donmigel_62: (кот - учёный)
*Загадка наблюдателя:* 5 знаменитых квантовых экспериментов

© Edward Blake Edwards

Просто о сложном

Загадка наблюдателя: 5 знаменитых квантовых экспериментов

Никто в мире не понимает квантовую механику — это главное, что нужно о ней знать. Да, многие физики научились пользоваться ее законами и даже предсказывать явления по квантовым расчетам. Но до сих пор непонятно, почему присутствие наблюдателя определяет судьбу системы и заставляет ее сделать выбор в пользу одного состояния. В статье подобрали примеры экспериментов, на исход которых неминуемо влияет наблюдатель, и попытались разобраться, что квантовая механика собирается делать с таким вмешательством сознания в материальную реальность.




Кот Шредингера

Сегодня существует множество интерпретаций квантовой механики, самой популярной среди которых остается копенгагенская. Ее главные положения в 1920-х годах сформулировали Нильс Бор и Вернер Гейзенберг. А центральным термином копенгагенской интерпретации стала волновая функция — математическая функция, заключающая в себе информацию обо всех возможных состояниях квантовой системы, в которых она одновременно пребывает.

По копенгагенской интерпретации, доподлинно определить состояние системы, выделить его среди остальных может только наблюдение (волновая функция только помогает математически рассчитать вероятность обнаружить систему в том или ином состоянии). Можно сказать, что после наблюдения квантовая система становится классической: мгновенно перестает сосуществовать сразу во многих состояниях в пользу одного из них.

У такого подхода всегда были противники (вспомнить хотя бы «Бог не играет в кости» Альберта Эйнштейна), но точность расчетов и предсказаний брала свое. Впрочем, в последнее время сторонников копенгагенской интерпретации становится все меньше и не последняя причина тому — тот самый загадочный мгновенный коллапс волновой функции при измерении. Знаменитый мысленный эксперимент Эрвина Шредингера с бедолагой-котом как раз был призван показать абсурдность этого явления.

Итак, напоминаем содержание эксперимента. В черный ящик помещают живого кота, ампулу с ядом и некий механизм, который может в случайный момент пустить яд в действие. Например, один радиоактивный атом, при распаде которого разобьется ампула. Точное время распада атома неизвестно. Известен лишь период полураспада: время, за которое распад произойдет с вероятностью 50%.

Получается, что для внешнего наблюдателя кот внутри ящика существует сразу в двух состояниях: он либо жив, если все идет нормально, либо мертв, если распад произошел и ампула разбилась. Оба этих состояния описывает волновая функция кота, которая меняется с течением времени: чем дальше, тем больше вероятность, что радиоактивный распад уже случился. Но как только ящик открывается, волновая функция коллапсирует и мы сразу видим исход живодерского эксперимента.

Выходит, пока наблюдатель не откроет ящик, кот так и будет вечно балансировать на границе между жизнью и смертью, а определит его участь только действие наблюдателя. Вот абсурд, на который указывал Шредингер.

Дифракция электронов

По опросу крупнейших физиков, проведенному газетой The New York Times, опыт с дифракцией электронов, поставленный в 1961 году Клаусом Йенсоном, стал одним из красивейших в истории науки. В чем его суть?

Есть источник, излучающий поток электронов в сторону экрана-фотопластинки. И есть преграда на пути этих электронов — медная пластинка с двумя щелями. Какой картины на экране можно ожидать, если представлять электроны просто маленькими заряженными шариками? Двух засвеченных полос напротив щелей.

В действительности на экране появляется гораздо более сложный узор из чередующихся черных и белых полос. Дело в том, что при прохождении через щели электроны начинают вести себя не как частицы, а как волны (подобно тому, как и фотоны, частицы света, одновременно могут быть и волнами). Потом эти волны взаимодействуют в пространстве, где-то ослабляя, а где-то усиливая друг друга, и в результате на экране появляется сложная картина из чередующихся светлых и темных полос.

При этом результат эксперимента не меняется, и если пускать электроны через щель не сплошным потоком, а поодиночке, даже одна частица может быть одновременно и волной. Даже один электрон может одновременно пройти через две щели (и это еще одно из важных положений копенгагенской интерпретации квантовой механики — объекты могут одновременно проявлять и свои «привычные» материальные свойства, и экзотические волновые).

Но при чем здесь наблюдатель? При том, что с ним и без того запутанная история стала еще сложнее. Когда в подобных экспериментах физики попытались зафиксировать с помощью приборов, через какую щель в действительности проходит электрон, картинка на экране резко поменялась и стала «классической»: два засвеченных участка напротив щелей и никаких чередующихся полос.

Электроны будто не захотели проявлять свою волновую природу под пристальным взором наблюдателя. Подстроились под его инстинктивное желание увидеть простую и понятную картинку. Мистика? Есть и куда более простое объяснение: никакое наблюдение за системой нельзя провести без физического воздействия на нее. Но к этому вернемся еще чуть позже.

Нагретый фуллерен

Опыты по дифракции частиц ставили не только на электронах, но и на куда больших объектах. Например, фуллеренах — крупных, замкнутых молекулах, составленных из десятков атомов углерода (так, фуллерен из шестидесяти атомов углерода по форме очень похож на футбольный мяч: полую сферу, сшитую из пяти- и шестиугольников).

Недавно группа из Венского университета во главе с профессором Цайлингером попыталась внести элемент наблюдения в подобные опыты. Для этого они облучали движущиеся молекулы фуллерена лазерным лучом. После, нагретые внешним воздействием, молекулы начинали светиться и тем неминуемо обнаруживали для наблюдателя свое место в пространстве.

Вместе с таким нововведением поменялось и поведение молекул. До начала тотальной слежки фуллерены вполне успешно огибали препятствия (проявляли волновые свойства) подобно электронам из прошлого примера, проходящим сквозь непрозрачный экран. Но позже, с появлением наблюдателя, фуллерены успокоились и стали вести себя как вполне законопослушные частицы материи.

Охлаждающее измерение

Одним из самых известных законов квантового мира является принцип неопределенности Гейзенберга: невозможно одновременно установить положение и скорость квантового объекта. Чем точнее измеряем импульс частицы, тем менее точно можно измерить ее положение. Но действие квантовых законов, работающих на уровне крошечных частиц, обычно незаметно в нашем мире больших макрообъектов.

Потому тем ценнее недавние эксперименты группы профессора Шваба из США, в которых квантовые эффекты продемонстрировали не на уровне тех же электронов или молекул фуллерена (их характерный диаметр — около 1 нм), а на чуть более ощутимом объекте — крошечной алюминиевой полоске.

Эту полоску закрепили с обеих сторон так, чтобы ее середина была в подвешенном состоянии и могла вибрировать под внешним воздействием. Кроме того, рядом с полоской находился прибор, способный с высокой точностью регистрировать ее положение.

В результате экспериментаторы обнаружили два интересных эффекта. Во-первых, любое измерение положения объекта, наблюдение за полоской не проходило для нее бесследно — после каждого измерения положение полоски менялось. Грубо говоря, экспериментаторы с большой точностью определяли координаты полоски и тем самым, по принципу Гейзенберга, меняли ее скорость, а значит и последующее положение.

Во-вторых, что уже совсем неожиданно, некоторые измерения еще и приводили к охлаждению полоски. Получается, наблюдатель может лишь одним своим присутствием менять физические характеристики объектов. Звучит совсем невероятно, но к чести физиков скажем, что они не растерялись — теперь группа профессора Шваба думает, как применить обнаруженный эффект для охлаждения электронных микросхем.

Замирающие частицы

Как известно, нестабильные радиоактивные частицы распадаются в мире не только ради экспериментов над котами, но и вполне сами по себе. При этом каждая частица характеризуется средним временем жизни, которое, оказывается, может увеличиваться под пристальным взором наблюдателя.

Впервые этот квантовый эффект предсказали еще в 1960-х годах, а его блестящее экспериментальное подтверждение появилось в статье, опубликованной в 2006 году группой нобелевского лауреата по физике Вольфганга Кеттерле из Массачусетского технологического института.

В этой работе изучали распад нестабильных возбужденных атомов рубидия (распадаются на атомы рубидия в основном состоянии и фотоны). Сразу после приготовления системы, возбуждения атомов за ними начинали наблюдать — просвечивать их лазерным пучком. При этом наблюдение велось в двух режимах: непрерывном (в систему постоянно подаются небольшие световые импульсы) и импульсном (система время от времени облучается импульсами более мощными).

Полученные результаты отлично совпали с теоретическими предсказаниями. Внешние световые воздействия действительно замедляют распад частиц, как бы возвращают их в исходное, далекое от распада состояние. При этом величина эффекта для двух исследованных режимов также совпадает с предсказаниями. А максимально жизнь нестабильных возбужденных атомов рубидия удалось продлить в 30 раз.

