Край Будущего

Исследователи из Университета науки и технологий Китая и Шанхайской лаборатории искусственного интеллекта разработали новый протокол, использующий искусственный интеллект для объединения тысяч атомов в упорядоченные массивы без дефектов. Этот подход, описанный в статье, опубликованной в Physical Review Letters, позволяет быстро корректировать массивы в режиме реального времени с помощью голограмм, которые проецируются с использованием пространственного модулятора и алгоритмов ИИ.

Профессор Чао-Ян Лу, соавтор статьи, отметил, что интерес к массивам нейтральных атомов возник из желания реализовать мысленный эксперимент Эйнштейна. Исследование направлено на объединение методов ИИ и квантовой физики для решения проблемы создания атомных массивов. Главный исследователь, доктор Хан-Сен Чжун, разработал систему, управляемую ИИ, которая планирует одновременное перемещение всех атомов в оптическом пинцете.

В экспериментах команда использовала высокоскоростной пространственный модулятор света для создания оптической матрицы пинцета. Модель ИИ рассчитывает голограммы для перестановки атомов в реальном времени, что позволяет перемещать все атомы одновременно. Исследователи продемонстрировали сборку бездефектных 2D и 3D массивов, содержащих до 2024 атомов, всего за 60 миллисекунд, при этом время обработки остается постоянным независимо от размера массива.

Метод включает анализ случайно загруженных массивов атомов и вычисление оптимального пути к целевым участкам, что обеспечивает высокий уровень параллелизма и быструю производительность. Это отличает их подход от предыдущих методов, где атомы перемещались последовательно.

Данное исследование открывает новые возможности для реализации квантовых систем, состоящих из бездефектных массивов атомов, что может быть использовано для надежного выполнения квантового моделирования и вычислений. Следующей целью команды является демонстрация квантовой коррекции ошибок и отказоустойчивых квантовых вычислений на основе атомарных кубитов.

Мафусаил имеет массу примерно в 2.5 раза больше массы Юпитера, что классифицирует её как газовый гигант. Планета находится на расстоянии около 12 400 световых лет от Земли в шаровом звёздном скоплении M4, расположенном в созвездии Скорпиона.

Она вращается вокруг двойной звёздной системы, состоящей из пульсара (PSR B1620-26) и белого карлика. Пульсар — это нейтронная звезда, оставшаяся после взрыва сверхновой, обладающая высокой плотностью и вращающаяся с большой скоростью, испуская регулярные импульсы радиоизлучения. Вторая звезда в системе — это остаток звезды, подобной нашему Солнцу, которая исчерпала своё топливо и сбросила свои внешние оболочки.

Система имеет бурное прошлое. Планета, вероятно, образовалась вокруг звезды, похожей на Солнце, которая затем превратилась в белый карлик. В результате гравитационного взаимодействия с проходящей нейтронной звездой, система стала двойной, что вызвало значительные гравитационные изменения. Звезда-хозяин планеты взорвалась, оставив после себя белый карлик, но планета чудом выжила и осталась на орбите.

На планете царит ледяной холод из-за недостатка энергии от мёртвых звёзд. Атмосфера, вероятно, состоит в основном из водорода и гелия, с примесями углеводородов, что может придавать ей глубокие синие и фиолетовые оттенки.

Мафусаил является важным объектом для изучения, поскольку она доказывает, что планеты могут формироваться очень рано в истории Вселенной и могут переживать катаклизмы, что открывает новые горизонты для понимания формирования планетарных систем. Эта планета является уникальным примером устойчивости и выживания в условиях, которые, казалось бы, не оставляют шансов на существование.

Четыре с половиной миллиарда лет назад Юпитер быстро увеличился в размерах, нарушив орбиты планетезималей — малых скалистых и ледяных тел, что привело к их столкновениям. Эти удары расплавили камни и пыль, образовав капли расплавленной породы, или хондры, которые сохранились в метеоритах.

Исследователи из Университета Нагои и Итальянского национального института астрофизики (INAF) впервые определили, как образовались эти капли, и датировали образование Юпитера. Их работа, опубликованная в журнале Scientific Reports, показывает, что характеристики хондр зависят от содержания воды в планетезималях, что объясняет наблюдаемые в метеоритах образцы и подтверждает, что образование хондр связано с формированием планет.

