Большой шаг в сверхбезопасной квантовой связи благодаря новому источнику запутанности

Квантовая запутанность — это явление, при котором одна или несколько пар частиц образуют связанную систему и демонстрируют взаимозависимые квантовые состояния, независимо от расстояния между ними. Таким образом, между физическими свойствами этих частиц существует постоянная корреляция. Впервые этот принцип был экспериментально продемонстрирован Аленом Аспектом, Джоном Клаузером и Антоном Цайлингером, за что они были удостоены Нобелевской премии по физике в 2022 году. С тех пор это явление широко изучается с точки зрения его потенциального применения в передовых технологиях связи и визуализации. Однако получение достаточно стабильных для таких применений запутываний остается серьезной проблемой. "Сочетание высокой степени запутанности и высокой эффективности необходимо для таких интересных приложений, как квантовое распределение ключей или квантовые ретрансляторы, которые должны увеличить расстояние безопасной квантовой связи в глобальном масштабе или связать удаленные квантовые компьютеры", — объясняет Майкл Реймер в пресс-релизе Института квантовых вычислений (IQC) при Университете Ватерлоо (Бельгия). Чтобы преодолеть эту проблему, недавно были исследованы квантовые точки. Впервые их исследовали Мунги Бавенди, Луи Брус и Алексей Екимов, лауреаты Нобелевской премии по химии 2023 года. Они представляют собой кристаллические наноструктуры полупроводников, содержащие от нескольких сотен до нескольких тысяч атомов. Предполагается, что их структура обеспечивает достаточно высокий уровень конфайнмента, чтобы эффективно генерировать идеально запутанные фотоны. Однако и здесь возникает трудность, связанная с явлением, известным как "расщепление тонкой структуры". "Исторически системы квантовых точек сталкивались с проблемой, называемой расщеплением тонкой структуры, которая приводит к тому, что запутанное состояние осциллирует во времени. Это означает, что измерения, проводимые с помощью медленной системы детектирования, не позволяют измерить запутанность", — объясняет Маттео Пеннаккиетти (Matteo Pennacchietti), также исследователь из IQC. В своем новом исследовании, недавно опубликованном в журнале Communications Physics, Пеннаккиетти и его коллеги предлагают преодолеть эти две трудности одновременно с помощью новой системы квантовых точек. Они позволили получить практически идеальные пары запутанных фотонов. "Предыдущие эксперименты демонстрировали либо почти идеальную запутанность, либо высокую эффективность, но мы первыми выполнили оба эти требования с помощью квантовой точки", — говорит Реймер.

 В 65 раз эффективнее, чем предыдущие методы.

Для создания нового источника фотонной запутанности исследователи интегрировали квантовые точки на основе индия в нанопроволоки. Этот источник может генерировать запутанные пары фотонов по требованию с помощью лазеров. Затем они объединили квантовые точки с однофотонными детекторами высокого разрешения. В отличие от предыдущих методов обнаружения, это позволяет очень точно фиксировать время состояния запутанности в каждой точке, что делает возможным получение практически идеальных запутанностей. В лабораторных экспериментах новая система смогла генерировать пары фотонов с максимальным уровнем запутанности 98%. Полученная эффективность генерации в 65 раз выше, чем у предыдущих методик. Этот потенциал позволил создать источник запутанных фотонов для квантового распределения ключей (QKD*).

*QKD - это система для высокозащищенного обмена конфиденциальной информацией между двумя людьми, общающимися по общему каналу. Более конкретно, она позволяет двум людям генерировать и обмениваться секретными ключами, которые используются для шифрования и дешифрования сообщений. Поскольку система основана на квантовой механике, вторжение, вызвавшее аномалии, будет немедленно обнаружено.