Квантовая механика и сознание

Электроны и фуллерены перестают проявлять свои волновые свойства, алюминиевые пластинки охлаждаются, а нестабильные частицы замирают в своем распаде: под всесильным взором наблюдателя мир меняется. Чем не свидетельство вовлеченности нашего разума в работу мира вокруг? Так может быть правы были Карл Юнг и Вольфганг Паули (австрийcкий физик, лауреат Нобелевской премии, один из пионеров квантовой механики), когда говорили, что законы физики и сознания должны рассматриваться как взаимодополняющие?

Но так остается только один шаг до дежурного признания: весь мир вокруг суть иллюзорное порождение нашего разума. (см. Больцмановский мозг ) Жутковато? («Вы и вправду думаете, что Луна существует лишь когда вы на нее смотрите?» — комментировал Эйнштейн принципы квантовой механики). Тогда попробуем вновь обратиться к физикам. Тем более, в последние годы они все меньше жалуют копенгагенскую интерпретацию квантовой механики с ее загадочным коллапсом волной функции, на смену которому приходит другой, вполне приземленный и надежный термин — декогеренция.

Дело вот в чем — во всех описанных опытах с наблюдением экспериментаторы неминуемо воздействовали на систему. Подсвечивали ее лазером, устанавливали измеряющие приборы. И это общий, очень важный принцип: нельзя пронаблюдать за системой, измерить ее свойства не провзаимодействовав с ней. А где взаимодействие, там и изменение свойств. Тем более, когда с крошечной квантовой системой взаимодействуют махины квантовых объектов. Так что вечный, буддистский нейтралитет наблюдателя невозможен.

Как раз это объясняет термин «декогеренция» — необратимый с точки зрения термодинамики процесс нарушения квантовых свойств системы при ее взаимодействии с другой, крупной системой. Во время такого взаимодействия квантовая система утрачивает свои изначальные черты и становится классической, «подчиняется» системе крупной. Этим и объясняется парадокс с котом Шредингера: кот представляет собой настолько большую систему, что его просто нельзя изолировать от мира. Сама постановка мысленного эксперимента не совсем корректна.

В любом случае, по сравнению с реальностью как актом творения сознания, декогеренция звучит куда более спокойно. Даже, может быть, слишком спокойно. Ведь с таким подходом весь классический мир становится одним большим эффектом декогеренции. А как утверждают авторы одной из самых серьезных книг в этой области, из таких подходов еще и логично вытекают утверждения вроде «в мире не существует никаких частиц» или «не существует никакого времени на фундаментальном уровне».

Созидающий наблюдатель или всесильная декогеренция? Приходится выбирать из двух зол. Но помните — сейчас ученые все больше убеждаются, что в основе наших мыслительных процессов лежат те самые пресловутые квантовые эффекты. Так что где заканчивается наблюдение и начинается реальность — выбирать приходится каждому из нас.

donmigel_62: (кот - учёный)

«Квантовые батареи» готовы к массовому производству!


Некая японская компания вдруг заявила, что втихую разработала и подготовила к серийному производству слоистую батарею совершенно нового типа, и это не химический источник тока и не конденсатор. Тем не менее разработка способна накапливать и хранить энергию много лучше традиционных аккумуляторов.

Авторы называют батарею «квантовой», подчёркивая её физическую, а не химическую природу.

Одиночная ячейка, уже демонстрировавшаяся разработчиками, представляет собой плёнку из металл-оксид-полупроводниковой структуры n-типа, в которой используются частицы диоксида титана, диоксида олова и оксида цинка, покрытые изолирующей плёнкой.

В роли последней могут выступать как органические, так и неорганические изоляторы.

1-1.jpg

Рис. 1. Образец нового квантового накопителя энергии в виде тонкой одиночной пластинки (здесь и ниже иллюстрации Tech-On!).

Вместо использования для хранения энергии ионов (как в батарейке вашего телефона), слоистая «квантовая батарея» эксплуатирует электроны, только совсем не так, как конденсаторы. Утверждается, что система основана на хранении электронов «в запрещённой зоне» полупроводника.


При производстве структур «металл — оксид — полупроводник» зарядовый слой накопителя облучают ультрафиолетом неназванных параметров. После изготовления, при зарядке, которую можно осуществлять из любых источников, включая пальчиковые батарейки, электроны занимают свободные энергические уровни в рабочем материале и хранятся там до тех пор, пока батарею не потребуется разрядить.

Таким образом,перед нами перезаряжаемые батареи с очень высокой плотностью хранения энергии.

По заявлению компании Micronics Japan Co. Ltd., серийные образцы (обещанные в ближайшем будущем) будут иметь ёмкость до 500 Вт•ч/л и при этом смогут выдавать до 8 000 Вт пиковой мощности на литр объёма.

Это не просто высокие, а выдающиеся показатели: такие накопители даже при малой ёмкости смогут выдавать большую пиковую мощность, объединяя лучшие черты аккумуляторов и суперконденсаторов. То есть в теории регенеративное торможение с ними удастся использовать много эффективнее, чем в сегодняшних электромобилях и гибридах.

При этом, в отличие от суперконденсаторов, напряжение, снимаемое с таких накопителей, не уменьшается по мере их разрядки, до конца оставаясь стабильным (см. на скорость вращения вентилятора):






Кроме того, заявлено, что «квантовая батарея» сможет работать в диапазоне от –25 до +85 °C, а её жизненный цикл достигает 100 тыс. циклов зарядки-разрядки до падения ёмкости ниже 90% от первоначальной. В отличие от прежних вариантов «квантовых батарей», новинка не использует «непростые» и дорогие материалы типа графена, а потому «полностью готова к массовому производству».

Заметим, впрочем, что в демонстрации нового накопителя использовался лишь один аккумулирующий лист — на подложке из нержавеющей стали толщиной 10 мкм, то есть возможность объединять такие накапливающие элементы в масштабные группы пока лишь предстоит доказать.

Кроме того, разработчики намерены потратить некоторое время на замену стали алюминием, чтобы уменьшить удельную массу новинки.

1-2.jpg

Рис. 2. Пластинки такого типа могут быть выполнены и на относительно гибкой подложке.

Безусловно, у концепции в том виде, в котором её анонсирует Micronics Japan, налицо несколько несомненных плюсов. В частности,


  • нехимическая батарея явно не будет пожароопасной.

  • Определённо, способность быстро выдавать и забирать из сети большое количество энергии резко ускорит зарядку таких накопителей.

  • Сама за себя говорит и высокая ёмкость «квантовой батареи»: если производитель сдержит своё слово, она позволит наконец-то довести смартфоны до семидневной рабочей недели между подзарядками и, скажем, почти утроить дальность нынешних электроавто!


Новинка выставляется с 26 по 28 февраля на Японской выставке накопителей, проходящей в Токио. http://www.batteryjapan.jp/en/Home/

http://techon.nikkeibp.co.jp/english/NEWS_EN/20140224/335902/
donmigel_62: (кот - учёный)

Закрытие лазейки «свободы воли» в теореме Белла


Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) написали в журнале Physical Review Letters о предлагаемом эксперименте, который может проверить теорему Белла.

По мнению ученых, эксперимент может протестировать 50-летнюю теорему для определения, основана ли наша Вселенная на законах классической физики или менее ощутимых вероятностях квантовой физики.

Физик Джон Белл написал в 1964 году, что, если Вселенная основана на классической физике, измерение одной запутанной частицы не должно влиять на измерение другой, что представляет собой известную теорию локальности. Физик создал математическую формулу для локальности, и представил сценарии, которые нарушают эту формулу, показывая предсказания квантовой механики.

Ученые тестировали теорему Белла путем измерения свойств запутанных квантовых частиц в лаборатории. Эти эксперименты показали, что эти частицы коррелируют сильнее, чем можно было бы ожидать в соответствии с законами классической физики.


Физики также определили несколько лазеек в теореме Белла, предполагая, что в то время как результаты этих экспериментов поддерживают квантовую механику, они могут отражать неизвестные "скрытые параметры", которые создают иллюзию квантовой механики, но на самом деле объясняются лучше в терминах классической физики.

Две основных лазейки были закрыты, но третья осталась, которую физики называют "регулирующейся независимостью" или "свобода воли". Эта лазейка предлагает, что настройки детектора частиц могут "подговорить" события в общем прошлом детекторов, это подразумевает, что физик, работающий над экспериментом, не имеет полной свободы воли при выборе настроек каждого из детекторов.

