Физика микромира: итоги 2015 года

С Новым Годом, уважаемые читатели! Представляем вашему вниманию обзор достижений физики микромира, случившихся за прошедший год. Так как за это время произошло огромное количество интереснейших открытий и свершений, мы не будем подробно рассказывать о каждом из них и попытаемся охватить лишь важнейшие (на наш скромный взгляд). Почитать подробнее о них вы сможете по приложенным ссылкам.

Начнем с общего любимца - графена.

В 2015 году из него научились делать сразу несколько полезных устройств:

А еще исследователи наблюдали в графене сверхпроводимость и измерили спиновое состояние отдельного атома металла на слое графена!

Биосенсор на основе графена. Источник: http://actu.epfl.ch/news/a-graphenebased-sensor-that-is-tunable-and-highly-/

Метаматериалы

Не отставали ученые и в области метаматериалов (искусственно созданных структур с заданными свойствами):

  • Плащ-невидимка, работающий в видимом диапазоне света: http://makeitquantum.ru/invisibility-cloak
  • Метаматериал из спиральных элементов, способный поглощать электромагнитные волны в очень узком диапазоне: https://vk.com/wall-75841519_1009
  • "Метазеркало", работающее в микроволновом диапазоне и способное отражать падающее излучение произвольным образом: https://vk.com/wall-45909075_1728
  • Трехмерный метаматериал из миниатюрных сверхпроводящих спиралек, который можно использовать для изготовления настраиваемых эффективных радиоантенн: https://vk.com/wall-75841519_688

Плащ-невидимка, работающий в видимом диапазоне света! Источник: Xingjie Ni et al., DOI: 10.1126/science.aac9411

Сверхпроводящие кубиты

Сверхпроводящие кубиты не уставали удивлять нас новыми открытиями и прорывами. На сегодняшний день исследователи очень близки к созданию первых полноценных квантовых процессоров. Одним из первых шагов на пути к этому стала демонстрация квантовых алгоритмов коррекции ошибок на 9-ти кубитах, что в перспективе позволит поддерживать заданное квантовое состояние кубитов неограниченно долго. В другой интересной работе, проделанной этой же научной группой, была показана возможность цифровой симуляции сложных физических систем с помощью сверхпроводящих кубитов.

Широкий общественный резонанс вызвало создание первого российского сверхпроводящего кубита коллаборацией ученых из МФТИ, МИСиС и ИФТТ. Подробнее об этом можно прочитать здесь: http://makeitquantum.ru/first-russian-qubit/. Это событие ознаменовало серьезный шаг по освоению технологий нанофабрикации в России, а потому было награждено престижной премией "Сделано в России":  https://mipt.ru/science/labs/artificial_quantum_systems_lab/novosti.php (новость от 28 сентября)

Несколько лет назад была предложена трехмерная архитектура для сверхпроводящих кубитов, которая обеспечила им особенно долгое время жизни. Теперь же японские ученые воспользовались этой архитектурой, чтобы связать сверхпроводящий кубит с магноном. А исследователи из Национального института стандартов и технологий в США смогли "увидеть" квантовомеханические флуктуации механического осциллятора с помощью сверхпроводящего кубита!

Тем временем, другая группа известных физиков предложила использовать звуковые волны для соединения отдельных кубитов и их общения между собой. И в нескольких лабораториях по всему миру в данный момент исследователи работают над этой новой областью "квантовой акустики". А еще две исследовательские группы из Нидерландов и Дании создали "смешанный" тип кубитов из сверхпроводников и полупроводниковой нанопроволоки!

Отдельно можно отметить работу ученых из Технологического Университета Чалмерс, которые смогли продлить время жизни сверхпроводящего кубита в 10 раз, просто поместив перед ним специальное "зеркало", и создание сверхчувствительного термометра на туннельном контакте.

Зеркало продлевает жизнь сверхпроводящим кубитам! Источник: http://www.chalmers.se/en/departments/mc2/news/Pages/Chalmers-researchers-extend-the-lifetime-of-atoms-using-a-mirror.aspx

Альтернативные виды кубитов

Параллельно со сверхпроводящими кубитами быстрыми темпами развивались и другие виды кубитов. Например, ученые создали кубит на тройной квантовой точке с использованием очищенного изотопа кремния и продемонстрировали двухкубитные квантовые операции на кремниевом чипе, а связанные кубиты на фотонах и атомах приблизили создание "квантовых сетей".  Существенно улучшались и методы манипулирования отельными квантовыми объектами - так исследователи научились управлять отдельными атомами в трехмерной оптической решетке и использовать их в качестве кубитов. Продолжает экспериментально развиваться и идея использования связанных майорановских состояний в качестве новой платформы для создания квантового компьютера.

Еще один вид кубитов, теоретически предложенных достаточно давно, наконец получил свое воплощение в потрясающем эксперименте! Речь идет об электронах на поверхности сверхтекучего гелия, которые ученые смогли связать со сверхпроводящим резонатором!

Электроны на поверхности гелия, связанные со сверхпроводящим резонатором. Источник: http://arxiv.org/abs/1508.04847

 

Контроль над микромиром

Под конец, мы хотели бы упомянуть несколько потрясающих экспериментов, которые продемонстрировали потрясающий прогресс в возможностях ученых контролировать объекты микромира:

Обзор некоторых других событий из мира физики можно прочитать здесь: http://geektimes.ru/post/268420/

Надеемся, наш обзор вам понравился!
Будем рады, если вы расскажете о нем в соцсетях или поддержите наш проект!

А в наступившем году мы будем продолжать радовать вас самыми интересными новостями из мира современной физики!