Хондры — небольшие сферы диаметром 0,1–2 миллиметра, образовавшиеся в процессе формирования Солнечной системы. Миллиарды лет спустя они стали частью метеоритов, упавших на Землю. Как хондры приобрели круглую форму, оставалось загадкой до недавнего времени.

Соавтор исследования, профессор Син-ити Сироно, объяснил, что при столкновениях планетезималей вода превращалась в пар, создавая маленькие взрывы, которые разбивали расплавленную породу на капельки. Эта модель формирования хондр требует условий, существовавших в ранней Солнечной системе, когда образовался Юпитер.

Исследователи смоделировали процесс роста Юпитера и изучили, как его гравитация вызывала столкновения между водяными планетезималями. Сравнив характеристики смоделированных хондр с данными о метеоритах, они обнаружили, что модель генерирует реалистичные хондры. Образование хондр совпадает с интенсивным накоплением газа Юпитером, и, согласно данным, пик их формирования произошел через 1,8 миллиона лет после образования Солнечной системы, что соответствует времени рождения Юпитера.

Несмотря на это, образование хондр, связанное с Юпитером, не объясняет разнообразие возрастов хондр в метеоритах. Вероятно, другие гигантские планеты, такие как Сатурн, также способствовали образованию хондр.

Изучая хондры разных возрастов, ученые могут определить порядок формирования планет и понять развитие нашей Солнечной системы. Исследование также предполагает, что подобные процессы могут происходить вокруг других звезд, что дает представление о развитии других планетных систем.

Таргетные ковалентные ингибиторы (TCI) представляют собой многообещающий класс препаратов для лечения различных заболеваний, включая рак легких и COVID-19. Эти низкомолекулярные соединения образуют ковалентные связи с белками-мишенями, что позволяет им эффективно подавлять их активность.

Ключевым показателем для TCI является коэффициент эффективности инактивации, который указывает на скорость связывания с мишенью. Однако новое исследование Университета в Буффало показало, что слишком высокая скорость связывания может снижать общую эффективность препарата. По мере увеличения скорости связывания эффективность TCI начинает падать, что делает время связывания менее надежным показателем перспективности препарата.

Исследование, опубликованное в журнале Journal of Medicinal Chemistry, акцентирует внимание на необходимости балансировки эффективности инактивации с другими параметрами. Ведущий автор, доктор философии Дэвид Хеппнер, подчеркивает, что следование только показателю эффективности инактивации может привести к выбору неэффективных соединений.

Команда исследователей протестировала 14 молекул на их способность воздействовать на рецептор эпидермального фактора роста (EGFR), который участвует в клеточном росте и может быть мутирован при раке. Они обнаружили, что, хотя TCI становятся более эффективными при увеличении скорости связывания, после достижения определённого порога это больше не коррелирует с улучшением клеточных эффектов.

Исследователи предлагают двухэтапный процесс разработки, который сначала сосредоточен на повышении эффективности инактивации, а затем учитывает такие параметры, как селективность к мишеням. Это позволит разработчикам лекарств более точно оценивать перспективные соединения.

Таким образом, исследование подчеркивает важность комплексного подхода в разработке TCI, чтобы избежать потенциальных ловушек, связанных с излишним акцентом на скорости связывания.

Органическая химия, изучающая соединения углерода, составляет основу жизни на Земле. Однако металлы также играют важнейшую роль во многих биохимических процессах. Для объединения атомов тяжелых металлов с органическими соединениями природа использует особые структуры — порфирины. Эти молекулы образуют органическое кольцо, способное удерживать в центре ионы металлов, таких как железо, кобальт или магний.

Порфириновый каркас лежит в основе гемоглобина в крови человека, хлорофилла в растениях и многих ферментов. В зависимости от типа металла в центре молекулы, свойства соединений могут значительно варьироваться. Ученые давно стремятся использовать эту функциональность порфиринов, в том числе в молекулярной электронике.