Команда MIT предлагает эксперимент, чтобы закрыть эту третью лазейку путем определения параметров детектора частиц, используя удаленные квазары, которые сформировались миллиарды лет назад. По существу, если два квазара на противоположных сторонах неба находились на достаточном расстоянии друг от друга, они вышли бы из причинно-следственного контакта с момента Большого взрыва 14,6 миллиардов лет назад.

В ходе эксперимента, детектор будет измерять свойства одной частицы, а другой детектор сделает то же самое в отношении другой частицы. Сразу после этого частицы генерируются, и ученые используют телескопические наблюдения далеких квазаров для определения свойств, какие каждый детектор измерит у соответствующей частицы. Первый квазар определит параметры для обнаружения первой частицы, второй квазар сделает то же самое для второй частицы.

Физик Майкл Холл (Michael Hall), который не был частью исследования, говорит, что предложение команды – это первый подробный анализ того, как эксперимент можно провести на практике, используя современные технологии.

donmigel_62: (кот - учёный)

Новая схема квантовых коммуникаций обеспечивает высокую безопасность без использования квантовой памяти

Квантовые коммуникации


Область квантовой механики имеет огромный потенциал для реализации коммуникационных технологий различных типов, обладающих более высокие уровни безопасности, нежели традиционные оптические и электрические коммуникационные технологии. К примеру, используя технологию квантовой цифровой подписи (quantum digital signatures, QDS), можно послать одно и тоже сообщение множеству получателей, гарантируя, что эти сообщения не могут быть перехвачены или подменены.



"Технология QDS обеспечивает более высокий уровень безопасности при выполнении операций, в которых используются классические цифровые подписи. Это процедуры проверки подлинности, целостности и невмешательства в содержимое передаваемых сообщений" - рассказывает Эрика Андерсон, ученая из университета Хериот-Уотта в Эдинбурге, Великобритания, - "Такие функции и процедуры являются основой некоторых аспектов современного электронного цифрового мира и они широко используются везде там, где требуется высокий уровень безопасности, в банковском деле, в почтовых и других подобных системах".

Однако, все схемы реализации технологии QDS требуют использования больших объемов квантовой памяти, способной к хранению значений миллионов кубитов в течение месяцев и годов времени. К сожалению, современные квантовые системы не могут хранить информацию дольше, чем несколько минут, что делает невозможным реализацию технологии QDS в нынешнее время.

Но недавно Эрика Андерсон, Ведран Дунйко и Петрос Валлден, ее коллеги из Хорватии и Греции, опубликовали в журнале Physical Review Letters статью, в которой они описали схему реализации технологии QDS, которая не требует использования промежуточной квантовой памяти вообще, что позволит реализовать эту схему даже на современном технологическом уровне.

Технология QDS


Протокол технологии QDS разбит на две части, на распределение ключей и передачу сообщений. На стадии распределения отправитель рассылает получателям пары квантовой информации, квантовые ключи. Эта стадия абсолютно не привязана к следующей стадии, собственно к передаче зашифрованных сообщений. Промежутки времени между передачей ключей и передачей сообщений могут составлять месяцы или годы, но когда осуществляется расшифровка полученного сообщения, требуется извлечение значения квантового ключа, которое должно храниться в квантовой памяти.

Новый протокол QDS отличается от классического обоими стадиями. На стадии передачи квантовых ключей значения этих ключей преобразовываются в классическую информацию посредством технологии измерения квантовых состояний. При этом еще соблюдается высокий уровень безопасности, который гарантируется законами квантовой механики. Так как квантовая информация преобразуется в классическую, то ее можно будет хранить сколь угодно долгое время на обычных носителях.

Тоже самое происходит на второй стадии работы протокола QDS, вся обработка получаемой и передаваемой информации производится в классическом виде, но при этом получатель имеет возможность подтвердить подлинность полученного сообщения, а передатчик - получить подтверждение о приеме сообщения при помощи квантовых технологий.

"Начиная с первой публикации нашей работы мы трудимся над созданием экспериментальной установки и уже имеем малогабаритную опытную систему, которая подтверждает работоспособность предложенной нами схемы" - рассказывает Эрика Андерсон, - "Сейчас мы работаем над совершенствованием и расширением возможностей экспериментальной системы, занимаясь параллельно с этим новыми теоретическими изысканиями, которые сделают технологию QDS еще более эффективной и простой."
http://phys.org/news/2014-02-quantum-scheme-memories.html
donmigel_62: (кот - учёный)

Зачем на МКС будет создана самая холодная точка во Вселенной?

МКС

Квантовая физика любит холод. В частности, макроскопические квантовые явления, вроде сверхпроводимости, сверхтекучести и конденсата Бозе-Эйнштейна встречаются только при достаточно низких температурах. В настоящее время методы охлаждения могут достигать температуры в несколько нанокельвинов, достижение еще более низких температур на Земле связано с определенными трудностями из-за необходимости охлаждать материю под действием земного притяжения. Лаборатория охлаждения атомов NASA появится на МКС в 2016 году, что позволит создать температуру примерно в три раза меньше самой низкой из всех, воссозданных доселе.


Пролить свет на природу квантовой материи (формы материи, в которых макроскопические свойства продиктованы квантовой механикой) — это одна из основных тем за последние полвека в физике, которая собрала девять Нобелевских премий. Примеры: сверхпроводимость, сверхтекучесть, дробный квантовый эффект Холла и конденсаты Бозе-Эйнштейна.

Предположительно новые и неожиданные квантовые эффекты должны быть открыты при более холодных температурах. В частности, эксперименты на спокойном фоне должны предоставить данные о крошечных эффектах, не омраченных тепловым шумом. Ключи к природе пространства и времени, квантовой запутанности, принципу эквивалентности и другим вопросам могут быть скрыты именно в холоде.

Диапазон новых применений достаточно широк, к примеру, потенциальные квантовые датчики на основе атомной интерферометрии длины волны, в которых волновая природа атомов настолько усилена низкими температурами, что они интерферируют между собой.

Как понимать холодную температуру? По температурной шкале Кельвина, нулевая температура — это абсолютный ноль, при котором все классическое движение останавливается. Изменение температуры связывается с одним градусом Кельвина, который равен одному градусу Цельсия.

На пути к сверххолодным температурам есть свои маркеры. У сухого льда температура 195 К, жидкий азот кипит при 77 К, а гелий становится жидким при 4,2 К. Реликтовый микроволновый фон Вселенной отвечает 2,725 К, а в самом холодном месте, известном во Вселенной, в туманности Бумеранга температура в 1 К.

Маркеры хороши, но материя при температуре в 1 пикокельвин в триллион раз холоднее, чем туманность Бумеранга. Огромный скачок, который позволяет ощутить по-настоящему сильный мороз. Как вариант — можно взглянуть на длину волны де Бройля (в примерном квантовом размере) атомы в холодном газе.

При комнатной температуре атом среднего веса имеет длину волны около 0,02 нм, что примерно в 10 раз меньше, чем физический размер атома. Расхождение в размерах объясняет, почему атомные газы вообще не демонстрируют квантовую природу при комнатных температурах. При температуре в 1 К длина волны около 0,3 нм, куда больше, чем разделение атомов в жидкости, и можно наблюдать квантово-механический сверхтекучий гелий, который появляется примерно при такой температуре.

При пикокельвине длина волны составляет примерно 0,3 мм, размером со среднюю песчинку, и значительно больше классического размера атома. Когда квантовые волны отдельных атомов в газе накладываются друг на друга, в системе начинают доминировать квантовые эффекты; в случае атомного газа из бозонов, вы получите конденсат Бозе-Эйнштейна.

Конденсат Бозе-Эйнштейна

Квантовые корреляции, в которых проявляются свойства сверххолодной материи, как правило, довольно слабые и разрушаются тепловыми флуктуациями, тем самым предотвращая формирование конденсированных квантовых фаз. Поэтому квантовые свойства обычно появляются при более низких температурах.

Эксперименты при самых низких температурах на сегодняшний день вовлекают квантовые атомные газы. Чтобы провести такой эксперимент, нужно поймать в ловушку, охладить и испытать коллекцию отдельных атомов. К сожалению, атомные ловушки страдают от предельной температуры, которой можно достичь и от однородности захваченной системы.

Сегодня лучшие ловушки для атомов работают на базе гравитомагнетического баланса. Диамагнитные атомы отталкиваются от магнитных полей, поэтому при размещении градиентного магнитного поля атомы будут опускаться до уровня, в котором сила магнитного взаимодействия будет просто уравновешивать силу тяжести. Гравитомагнетическая ловушка сконструирована таким образом, что магнитное поле меньше в центре ловушки, нежели по краям, поэтому атомы ограничены горизонтальной плоскостью.

