Журнал «Компьютерра» № 22 от 12 июня 2007 года
Шрифт:
Важные результаты, обещающие сделать реальными квантовые вычисления при комнатной температуре, получили физики из Гарвардского университета. Ученым удалось реализовать кубит, оперируя спином ядра атома изотопа углерода-13 в кристаллической решетке алмаза и продемонстрировать его великолепные характеристики.
Как известно, главная проблема на пути создания квантовых компьютеров в том, что нежная квантовая информация быстро разрушается тепловым шумом физического окружения. В лучшем случае информацию удается сохранять несколько тысячных долей секунды, а этого времени слишком мало, чтобы выполнять серьезные вычисления. Чтобы уменьшить влияние тепловых шумов, кубиты охлаждают до низких температур и стараются как можно лучше изолировать от окружения. Но необходимость охлаждения резко осложняет практическое использование
Но, тем не менее, одну из хитрых лазеек удалось отыскать в Гарварде. Ученые работали в этом направлении уже несколько лет и, наконец, их труды увенчались успехом. Для реализации кубита был выбран спин ядра атома изотопа углерода-13 в кристаллической решетке алмаза, которая состоит из ядер обычного углерода-12. Тяжелое ядро атома слабо взаимодействует со своим окружением, и квантовое состояние такого кубита очень стабильно и при комнатной температуре. Оно может сохраняться целую секунду, что на несколько порядков больше обычных параметров. Но как же им манипулировать и как считывать с него информацию? В обычных реализациях кубитов с помощью ядерного магнитного резонанса для этого требуется много миллиардов ядер. Но здесь рядом с атомом углерода-13 ученые поместили примесь – атом азота с одним дополнительным, по сравнению с углеродом, электроном. Спины ядра и рядом расположенного лишнего электрона оказываются тесно связаны и могут обмениваться своими квантовыми состояниями при подходящем внешнем воздействии. Спином легкого электрона нетрудно управлять с помощью электромагнитного поля оптической и радиочастоты. И в то же время ядро и электрон можно надежно изолировать друг от друга, превратив ядро в ячейку квантовой памяти, и даже продолжать при этом измерять состояние электрона.
Авторам удалось продемонстрировать, что несколько таких кубит можно оптическими методами заставить взаимодействовать, то есть «запутать» друг с другом, наращивая вычислительную мощь квантовой ячейки. Пока нет данных, позволяющих сказать, сколько всего алмазных кубит удастся одновременно реализовать при комнатной температуре и как они будут выглядеть по сравнению с рекордными результатами при низкой температуре, но прогнозы авторов весьма оптимистичны. ГА
Удивительные предсказания о последствиях слияния массивных черных дыр удалось сделать недавно сразу нескольким независимым научным группам астрофизиков. Благодаря новым компьютерным расчетам показано, что черные дыры могут «выстреливаться» из столкнувшихся галактик с гигантской скоростью до четырех тысяч километров в секунду.
Согласно современным астрономическим представлениям, в центре галактик обычно находятся массивные черные дыры. А что произойдет, если две галактики, блуждающие во вселенной, столкнутся так, что их центральные черные дыры сольются? Теория предсказывает, что в этой ужасной катастрофе пространство и время могут искривиться так сильно, что во вселенную выплеснется мощнейший импульс гравитационных волн, которые, однако, и волнами назвать трудно. За ними закрепился термин гравитационное излучение. Каким будет это гравитационное излучение, зависит от масс столкнувшихся черных дыр, их взаимных скоростей и от того, как они вращались до столкновения. Иногда это гравитационное излучение может сконцентрироваться в одном направлении, и в этом случае слившиеся дыры получат мощный толчок в противоположную сторону.
Рассчитать процесс слияния черных дыр ученые пытаются, начиная с шестидесятых годов. Однако долгое время сложность нелинейных уравнений общей теории относительности не позволяла сделать достаточно подробные трехмерные модели. И лишь за последние пару лет новые вычислительные методы и возросшая мощь суперкомпьютеров помогли сдвинуться с мертвой точки.