Исследователям из лаборатории nanotech@surfaces компании Empa в сотрудничестве с химиками из Института исследований полимеров Макса Планка удалось решить ключевую задачу — соединить отдельные молекулы порфиринов с графеновыми нановолокнами точным и контролируемым способом.

Графеновые нановолокна представляют собой узкие полосы графена. Их свойства, включая проводимость и магнетизм, зависят от ширины и формы краев. Исследователи использовали ленту шириной 1 нанометр с зигзагообразными краями в качестве молекулярного провода. Вдоль этих краев молекулы порфирина располагаются через равные промежутки, чередуясь по сторонам ленты.

«Наша графеновая лента обладает особым типом магнетизма благодаря своей зигзагообразной структуре», — объясняет Фейфэй Сян, ведущий автор исследования. Атомы металла в порфиринах, в свою очередь, обладают традиционными магнитными свойствами. Разница заключается в электронах, которые обеспечивают спин — основу магнетизма.

«Благодаря соединению порфиринов с графеновой основой нам удалось объединить оба типа магнетизма в единую систему», — говорит соавтор работы Оливер Гренинг.

Это достижение открывает новые возможности в молекулярной электронике. Графеновая лента служит одновременно электрическим и магнитным проводником, выполняя роль наноразмерного «кабеля» между молекулами порфирина. Такой коррелированный магнетизм особенно перспективен для квантовых технологий, где спин выступает в качестве носителя информации.

Кроме того, порфирины являются оптически активными структурами, что позволяет взаимодействовать с электронными и магнитными свойствами системы с помощью света. Они могут излучать свет, длина волны которого изменяется в зависимости от магнитного состояния всей молекулярной цепочки. Обратный процесс также возможен: возбуждение порфиринов светом влияет на проводимость и магнетизм графеновой основы.

Синтез таких структур — сложный процесс. Молекулы-предшественники, состоящие из порфириновой сердцевины и углеродных колец, синтезируются химиками, а затем подвергаются термической обработке в условиях сверхвысокого вакуума. Золотая поверхность служит основой для формирования точных наноструктур.

В настоящее время команда работает над применением этих материалов в будущих квантовых технологиях, исследуя различные металлические центры в порфиринах и расширяя графеновую основу для создания универсальных электронных систем.

Высокочувствительный квантовый датчик из Йены преодолел почти 9000 километров: он был доставлен на грузовике до Гамбурга, затем на корабле через Атлантику и, наконец, по суше до Вассураса в Бразилии.

В кампусе Национальной обсерватории исследователи из Института фотонных технологий имени Лейбница (Leibniz-IPHT) в Йене совместно с бразильскими партнерами установили новую измерительную станцию. Эта станция является частью глобального проекта GNOME, который нацелен на решение одной из величайших нерешенных загадок современной физики — природы темной материи.

Темная материя не может быть обнаружена с помощью традиционных методов измерения, однако ее влияние на движение галактик и структуру космоса очевидно. Понимание ее природы остается одной из ключевых задач в физике.

Международная коллаборация GNOME (Глобальная сеть оптических магнитометров для поиска в экзотической физике) занимается поиском признаков гипотетических частиц, таких как аксионы, которые могут взаимодействовать с атомами в магнитометрах.

"Наша станция основана на магнитометре с оптической накачкой, который использует лазерный луч для перевода атомов цезия в определенные квантовые состояния," — объясняет доктор Тео Шолтес, физик из Лейбниц-ИПХТ. "Если это состояние изменится, например, под воздействием поля темной материи, мы сможем измерить это с высокой точностью."

Технология датчика, включающая магнитное экранирование, лазерную стабилизацию и системное управление, была разработана, изготовлена и протестирована в лаборатории Лейбница в Йене.

Новая станция GNOME в Бразилии стала первой постоянно действующей станцией сети в Южном полушарии. Это расширение географии имеет особое значение для проекта. "С установкой станции в Вассурасе мы улучшаем нашу способность триангулировать потенциальные события, что позволяет более точно определять их источник, сравнивая сигналы с нескольких станций. Это похоже на метод обнаружения гравитационных волн," — добавляет Тео Шолтес.