Очевидно, что магнитные взаимодействия различных атомов в такой ловушке не однородны, особенно если учесть дефекты в конструкции и работе магнитов ловушки. В результате ни одна система не предлагает к изучению однородный материал, и легче провести анализ его свойств. Кроме того, любые колебания или другие изменения в магнитном поле будут иметь тенденцию заставлять атомы двигаться быстрее, что эквивалентно увеличению температуры. Из-за таких эффектов самая низкая температура квантового атомного газа, достигнутая на сегодняшний день, составляет около 0,45 нК, в рамках эксперимента Массачусетского технологического института.

Лаборатория охлаждения атомов NASA должна сломать температурный барьер и дать возможность провести эксперименты с квантовыми газами на температурах в несколько пикокельвинов. NASA задают глупый, на первый взгляд, вопрос: зачем нам ловушка для сверххолодных экспериментов с атомными газами?

Этот вопрос демонстрирует фундаментальный переломный момент. Если атомы будут достаточно охлаждены, ловушка, возможно, и не понадобится. Обычный эксперимент с пойманными в ловушку атомами проводится в пределах нескольких квадратных миллиметров. С образцом при температуре в 1 К, атомы сбегут из этих пределов за миллисекунду, не оставив ни копейки времени для проведения эксперимента. При температуре в 1 нК атомы будут оставаться в экспериментальных пределах около 5 секунд. При температуре в 1 пК время побега может составить более 3 минут, даже невзирая на взаимодействия между атомами. Высокоточные и значимые эксперименты легко можно будет провести в течение нескольких секунд, тем самым сведя необходимость ловить атомы в ловушку к нулю.

И хотя может быть нет необходимости удерживать атомы при низких температурах (если не считать использование ловушки между экспериментами), остается еще сила тяжести. На Земле атомы разлетелись бы из экспериментального пространства за 25 миллисекунд. Также по мере падения атомы выдают очень много кинетической энергии, что приводит к проблемам.

Какое есть решение при низких температурах? Вывести лабораторию по изучению квантового атомного газа на орбиту. При достаточно низкой температуре ловушки будут не нужны, а также не понадобится устройство для компенсирования силы гравитации.

В результате NASA образно назвало свою лабораторию Cold Atom Lab, и она будет запущена на Международную космическую станцию в 2016 году. Эта лаборатория станет пионером в сфере новых техник и видов анализа, управления и использования пресловутых квантовых явлений при сверхнизких температурах. Это позволит пролить свет на некоторые крайне интересные феномены
donmigel_62: (кот - учёный)

Начато сооружение лазера HAPLS, самого мощного лазера на сегодняшний день

Мощная лазерная система


В современной науке мощные лазеры являются одними из самых важных инструментов научных исследований, которые позволяют ученым заниматься изучением быстротекущих процессов из области классической физики, химии и квантовой механики. Поэтому совершенно не удивительно то, что в различных уголках земного шара постоянно идет почти непрекращающееся создание все более мощных лазерных установок, способных сгенерировать луч света, несущий все больше и больше энергии. И не так давно специалисты Национальной лаборатории имени Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL) приступили к сооружению новой чрезвычайно мощной лазерной системы. Согласно имеющейся информации, система HAPLS (High-Repetition-Rate Advanced Petawatt Laser System) сможет вырабатывать череду чрезвычайно коротких импульсов света, каждый из которых будет иметь 1 петаватт моментальной мощности.


Петаватт - это один квадрильон (1,000,000,000,000,000) ватт мощности. Именно эта мощность будет определять количество энергии, которая будет заключаться в каждом из импульсов света, длительностью 30 фемтосекунд (0.03 триллионной доли секунды) и которые будут следовать с частотой 10 раз в секунду.

Возможность генерировать столь необычайно мощные импульсы света с такой относительно большой частотой является главным отличием лазерной системы HAPLS от других мощных систем, которые могут оперировать таким же уровнем мощности и энергии, но вырабатывают одиночные импульсы, длительность которых намного превышает длительность импульсов лазера HAPLS. Кроме того, благодаря инновационной системе охлаждения жидким гелием лазерная система HAPLS сможет работать на своей максимальной частоте и мощности практически непрерывно в течение достаточно длительного времени.

Структура системы HAPLS


В лазерной системе HAPLS используется уникальный мощный источник света на основе массива лазерных полупроводниковых диодов и система сокращения длительности импульса, которая позволяет уменьшить длительность импульса в два раза, подняв, тем самым, его моментальную мощность. За счет этих технологий достигается необычайно высокая энергетическая плотность лазерного луча, которая составляет 10^23 ватта на один квадратный сантиметр.

Лазерная система HAPLS разрабатывается специалистами австрийской компании Femtolasers, которая специализируется на разработке высокоскоростных лазеров и оптических систем. Сборка системы HAPLS производится на территории и специалистами лаборатории LLNL, которые уже имеют богатый опыт по созданию мощных лазерных систем. Также в лаборатории LLNL будут произведены первые испытания новой лазерной системы. После этого установка будет демонтирована и отправится к месту ее постоянного пребывания, в Чешскую Республику, где начато сооружение целого комплекса чрезвычайно мощных лазерных систем в рамках европейской программы ELI-Beamlines (Extreme Light Infrastructure).

Ожидается, что общая стоимость реализации проекта ELI-Beamlines составит приблизительно 350 миллионов долларов. Из этой суммы выделено 45 миллионов, которые получила лаборатория LLNL на сооружение и испытания лазерной системы HAPLS. Если реализация проекта ELI-Beamlines пройдет согласно намеченным планам, то первые запуски самой мощной лазерной системы в мире произойдут в 2017 году, а после этого ученые со всех уголков земного шара получат возможность использовать это для проведения уникальных исследований в области квантовой механики, физики, химии, материаловедения и многих других областей.


https://www.llnl.gov/news/newsreleases/2014/Feb/NR-14-02-02_.html#.UvyhSoUwZO0
donmigel_62: (кот - учёный)

Как с помощью источника шума повысить надёжность хранения кубитов

Когда вы записываете бит на нормальный компьютер, то полагаете, что он там и останется, пока вы его не перепишете. Однако в компьютере квантовом это затруднительно: любые взаимодействия кубита с его окружением (включая эффекты «шумов») могут привести к изменению его значения. Из-за этого большинство кубитов живёт лишь миллисекунды...
Исследователи во главе с Ричардом Хэнсоном (Ronald Hanson) из Делфтского технологического университета (Нидерланды) придумали, как использовать «шум» для более длительной стабилизации кубита. Для этого они работали с вроде бы традиционными азотными вакансиям в алмазе. Поскольку у азота лишь три ковалентные связи (вместо четырёх у углерода), при нахождении в алмазе у него появляются неспаренные электроны, с коими можно действовать как с кубитами, записывая и считывая их с помощью световых импульсов.

Типичное устройство, используемое для контроля азотных вакансий в алмазе (фото Walsworth research group / Harvard).


Шум среды легко влияет на нечто столь невесомое, как электрон, однако спин электрона может взаимодействовать со спином ядра атома азота, вокруг которого такие электроны вращаются. Ядерный спин куда стабильнее и может сравнительно долго (по нынешним кубитным меркам) хранить информацию. Увы, спины окружающих азотный атом атомов углерода непрерывно воздействуют на азотный, «сбивая» записанный кубит.

В новой работе предлагается заставлять взаимодействовать спин неспаренных электронов атома азота с ядром не только собственного атома, но и окружающих углеродных. Для этого световые импульсы, взаимодействующие с этими электронами, надо посылать с такими промежутками, чтобы вызвать резонанс между их колебаниями и одними из близких атомов углерода. Просто сдвигая тайминги импульсов, можно добиться переключения взаимодействия на другой соседний атом шестого элемента.

Таким образом исследователям удалось экспериментально превратить одну азотную вакансию в алмазе сразу в три кубита: один — в ядре атома азота, а два других — в близлежащих ядрах атомов углерода.

Записывая во все три одну и ту же информацию, можно сделать простейшую коррекцию «по большинству». Хотя такие коррекции пока не дают идеальных результатов, это лишь первая попытка, и уже намечены пути дальнейшего повышения надёжности метода, который, впрочем, и так эффективнее любого традиционного. В то же время нельзя не заметить, что работа проводилась при комнатных условиях, и при сверхнизких температурах, которые сегодня использует большинство квантовых мини-компьютеров, длительность такого хранения выросла бы многократно.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Nanotechnology.

Подготовлено по материалам Ars Technica.

donmigel_62: (кот - учёный)

Новые квантовые точки впервые удалось заставить излучать одиночные фотоны

Японские физики сумели заставить галлий-нитридные квантовые точки при комнатной температуре излучать одиночные фотоны , и это, возможно, очень важный шаг на пути к квантовым компьютерам.