Источник:

https://new-science.ru/na-solnce-obnaruzheno-radioizluchenie-pohozhee-na-planetarnye-polyarnye-siyaniya/

https://www.nature.com/articles/s42005-024-01547-3

Геркуланумские свитки (2000-летней давности) впервые расшифрованы благодаря искусственному интеллекту

Извержение Везувия в 79 г. н.э. не только "заморозило" во времени города Помпеи и Геркуланум, но и сохранило в смертельном объятии пепла и лавы библиотеку папирусных свитков в последнем городе, представляющую собой сокровищницу древних знаний, которые сейчас окаменели и недоступны. На протяжении столетий эти свитки, безмолвные свидетели ушедшей эпохи, не поддавались попыткам прочесть их, а их содержание оставалось загадкой из-за хрупкого, обугленного состояния. Однако благодаря международной инициативе удалось расшифровать одно слово из этих древних текстов: "πορφύραc" (пурпурный) - термин, связанный с пурпурной краской или одеждой, цвет, часто ассоциирующийся с королевской властью. В рамках проекта "Вызов Везувию" осуществляется стимулирование научных исследований и инноваций в области расшифровки геркуланумских свитков. Поддерживаемая инвесторами из Кремниевой долины, эта инициатива предлагает значительное денежное вознаграждение для стимулирования разработки инновационных методов, в частности, использующих машинное обучение, для извлечения и чтения текста на свитках без их физического повреждения. Брент Силс (Brent Seales) из Университета Кентукки и другие исследователи сыграли решающую роль в реализации этой инициативы, предоставив данные, код и методы в распоряжение общественности и научного сообщества с помощью онлайн-платформы. Это позволяет не только исследователям, но и гражданским ученым получить доступ к информации и внести свой вклад в этот грандиозный проект. Цель — создать среду сотрудничества, в которой разные умы и навыки могут объединиться для решения этой исторической и культурной загадки.

Геркуланумские свитки, обнаруженные в 1752 году, являются бесценным археологическим артефактом, позволяющим получить представление о культуре, философии и повседневной жизни Древнего Рима. Однако их хрупкое, обугленное состояние представляет значительную проблему с точки зрения консервации и чтения. Традиционные методы, такие как физическое разворачивание свитков или их разрезание с целью получения доступа к находящемуся внутри тексту, часто приводили к дальнейшим повреждениям, делая некоторые фрагменты текста невозможными для восстановления. Компьютерная томография (КТ) и алгоритмы машинного обучения стали технологическими решениями, позволяющими преодолеть эти препятствия. Компьютерная томография позволяет получать детальные изображения объектов в поперечном сечении, обеспечивая внутренний обзор без необходимости физического вмешательства в сам объект. С ее помощью были выявлены формы букв и слов, написанных углеродными чернилами, плотность которых несколько отличается от плотности окружающего обугленного папируса. Для анализа изображений, полученных с помощью томографии, используются алгоритмы машинного обучения. Люк Фарритор, студент Университета Небраски-Линкольна, разработал специальный алгоритм для обнаружения греческих букв на нескольких строках свернутого папируса. Он использовал тонкие, мелкомасштабные различия в текстуре поверхности для обучения нейронной сети и выделения чернил. Поэтому Брент Силз и его команда организовали конференцию и прямое включение в Великобритании, чтобы объявить о значительном прорыве: первой расшифровке целого слова. В своем заявлении Силз говорит: "Эти тексты были написаны человеческими руками в то время, когда зарождались мировые религии, еще господствовала Римская империя и многие части света были неизученными". Он добавляет: "Большая часть письменности этого периода была утрачена. Но сегодня геркуланумские письмена больше не потеряны". Греческие символы πορφύραc, означающие "пурпурный краситель" или "пурпурная одежда", входят в число многочисленных символов и строк текста, извлеченных участниками проекта Vesuvius Challenge Люком Фарритором и Юсефом Надером.

