежное квантовое состояние системы. Ко второму относятся ошибки, вызванные несовершенством экспериментального оборудования и алгоритмов управления компьютером. С ними можно и нужно бороться. На это и были нацелены проведенные эксперименты, находящиеся на пределе возможностей современных технологий.
Строго говоря, новый компьютер имеет не дюжину кубит, а чуть больше. Он состоит из одиннадцати кубит и одного кутрита. Классический трит в отличие от бита может принимать не два, а три значения – 0, 1 и 2. Квантовый кутрит, соответственно, как и кубит, может находиться в состоянии суперпозиции этих трех, а не двух значений. В процессе квантовых вычислений состояния всех 11 кубит и кутрита еще и «запутываются». Тем не менее со всей этой мешаниной ученые успешно справились, продемонстрировав универсальность созданного ими квантового компьютера. – Г.А.
Большого успеха практически одновременно и независимо добились две группы экспериментаторов из Института лазерной физики в Гамбурге (на фото) и Института квантовой электроники в Цюрихе. Впервые ученым удалось приготовить и наблюдать ультрахолодный газ из смеси бозонов и фермионов.
Все частицы во Вселенной делятся на бозоны и фермионы, так же как целые числа – на четные и нечетные. Если пару бозонов поменять местами, то ничего не изменится, а если то же самое проделать с фермионами, то квантовая волновая функция системы сменит знак. Среди элементарных частиц все частицы вещества – фермионы, а все частицы – переносчики фундаментальных взаимодействий, вроде фотона, – бозоны.
В одном квантовом состоянии может быть сколько угодно бозонов и только два фермиона со спинами, направленными в разные стороны. Можно считать, что благодаря этому существует так много химических элементов. Электроны являются фермионами, не могут все «упасть» на уровень с наименьшей энергией и вынуждены вращаться вокруг ядра по разным орбитам.
Пара или любое четное число фермионов образует бозон. Поэтому наблюдаются явления сверхтекучести и сверхпроводимости. В сверхпроводниках при низких температурах электроны объединяются в пары, и эти пары занимают квантовое состояние с наименьшей энергией, образуя так называемый квантовый конденсат Бозе-Эйнштейна. Именно благодаря парам электронов конденсата ток по сверхпроводнику течет без всякого сопротивления.
Из атомов-бозонов ученым впервые удалось приготовить конденсат в 1995 году, охладив их в