Галлий-нитридные квантовые точки — это полупроводники с широкой запрещённой зоной и одновременно завидной стабильностью. Они хороши как при высокой температуре, так и в агрессивных химических условиях, а кроме того, имеют довольно высокое напряжение пробоя и способны порождать фотоны в широком диапазоне — от ультрафиолетового до инфракрасного.

Однако самая перспективная область их применения — однофотонные источники, где они могут стать основой для передачи данных внутри квантовых компьютеров, — пока не очень-то развивалась, поскольку качество экспериментальных квантовых точек такого состава оставляло желать лучшего.

Ясухико Аракава (второй слева) и его группа (фото University of Tokyo).

Группа во главе с Ясухико Аракавой (Yasuhiko Arakawa) из Токийского университета (Япония) использовала для создания своих квантовых точек избирательное металлоорганическое химическое парофазное осаждение ("selective-area metal-organic" chemical vapour deposition), в котором выращивание точек начиналось с сапфировой подложки, покрытой слоем нитрида алюминия толщиной 25 нм. На него нанесли ещё 25 нм диоксида кремния, затем обработали полученную поверхность методом электронно-лучевой литографии и травления химически активными ионами. Благодаря этому на поверхностях появились отверстия диаметром 25 нм, в которых по отдельности и выращивались галлий-нитридные нановолокна.


В отличие от любого предшествовавшего процесса по выращиванию таких квантовых точек, этот метод позволил точно выбрать то место на подложке, где такая точка будет «культивирована», — а без этого создание устройств с нужными заданными параметрами невозможно, подчёркивают исследователи.

Чтобы заставить точки быть однофотонным источниками, после выращивания их подвергали облучению короткими фемтосекундными лазерными импульсами. Проверить, что от каждой точки исходило не более фотона, удалось при помощи расщепления светового потока на две части и направления его к двум раздельным детекторам. «В случае чистого однофотонного источника мы не должны были увидеть регистрацию фотонов сразу на двух детекторах. И действительно, именно так и получилось — впервые для этого типа квантовых точек», — рассказывает Марк Холмс (Mark Holmes), один из авторов работы.

Ещё важнее то, что однофотонными источниками их удалось сделать при комнатной температуре. Именно на таких источниках должна функционировать система передачи информации в квантовых компьютерах, и пока для подобных схем нужно исключительное охлаждение, делающее их неудобными и дорогими. Получилось это именно благодаря возможности точно привязать выращиваемые квантовые точки к нужному месту подложки. В итоге квантовые точки имели при работе меньше спектральных загрязнений, которые могут привести к неверному приёму сигнала получающим устройством. Поэтому, даже несмотря на высокую температуру, их фотон всё ещё можно надёжно зарегистрировать.

Нановолокно, излучающее одиночный фотон при 300 К (иллюстрация Yasuhiko Arakawa et al.).

Сейчас исследователи ломают голову над тем, как контролировать однофотонные излучатели с помощью уже не лазерных импульсов, а обычного тока. Это позволило бы сделать будущие квантовые устройства на такой базе более практичными.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nano Letters.

Подготовлено по материалам nanotechweb.org.
donmigel_62: (кот - учёный)

Ученые создали первый светодиод с одной молекулой


Невероятной сложности задача была решена французскими учеными: они разработали первый в мире светодиод с одной молекулой. Устройство сделано из одного политиофенового провода, который помещен между концом сканирующего туннельного микроскопа и золотой поверхностью. Эта экспериментальная изобретательность проливает свет на взаимодействие между электронами и фотонами на мельчайшем масштабе. Более того, она являет собой еще один шаг к созданию компонентов для молекулярного компьютера. Данная работа недавно была опубликована в научном журнале Physical Review Letters.


Светодиоды – это компоненты, которые излучают свет, когда электрический ток проходит через них и пропускает свет только в одном направлении. Светодиоды играют важную роль в повседневной жизни в качестве световых индикаторов. Они также имеют обширную перспективу в области осветительных приборов, прогрессивно захватывая эту рыночную нишу.

Главным преимуществом светодиодов является то, что их можно сделать очень маленького размера, что позволяет получить точечные источники света. Принимая это во внимания, ученые из Страсбургского института физики и химии материалов (Франция) вместе с командой из Парижского института молекулярной химии (Франция) смогли преодолеть одно последнее препятствие в создании ультрамаленьких устройств: они создали первый в мире светодиод с одной молекулой.

Для достижения заданной цели они использовали один провод из политиофена, который является хорошим электрическим проводником. Он сделан из водорода, углерода и самородной серы и был использован для создания более больших светодиодов, которые сейчас представлены на рынке. Политиофеновый провод был прикреплен одним концом к сканирующему туннельному микроскопу, а другим – к поверхности из золота. Ученые зафиксировали излучение света, когда ток проходил через данный нанопровод.

Они наблюдали, что тиофеновый провод ведет себя как светодиод: свет излучался только тогда, тогда электроны проходили по направлению от микроскопа к золотой поверхности. Когда полярность была изменена, излучение света было ничтожно слабым.

Вместе с научной командой Факультета физики твердых тел Парижского института, исследователи продемонстрировали, что

свет излучался, когда отрицательный заряд (электрон) смешивался с положительным зарядом (дыра) в нанопроводе и передавал большую часть энергии протону. На каждые 100 000 электронов, находящихся внутри тиофенового провода, возникал один протон. Длина волны находилась в красном диапазоне.

С фундаментальной точки зрения, данное устройство предоставляет исследователям новое оборудования для изучения феноменов, которые происходят, когда электрический проводник излучает свет и делает это на таком масштабе, где вместо классической физики царствует уже квантовая.

Ученые также смогут подобрать материалы для более мощного светового излучения. Наконец, это работа является первым шагом навстречу создания компонентов молекулярного размера, которые сочетают в себе электронные и оптические свойства. Те же самые компоненты могут быть использованы для создания молекулярного компьютера.
nauka21vek.ru






donmigel_62: (кот - учёный)

За что Джону Шварцу и Майклу Грину дали мильнеровскую премию


В декабре 2013 года стали известны лауреаты двух крупнейших научных премий в области физики и биомедицины, Fundamental Physics Prize и Breakthrough Prize, инициированных предпринимателем Юрием Мильнером — всего 8 человек. Суммарный призовой фонд двух премий составил 21 миллион долларов. Церемония награждения, которую вел Кевин Спейси, прошла в Исследовательском центре Эймса.

Breakthrough Prize в 2013 году вручали впервые.

Большое количество награжденных (6 человек, каждый из которых получил по 3 миллиона долларов) объясняется просто: лауреаты премии должны, по правилам, принимать участие в отборе следующих победителей. Премию получили биолог Джеймс Эллисон, невролог Малон Делонг, американо-швейцарский биохимик и первооткрыватель внутриклеточной передачи сигналов белками TOR Майкл Халл, специалист по доставке лекарств Роберт Лангер, генетик-эпидемиолог Ричард Лифтон и открыватель «N-концевого правила» регуляции деградации белков в протеасоме Александр Варшавский.

В итоге премия, в создании которой помимо Мильнера участвовали Марк Цукерберг и Сергей Брин, обзавелась авторитетным жюри, чья компетенция покрывает очень широкий спектр проблем медицины и биологии.


Лауреатами Fundamental Physics Prize, которую вручали уже в третий раз, стали Джон Шварц и Майкл Грин. В отличие от медиков, они получили 3 миллиона долларов на двоих за «открытия новых перспектив для квантовой гравитации и объединения сил». Написать обо всех победителях в одном тексте невозможно, поэтому из двух премий «Лента.ру» выбрала ту, что постарше и уже обладает некоторым весом в научном мире — то есть Fundamental Physics Prize, и попыталась разобраться, за что получили награду Грин и Шварц.

Квантовая гравитация

Физики знают четыре фундаментальных взаимодействия (или, как их еще называют, силы):


  • сильное,

  • электромагнитное,

  • слабое и

  • гравитационное.

Гравитация управляет объектами в космических масштабах — планетами, звездами, галактиками. Но при этом она является самой слабой из четырех — в 1040 раз слабее электромагнитного, в 1042 раз слабее слабого и в 1045 раз слабее сильного. Главенствует же гравитация потому, что слабое и сильное взаимодействия работают лишь на малых расстояниях (порядка размера атома и адрона соответственно), а планеты, звезды и галактики в целом обладают почти нулевым электрическим зарядом.



«Если представить, что размер вашего правого бицепса характеризует силу гравитационного взаимодействия, то ваш левый бицепс должен простираться за пределы известной части Вселенной, чтобы его размер мог дать сравнительное представление о силе электромагнитного взаимодействия», — пишет в книге «Элегантная Вселенная» физик и популяризатор науки Брайан Грин.