Действительно, вскоре после открытия Фарритора Надер, египетский аспирант по биоробототехнике в Берлине, самостоятельно обнаружил то же самое слово в той же самой области - с еще более четкими результатами. Он объясняет: "Мне потребовалось несколько дней, чтобы осознать это, потому что я не мог поверить своим глазам. Это было захватывающее зрелище — читать текст, который мы не понимали, но знали, что он был оставлен людьми тысячи лет назад. Это было как заглянуть в прошлое с помощью машины времени".

https://new-science.ru/gerkulanumskie-svitki-2000-letnej-davnosti-vpervye-rasshifrovany-blagodarya-iskusstvennomu-intellektu/

Ученые разработали препарат, имитирующий физические упражнения для снижения веса и сохранения мышц.

В связи с растущей распространенностью ожирения во всем мире — миллионы людей, некоторые из которых страдают от таких серьезных осложнений, как диабет и сердечно-сосудистые заболевания, — как никогда остро встает вопрос о поиске эффективных медицинских решений. Именно на этой основе был разработан экспериментальный препарат SLU-PP-332, имитирующий благотворное влияние физических упражнений на обмен веществ. Полученный в результате глубоких исследований, проведенных в Университете Флориды, он открывает новые перспективы в лечении ожирения и метаболических заболеваний. Первые испытания на мышах показали снижение веса и повышение выносливости, при этом аппетит и уровень физической активности не изменились, мышечная масса не уменьшилась и не сохранилась. Исследование опубликовано в журнале Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. Каков механизм действия этого чудо-средства? 

Улучшение чувствительности к инсулину и снижение содержания жира в организме особенно актуальны для лечения таких заболеваний, как ожирение и диабет 2-го типа, при которых часто нарушается регуляция углеводного и липидного обмена. Эти результаты дают надежду, особенно тем людям, чьи возможности заниматься спортом ограничены из-за имеющихся заболеваний или физических ограничений. Для таких людей препарат SLU-PP-332 может стать реальной альтернативой для улучшения метаболического здоровья, снижения массы тела и уменьшения риска развития заболеваний, связанных с ожирением, без ограничений и трудностей, связанных с регулярными физическими нагрузками. Более того, отмечает Беррис, этот препарат также обладает значительным потенциалом для сохранения мышечной массы, что является важнейшим фактором в таких процессах, как снижение веса и старение. Действительно, потеря мышечной массы является неизбежным следствием процессов старения и снижения веса. Он добавляет: "Это может позволить людям оставаться здоровыми с возрастом". В другой работе, которую лаборатория Берриса готовится опубликовать, исследователи обнаружили, что это соединение может также лечить сердечную недостаточность, укрепляя сердечную мышцу.

https://new-science.ru/uchenye-razrabotali-preparat-imitirujushhij-fizicheskie-uprazhneniya-dlya-snizheniya-vesa-i-sohraneniya-myshc/

Хаббл запечатлел необычную пару галактик Arp 107

Космический телескоп «Хаббл» запечатлел Arp 107 — пару галактик, находящихся в самом разгаре столкновения друг с другом. Галактика в левой части снимка относится к сейфертовским. Она обладает активным ядром галактики и невероятной яркостью. Большая галактика соединяется с меньшей через «мост» из пыли и газа. Все это столкновение разворачивается на расстоянии 465 млн световых лет от Земли.

Arp 107 входит в Атлас пекулярных галактик (Atlas of Peculiar Galaxies), куда входит уже 338 объектов. «Хаббл» сделал снимок пары как раз в рамках программы по изучению галактик из атласа, в целях которой указано формирование новых снимков объектов для предоставления общественности и обновления базы.

Ранее «Хаббл» сделал не менее зрелищный снимок. Космический телескоп запечатлел яркие взаимодействующие сейфертовские галактики, получившие обозначение AM 1214-255. Их яркость обусловлена процессами с выделением большого количества энергии, проходящими в их активных ядрах. А в апреле этого года космический телескоп «Джеймс Уэбб» запечатлел мощное слияние галактик, начавшееся около 700 млн лет назад и вызвавшее огромный всплеск звёздообразования.