Сначала сразу несколько научных групп независимо пришли к выводу, что толчок будет самым сильным, если столкнутся черные дыры с примерно одинаковой массой, которые быстро вращаются в противоположном направлении вокруг своих осей, перпендикулярных плоскости их взаимного вращения. В этом случае слившаяся черная дыра может достичь скорости в пятьсот километров в секунду и останется в своей галактике. Однако позже астрофизики из Рочестерского технологического института в штате Нью-Йорк предположили, что толчок будет даже сильнее, если оси вращения дыр будут параллельны, а не перпендикулярны плоскости их вращения. Проверяя эту гипотезу, астрофизики из Йенского университета в Германии получили в расчетах скорость более 2500 км/с. А авторы гипотезы независимо вычислили, что в случае быстрого вращения дыр и оптимальных углов скорость «выстрела» может достичь 4000 км/с.
Это в корне меняет дело. Таких скоростей уже достаточно, чтобы дыра вылетела из своей галактики и отправилась в разрушительное путешествие по вселенной, поглощая все на своем пути. Хуже того, этот массивный снаряд невидим. Лишь в галактиках некоторых типов с большим количеством межзвездного газа этот газ будет захвачен черной дырой и, падая на нее, образует светящийся диск, в котором молекулы разогнаны почти до скорости света. Согласно оценкам, это свечение будет наблюдаться около 10 млн. лет, пока весь газ не будет «съеден» дырой, которая за это время пролетит примерно треть характерного галактического диаметра.
К счастью, такие блуждающие черные дыры явление крайне редкое. Если, конечно, они вообще существуют. Но некоторые слабые шансы обнаружить улетающую от галактики черную дыру у астрономов, теоретически, все же есть. И если удача им улыбнется, такое нетривиальное предсказание общей теории относительности станет серьезным триумфом науки. ГА
Правительство России приняло постановление (№332 от 28 мая 2007 г.) "О порядке утверждения и проверки хода реализации проектов, осуществляемых в соответствии со статьей 6 Киотского протокола к Рамочной конвенции ООН об изменении климата". Речь идет о покупке квот на выбросы углекислоты иностранными производителями – самом одиозном из предусмотренных протоколом механизме. Своей очереди дожидаются заявки на 0,4 млрд. евро. Вот разработаем к сентябрю типовые договоры, и можно будет получать деньги за вред атмосфере, который не причинила Россия, но причинят другие страны…
Пока пишутся официальные бумаги, близится время завершения действия самого протокола, рассчитанного до 2012 года. В Бонне прошли переговоры представителей 191 страны-участницы Рамочной конвенции. Новые международные соглашения, которые придут на смену действующим, принимать придется очень скоро – на декабрьской конференции, местом проведения которой станет остров Бали (Индонезия). Каким будет это соглашение? Вроде бы понятно, что человечеству следует не ограничивать рост выбросов, а добиться их снижения. Увы, единодушия представителей разных стран не предвидится. Например, Китай отказался брать на себя какие-либо количественные обязательства, тормозящие его экономический рост. Нет твердой уверенности в правильности избранного пути и у таких стран, как США и Россия. Европа бьет тревогу? Вот пусть она и тормозит свой экономический рост! И Америке, и России окончательно не ясно, насколько важна задача сокращения выбросов.
Охлаждать страсти взялись столь разные персоны, как директор Института глобального климата и экологии Росгидромета и РАН академик Юрий Израэль и директор американского Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства Майкл Гриффин. Израэль признал важность противодействия процессу, который может уничтожить 20–30% видов фауны и привести к затоплению значительных территорий, но разъяснил, что углекислый газ атмосферы является важным ресурсом и увеличение его количества не обязательно воспринимать трагически. Ну, в крайнем случае, будем распылять в верхних слоях атмосферы аэрозоли, которые задержат часть солнечного излучения. Например, весьма удачными в этой роли могут оказаться мелкие капельки серной кислоты, и не так уж много ее понадобится…
Еще конкретнее позиция Гриффина. Он сказал, что климат менялся на протяжении миллионов лет истории Земли и пытаться сохранить нынешнее состояние атмосферы – эгоизм и самонадеянность. Собственно, что еще говорить представителю организации, которая значительно сократила расходы на исследование долгосрочных изменений климата? Вместо запланированных шести запусков климатических спутников NASA осуществит четыре – столько, сколько достаточно для составления прогнозов погоды, но мало для мониторинга состояния ледников, состава атмосферы и прочих важных для долгосрочной перспективы параметров.