Гравитация описывается общей теорией относительности, а три другие силы — квантовыми калибровочными полями Янга-Миллса, взаимодействующими с несколькими типами частиц (кварки, нейтрино, лептоны, поле Хиггса). Сильное взаимодействие описывается глюонными полями Янга-Миллса в рамках квантовой хромодинамики (КХД), а электромагнитное и слабое — калибровочными бозонами Стандартной модели.

Обе теории в своих областях применения верны — их выводы прошли и проходят экспериментальную проверку ежедневно. Но эти две теории не дружат друг с другом — и это один из главных нерешенных вопросов современной физики. Причем речь идет о противоречиях на самых разных уровнях — от математического инструментария до основополагающих принципов.

Джон Шварц и Майкл Грин получили награду за работы в области теории суперструн в 10 измерениях. Эта теория пока единственная, естественным образом включающая квантовую гравитацию и поля Янга-Миллса.

Первые успехи

На самом деле теория струн — это множество теорий с довольно сложными родственными связями между ними. Некоторые из них уже опровергнуты; некоторые больше относятся к чистой математике, нежели к реальной действительности; наконец, есть и такие, проверить которые существующими методами невозможно.

Главное, впрочем, то, что ни одна из этих теорий не является законченной — многие утверждения остаются в статусе недоказанных гипотез, а не теорем, а для некоторых задач отсутствуют подходящие математические методы.

Самая первая струнная теория уходит корнями в 60-е годы прошлого века — тогда ученые уже знали о существовании сильного взаимодействия, но не могли его описать. В 1968 году итальянский физик Габриэле Венециано обнаружил, что

рассеяние четырех частиц можно описать с использованием бета-функции Эйлера. Как вскоре выяснилось, эту же функцию можно приспособить и для большего числа частиц. И хотя полученные формулы работали достаточно неплохо, сами физики были ими недовольны — за формулами не было видно смысла происходящего.



«Для своего первоначального предназначения — описания взаимодействия кварков в адронах, формулы Венециано оказались малопригодными. Зато их новая, струнная интерпретация, породила целое новое направление в науке, с гораздо большими амбициями — описать все фундаментальные взаимодействия сразу!» — говорит физик Владимир Казаков.


В популярном изложении теории струн часто пишут, что теория, диктующая собственную размерность, была для физиков новостью. На самом деле это некоторое преувеличение. Скажем, уравнения Максвелла, полученные на основе экспериментальных данных, устроены таким образом, что хорошо (с математической точки зрения) ведут себя только в четырехмерном пространстве с особым способом измерения расстояний (псевдоримановой метрикой Минковского). Именно это пространство и стало местом действия специальной теории относительности Эйнштейна.



«К 1970 году некоторые из них смогли интерпретировать это в терминах физической картины. В соответствии с этой картиной частицы не должны рассматриваться как точки, как это всегда было ранее. На самом деле они были „струноподобными“, существуя только в одном измерении, и могли растягиваться, как резиновые ленты. Когда им добавляли энергию, они растягивались, отдавая энергию, они сжимались; и так же, как и резиновые ленты, они вибрировали», — пишет физик (и, кстати, известный противник теории струн) Ли Смолин в книге «Неприятности с физикой: взлет теории струн, упадок науки и что за этим следует».


«Ленточную» интерпретацию формул Венециано разработали Ёитиро Намбу, Хольгер Нильсен и Леонард Зюскинд. Молодая теория получила название бозонной теории струн.

Двадцать шесть измерений и ни измерением меньше

Тогда же проявилось еще одно свойство новой теории — она сама диктовала размерность пространства.

Физик Владимир Казаков в интервью «Ленте.ру» объясняет это явление так:



«Когда струна — одномерный объект вроде веревочки — распространяется в 26-мерном пространстве-времени, она „заметает“ собой некоторую двухмерную поверхность с произвольным случайным (как и положено в квантовой механике) распределением кривизны. Такая поверхность сама представляет собой двумерную модель искривленного, или гравитирующего, пространства, часто называемого мировым листом струны. Представьте себе мир не четырехмерный, как наш, а двумерный. Мировой лист бозонной струны — это что-то типа теории относительности в двух измерениях. Чтобы теория имела смысл, она должна подчиняться разного рода симметриям. Например, законы физики не зависят от того, на каких пространственных масштабах мы ее изучаем. Это простейшая симметрия, симметрия растяжения. Если она нарушается, говорят, что возникает конформная аномалия. Теория струны с такой аномалией — это и не теория струны вообще, она для наших целей не годится.»


Именно такая аномалия возникла в теории струн. «Это связано с эффектом нулевых, квантовых колебаний осцилляторов вакуума, называемом эффектом Казимира. В ходе вычислений выяснилось, что такая аномалия пропорциональна сумме всех натуральных чисел,» — рассказывает Казаков.

С точки зрения математики это бесконечность, но с точки зрения физики бесконечных величин не бывает. Здесь на помощь пришла идея регуляризации, играющая ключевую роль в квантовой механике.

preview_1_3.jpg
Рис. 1. Профессор Ecole Normale Supérieure et d'Université Paris-VI,
старший сотрудник (membre senior) Institut Universitaire
de France Владимир Казаков (Фото: ens.fr).



«Вместо суммы целых чисел мы можем рассмотреть сумму целых чисел в какой-то отрицательной степени d, меньшей минус единицы. Тогда сумма сойдется (возникает дзета-функция Римана — прим. „Ленты.ру“). Теперь устремим степень, которую мы назовем параметром регуляризации, к минус 1. Получим снова бесконечность. Но оказывается, если получившуюся функцию теперь разложить в ряд, то вклад в бесконечность будет давать первый член, который имеет вид 1/(1 + d). Второй же член окажется конечным и будет равен минус 1/12. Соблазн состоит в том, чтобы выкинуть (на самом деле занулить, используя так называемые контрчлены) этот большой расходящийся член, а минус одну двенадцатую объявить окончательным ответом от суммы натуральных чисел. Мы так и поступим. Более того, выясняется, что, если мы будем использовать другую регуляризацию (скажем, умножим каждое число на экспоненту), то первый небесконечный член снова будет равен минус 1/12», — говорит Казаков.


На первый взгляд все это кажется фокусом, однако таким способом получаются осмысленные, проверенные экспериментально теории. По сути, сама физика говорит нам, что сумму натуральных чисел следует понимать именно в таком регуляризованном виде.

Как бы то ни было, но после такой регуляризации для всех аномалий (выше, напомним, удалось справиться только с одной из них) в уравнениях получается некий параметр (D — 26), где D — размерность пространства, в котором колеблется струна. Чтобы аномалии отсутствовали, этот параметр должен быть нулевым, то есть само пространство должно быть 26-мерным.

Революционная теория прожила недолго — к середине 1970-х в ней обнаружился ряд серьезных недостатков.


  • Во-первых, она включала в себя только бозоны, то есть частицы с целым спином (например, фотоны, глюоны), но не включала фермионы, то есть частицы с полуцелым спином (например, нейтроны и протоны).

  • Более того, теория оказалась противоречивой — в ней обнаружилась нестабильность из-за существования тахионов. Это частицы, массы которых должны были бы выражаться мнимым числом и которые двигались бы со скоростью, превышающей световую.

  • Наконец, самое главное — бозонная теория расходилась с экспериментальными данными на высоких энергиях.

В принципе, за теорию можно было бы побороться, — в 1974 году Джоэль Шерк и Джон Шварц выпустили работу (по признанию самого Шварца, одну из его любимых), в которой доказывали, что среди прочих бозонов теория струн описывает гравитон, то есть гипотетический переносчик гравитационного взаимодействия, — но на сцене появилась квантовая хромодинамика. Струнные исследования перестали быть мейнстримом, однако продолжились силами адептов.

Впрочем, бозонная теория представляет интерес для физиков до сих пор: поскольку она устроена проще своих современных аналогов, именно с нее начинают изучать теорию струн студенты по всему миру.

Струнные идеи

Несмотря на падение интереса к теории струн, сами струнные идеи никуда не делись — в том или ином виде они фигурировали в разных разделах физики. Во многих популярных изложениях теории струн это время обычно излишне драматизируют, описывая чуть ли ни гонения на «струнных» теоретиков. «Обычно в разного рода обзорах теорию струн и квантовую хромодинамику противопоставляют, но это в корне неверно. В КХД тоже есть струны», — говорит Казаков.

pic_2_20.jpg Рис. 2. Пример диаграммы Фейнмана (правда, с ошибкой). Фото: artistcolette.wordpress.com.

Чтобы понять, что это за струны, потребуются две вещи — диаграммы Фейнмана и предел т’Хоофта.