В Нидерландах предложили уничтожать насекомых-вредителей в теплицах с помощью мини-дронов, инфракрасных камер и ИИ

В Нидерландах инженеры Вагенингенского университета построили систему PATS, которая будет уничтожать насекомых в теплицах. Для обнаружения вредителей используются инфракрасные камеры, расположенные по всей теплице, а на ликвидацию отправляются миниатюрные дроны.

Изображение с камер обрабатывает обученная нейросеть, она обнаруживает насекомых в воздухе, идентифицирует их по размеру и частоте взмахов крыльев и, если это представитель полезного вида, например, пчела, система на него не реагирует. В противном случае в дело вступают миниатюрные дроны, которые базируются на площадке с беспроводной зарядкой. Дрон отправляется к вредителю и просто таранит его, перерубая своими винтами.

Система обнаружения уже используется на 250 объектах по всей Европе и пока она просто информирует клиентов о появлении насекомых. А система с дронами проходит испытания, первые поставки должны начаться уже в этом году.

Появился снимок Млечного Пути, сделанный при помощи "частиц-призраков".

Ученые впервые в истории сделали «фотографию» Млечного Пути с помощью нейтрино — «частиц-призраков», сообщила пресс-служба Висконсинского астрофизического центра IceCube.

«Наблюдения при помощи данного типа частиц вместо электромагнитных волн стали большим шагом вперед в развитии астрономии. Дальнейшее развитие нейтринной астрономии даст нам возможность наблюдать за Вселенной при помощи совершенно нового типа наблюдательных приборов», — приводит ТАСС слова профессор Университета Дрекселя в Филадельфии Игнацио Табоада.

Астрофизики использовали для создания снимка антарктический детектор нейтрино IceCube. Они разработали алгоритм, который помог реконструировать точные траектории движения свыше 60 тысяч нейтрино, зарегистрированных детектором в течение 10 лет.

Используя эти данные, ученые построили трехмерную карту движения нейтрино через космос и сопоставили ее с тем, где предположительно находятся возможные источники частиц. Это сопоставление позволило создать первый нейтринный снимок Галактики.

Обнаружено рентгеновское эхо излучения, испущенного Стрельцом A* 200 лет назад.

Международная группа ученых обнаружила, что Стрелец A* (Sgr A*), сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути, ненадолго пробудилась после длительного периода покоя около 200 лет назад.

Команда, возглавляемая Фредериком Марином, исследователем CNRS из Астрономической Страсбургской обсерватории (CNRS /Страсбургский университет), обнаружила прошлое пробуждение этого гигантского объекта, который в четыре миллиона раз массивнее Солнца. Их работа была опубликована в журнале Nature 21 июня.

В начале 19-го века в течение одного года черная дыра поглощала космические объекты, которые подходили к ней слишком близко, прежде чем снова вошла в состояние покоя. На Земле никакого эффекта не ощущалось, так как расстояние между Sgr A* и нашей планетой слишком велико (примерно в 2 миллиарда раз больше расстояния от Земли до Солнца). Однако обнаруженное рентгеновское эхо, которое было испущено около 200 лет назад, показывает, что первоначальная интенсивность была по меньшей мере в миллион раз больше, чем та, которую в настоящее время излучает Sgr A*.

Эти результаты объясняют, почему галактические молекулярные облака вблизи Sgr A* сияют так ярко: они отражают рентгеновские лучи, испущенные Sgr A* 200 лет назад.

Для проведения своих исследований ученые использовали спутник НАСА IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer), который впервые смог с большой точностью определить поляризацию этого рентгеновского излучения, а также определить его источник, что ранее оказалось невозможным. Подобно компасу, поляризованный рентгеновский луч указывает прямо на свой источник, Sgr A*, хотя последний в настоящее время практически исчез. Ученые продолжают свою работу над Sgr A*, пытаясь определить физические механизмы, необходимые для перехода черной дыры из состояния покоя в активное.

https://aboutspacejornal.net/2023/06/22/астрономы-обнаружили-рентгеновское/