  • Диаграммы — это главное оружие в арсенале физика, работающего с элементарными частицами. Они состоят из вершин, изображающих взаимодействия частиц, и ребер, которые изображают частицы, при взаимодействии получившиеся. Эти диаграммы используются не только для наглядного представления взаимодействия, но и как важная составляющая метода интеграла по траекториям.

Что касается предела т’Хоофта, то тут надо сделать небольшое отступление. Существует всего шесть кварков, составляющих адроны. Они разбиты на три семейства, или поколения. Однако уравнения КХД формально можно записать и для большего числа частиц, скажем, N. Если сделать это и устремить N в бесконечность, то после выполнения некоторого количества «трюков» получится некоторая новая теория. В этой новой теории фейнмановские диаграммы ведут себя как мировые листы струн.



«Фактически теория становится такой теорией одномерного объекта, колеблющегося в трехмерном пространстве или 3+1-мерном пространстве-времени. Надо сказать, что эти идеи актуальны до сих пор, и теперь они уже вполне скрещены с теорией струн. Это идея предела т’Хоофта», — говорит Казаков.


Здравствуйте, суперструны

preview_6_0.jpg
Рис. 3. Профессор Imperial College
London, ведущий научный сотрудник
ФИАН Аркадий Цейтлин.

Как уже говорилось, все частицы делятся на бозоны и фермионы. Суперсимметрия — это некоторая фундаментальная симметрия уравнений теории, меняющая местами бозоны и фермионы.

Математические основы суперсимметрии разработали физики Юрий Гольфанд и Евгений Лихтман из ФИАН в 1971–1972 годах. Параллельно теория суперсимметрии в двумерном пространстве — мировом листе струны — была разработана Жерве и Сакита. Этот аппарат был использован для создания суперсимметричной теории струн.



«Вклад Грина и Шварца в теорию струн можно разделить на две части. Первый — более ранний, относится к концу 70-х — началу 80-х годов прошлого века. К тому времени уже были суперструны, то есть теория, которая описывала и бозоны, и фермионы. Но суперсимметрия в этой теории была скрытой, неявной. В формализме Грина и Шварца эта симметрия была явной», — рассказал «Ленте.ру» физик Аркадий Цейтлин. «Более того, — добавляет он, — суперсимметрия возникла в теории струн совершенно естественным образом. Без нее в теории появляются нестабильности (уже упоминавшиеся тахионы), математические противоречия».


Позже идея суперсимметрии отделилась от теории струн и зажила самостоятельно. В настоящее время существует множество суперсимметричных версий квантовых теорий. К таким, например, относится MSSM, то есть Минимальная суперсимметрическая стандартная модель — расширение Стандартной модели, описывающей взаимодействие элементарных (и не очень) частиц.

Главное отличие теории суперструн от бозонной теории струн заключалось в том, что она жила в 10-мерном пространстве. Это, понятное дело, нравилось физикам чуть больше, чем 26 измерений.

Первая суперструнная революция

К середине 1980-х теория суперструн постепенно набирала обороты, но большинство ученых не верило, что она может быть согласованной и непротиворечивой.

pic_3_27.jpg
Рис. 4. Схематическое изображение структуры группы E8.

Одна из сложностей заключалась в возникновении аномалий.



«Всего было два типа листов (во время движения в пространстве струна заметает поверхность, именуемую листом), которые приводили к аномалиям, — рассказал Шварц „Ленте.ру“, — это были цилиндры и листы Мебиуса. Нам удалось показать, что эти аномалии можно уничтожить, если разделить теорию как бы на две части — с гравитацией и без. Обе половины сами по себе противоречивы, но вместе дают хорошую теорию. Для этого нам пришлось, среди прочего, рассмотреть низкоэнергетический предел теории, то есть работать только в рамках квантовой теории поля».


Впрочем, оказалось, что от аномалий можно избавиться, если и только если группа симметрий получившейся теории — это SO(32). По сути, это многомерное обобщение группы вращений обычной двухмерной сферы.

Размерность самой группы при этом равна 496. Полученная авторами теория содержала как открытые (то есть с двумя концами), так и замкнутые струны.

preview_5.jpg
Рис. 5. Профессор California Institute of Technology
Джон Генри Шварц. Фото: caltech.edu.

Примечательно, что, по словам самого Шварца, им с Грином удалось установить следующее: аномалии исчезают еще и в том случае, когда группа симметрий имеет вид E8 x E8 — в отличие от SO(32), она не имеет даже условно понятного описания в привычных нам терминах. Но сами физики не знали теории, которая имела бы такую группу симметрий. Она была открыта чуть позже Дэвидом Гроссом и его коллегами и получила название гетеротической теории струн (гетеротические струны).

В это же время группа математиков и физиков выяснила, что 6 из 10 измерений струн могут быть свернуты так, что образуют многообразия Калаби-Яу — особый класс поверхностей с интересными свойствами. Все вместе это привело к тому, что уже спустя несколько лет теорией струн занималось множество ученых. Она снова стала мейнстримом. И открытия Грина и Шварца сыграли в этом ключевую роль.

30 лет спустя

В настоящее время существование суперсимметрии в природе остается лишь красивой гипотезой. Дело в том, что она требует наличия у каждого бозона партнера-фермиона и наоборот. В обычных экспериментах эти партнеры не наблюдаются, и физики связывают это с очень большой массой последних.



«Возможно, мы не видим суперпартнеров просто потому, что суперсимметрия нарушена. То есть лагранжиан и гамильтониан теории могут быть симметричными, а, скажем, вакуумное состояние такой симметрией не обладает. Так, например, описание типичного ферромагнетика инвариантно относительно вращения, а у него существуют состояния, такой симметрии лишенные — например, когда спины в ферромагнетике ориентированы особым образом. Или бозон Хиггса возникает в результате спонтанного нарушения симметрии электрослабого взаимодействия. Поэтому есть надежда, что при низких энергиях суперсимметрия нарушается. Из-за этого, стартуя с суперсимметричной теории, мы в приближении получаем, скажем, Стандартную модель, в которой такой симметрии нет», — говорит Цейтлин, но при этом добавляет, что ученым неизвестно, реализуется ли в природе подобный механизм нарушения.


pic_5_20.jpg Рис. 6.

Физиков всегда смущал тот факт, что фундаментальные частицы (то есть частицы без внутренней структуры), к которым относятся кварки и лептоны, имеют очень разные массы. Например, u-кварк легче t-кварка в 40 200 раз, а тау-лептон в 3 520 раз тяжелее электрона, притом что в остальном он электрону идентичен. Другой головной болью было большое количество физических констант, описывавших взаимодействие элементарных частиц, — около полутора десятков. Теория струн позволяет вывести все эти константы из ньютоновской гравитационной постоянной, числа, характеризующего вероятность распада струны, и принципа минимальности (струна движется в пространстве-времени так, что заметает поверхности минимальной площади).



«Пока никаких признаков суперпартнеров не видно, и надежды, что их найдут, тают. Конечно, адепты теории струн тут же могут сказать, что партнеры просто еще тяжелее, что для их достижения нужны совсем уж колоссальные энергии. Есть даже патологические, по моему мнению, идеи, что речь идет об энергиях планковских масштабов. Но если это так, то про суперсимметрию надо просто забыть — такие энергии недостижимы. Почему-то кажется, что все устроено хитрее, чем думают эти люди, что нас ждут еще большие открытия. Когда — не знаю. Но многие считают, что нужно уже пытаться искать физическую картину Вселенной без суперчастиц, без суперпартнеров, без суперсимметрии и пока без теории струн, по крайней мере без теории критических струн. Но все-таки фундаментальные идеи этой теории настолько элегантны и


привлекательны, что хочется верить в их применимость в будущей общей теории фундаментальных взаимодействий. Возможно, в совершенно новой инкарнации», — заключает Казаков.

Что касается разработанного Грином и Шварцем суперструнного формализма, то он продолжает использоваться и сейчас.



«Идеи суперструн по-прежнему полезны в современной физике. Например, использование формализма Грина и Шварца в искривленном пространстве позволяет изучать AdS/CFT-дуальность (о ней в интервью подробно рассказывал Брайан Грин — прим. „Ленты.ру“). Этим сейчас занимаются многие исследователи, в том числе и в России. Этот же формализм можно использовать в квантовой теории поля. Это очень полезно, позволяет проводить расчеты, которые другим образом и не проведешь», — говорит Цейтлин.


Несмотря на то что, по словам самого Шварца, из теории струн до сих пор не удалось получить даже описания адронов, не говоря уже обо всей Стандартной модели, результаты Грина и Шварца остаются важными и полезными.

Даже если материя на самом деле и не состоит из маленьких вибрирующих струн. В некотором смысле премия Fundamental Physics Prize в очередной раз оправдывает свою миссию, озвученную самим Юрием Мильнером — она дается не только за признанные достижения, но и за идеи. Идеи, которые расширяют наши представления если не о природе, то о возможном.

Автор: Андрей Коняев.

donmigel_62: (кот - учёный)

Впервые удалось симулировать магнитный монополь

Поведение так и не открытой элементарной частицы может быть частично симулировано в лабораторных условиях с помощью конденсата Бозе — Эйнштейна.
Физики из Амхерстского колледжа (США) и Университета Аалто (Финляндия) смогли создать и заснять в лаборатории синтетические магнитные монополи — частицы, существование которых было предсказано Полем Дираком в 1931 году, но которые до сих пор упорно избегают регистрации в природе.

Магнитный монополь в представлении художника (иллюстрация Heikka Valja).

У любого магнита есть два полюса — северный (отрицательный) и южный (положительный), то есть он располагает магнитным диполем. Но сколько ни разрезай его надвое, отдельно южный и отдельно северный полюса вы не получите: просто у вас будут два меньших диполя. В то же время и положительный, и отрицательный электрические заряды вполне могут существовать отдельно. Но как получить монополь — изолированный однополярный магнит?



Вопрос далеко не праздный, ибо, скажем, закон Гаусса для магнитного поля вообще не будет работать, если магнитные монополи существуют, да и столь важное для современной физики предположение о том, что электрические заряды всех частиц представляют собой дискретные величины, получит прямое подтверждение. В общем, по значимости открытие монополя станет чем-то вроде открытия электрона.

Спустя 83 года после того, как знаменитый физик-теоретик Поль Дирак предсказал возможность существования монополей, международная команда ученых во главе с профессором физики Дэвидом С. Холлом и доцентом Микко Мотонненом создала и сфотографировала синтетические магнитные монополи.

Учёные попробовали воспроизвести систему с признаками монополя в облачке из примерно миллиона ультрахолодных рубидиевых атомов, «замороженных» до стомиллиардной кельвина. В таком состоянии они теряют поведение, свойственное индивидуальным частицам, и становятся частью коллективного квантового состояние материи — конденсата Бозе — Эйнштейна.

Опыт был аналогичен умственному эксперименту Дирака от 1931 года: конденсат Бозе — Эйнштейна соответствовал единичному электрону, и плотность атомов в каждой точке соответствовала вероятности существования электрона в данном регионе пространства. Атомы конденсата имеют магнитный спин, который условно можно назвать квантовым эквивалентом крохотной иглы компаса. Такой спин реагирует на приложение внешнего магнитного поля. Но в эксперименте спины выступали не как часть магнитного поля вокруг монополя; поле же было представлено свойством, характеризующим пространственное упорядочивание этих спинов, — их вихреобразованием.

Секция облачка (верхний ряд) с тёмным пятном, «растекающимся» от центра, — признак наблюдения синтетического дираковского монополя. Внизу для сравнения показана компьютерная симуляция процесса. (Иллюстрация D. S. Hall et al.)

Это достижение открывает изумительные перспективы для квантовых исследований, полагают учёные, и не только в смысле подтверждения умственного эксперимента Дирака.


«С созданием синтетического магнитного монополя мы получим непревзойдённую глубину проникновения в свойства природного монополя, если только он и впрямь существует», — говорит Дэвид Холл (David Hall), возглавлявший экспериментаторов.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature.
Подготовлено по материалам Nature News.
donmigel_62: (кот - учёный)

Квантовые точки: новая эра электроники, работающая на одноатомном уровне


Факультетом физики Университета Варшавы (Польша) были созданы и изучены новые виды одноатомных электронных структур, включая первые в мире квантовые точки, содержащие отдельные ионы кобальта. Материалы и элементы, используемые для создания этих структур, позволяют говорить о новых трендах всолотроники, области экспериментальной электроники и спинтроники будущего, которая основана на операциях на одноатомном уровне.

Появление электронных систем, действующих на уровне отдельных атомов, представляется закономерным последствием попыток достичь максимальной миниатюризации. Уже известно, что мы можем контролировать поведение отдельных атомов, помещая их в специальные полупроводниковые структуры. Тот же метод используется для создания квантовых точек, содержащих отдельные магнитные ионы. До настоящего времени было известно лишь два вида таких структур. Однако физикам из Института экспериментальной физики и факультета физики Университета Варшавы удалось создать и изучить два совершенно новых типа структур. Материалы и элементы, используемые в данном процессе, делают широкое распространение солотронных устройств в будущем весьма вероятным.

Результаты, опубликованные физиками в журнале Nature Communications, делают первые шаги в развитии области солотроники.






Рiotr Kossacki

«Квантовые точки представляют собой полупроводниковые наноразмерные кристаллы. Они так малы, что электроны внутри них могут существовать лишь в состояниях с очень специфической энергией. Поэтому квантовые точки обладают схожими с атомом характеристиками и так же, как и атомы, могут достичь более высоких энергетических уровней при стимуляции светом. И напротив, это значит, что точки излучают свет в процессе возвращения на более низкие энергетические уровни», – говорит профессор Петр Коссацки (Рiotr Kossacki).



Лаборатория Университета Варшавы создает квантовые точки при помощи молекулярно-пучковой эпитаксии. Процесс включает в себя использование тиглей с точной температурой нагрева, содержащих элементы в вакуумной камере. Пучки элементов направляются на образец. С учетом точно подобранных материалов и экспериментальных условий атомы собираются в маленькие островки, известные как квантовые точки.

Процесс напоминает конденсацию водяного пара на гидрофобной поверхности.

Во время образования квантовых точек незначительное число других атомов (к примеру, атомов магнитов) может быть помещено в вакуумную камеру, так что некоторые из них включаются в образующиеся точки. После удаления образца его можно изучить под микроскопом для обнаружения квантовых точек, содержащих отдельных магнитный атом в центре.




«Атомы с магнитными свойствами разрывают энергетические уровни электронов в квантовых точках, что влияет на их взаимодействие со светом. В результате состояние квантовой точки говорит о состоянии этого атома. И напротив: посредством изменения энергетического состояния электронов в квантовых точках мы можем повлиять на соответствующие магнитные атомы», – объясняет Михаль Папаж (Michał Papaj), студент факультета физики Университета Варшавы, которого Институт физической химии Польской академии наук наградил золотой медалью в области химии в рамках выпускного национального конкурса на лучшую бакалаврскую работу за его исследование по квантовым точкам, содержащим ион кобальта.







Наиболее высокими магнитными показателями обладают атомы мангана, лишенные двух электронов (Mn2+).

В рамках проведенных экспериментов ионы помещались в квантовые точки, сделанные из теллурида кадмия (CdTe) или арсенида индия (InAs). При помощи содержащих CdTe точек, созданных доктором Петром Вожнаром (Piotr Wojnar) из Института физики Польской академии наук, в 2009 году Матеуш Горица (Mateusz Goryca) из Университета Варшавы разработал первое магнитное запоминающее устройство, функционирующее на отдельном магнитном ионе.




«Ранее считалось, что другие магнитные ионы, такие как кобальт (Co2+), не могут использоваться в квантовых точках. Мы решили проверить это, и природа сделала нам приятным сюрприз: присутствие другого магнитного иона не разрушило свойства квантовой точки», – говорит Якуб Кобак (Jakub Kobak), докторант из Университета Варшавы.



Исследователи из Университета Варшавы представили две новые системы с отдельными магнитными ионами – квантовые точки из CdTe с атомами кобальта и из селенида кадмия (CdSe) с атомами мангана.

Как уже было сказано, атомы мангана обладают наиболее сильными магнитными свойствами.

К сожалению, такие свойства связаны как с электронами, так и с ядром атома, что означает, что квантовые точки с ионами мангана представляют собой сложные квантовые системы.

Открытие, сделанное физиками из Университета Варшавы, продемонстрировало, что другие магниты, такие как хром, железо, никель, могут использоваться вместо мангана. Эти элементы не обладают ядерным спином, что означает, что квантовыми точками, включающими эти элементы, проще управлять.

Относительно квантовых точек, в которых теллур заменен на более легкий селен, ученые заметили, что продолжительность сохранения информации увеличилось на порядок.

Этот факт говорит о том, что использование более легких элементов должно увеличить продолжительность хранения информации квантовыми точками, содержащими отдельный магнитный ион. Возможно, что это позволит увеличить срок хранения на несколько порядков.




«Мы доказали, что две квантовые системы, которые считались нежизнеспособными, в действительности функционировали довольно эффективно. Это открытие позволяет начать поиски других материалов для создания квантовых точек и магнитных ионов, использование которых раньше представлялось невозможным», – подводит итог доктор Войчек Пацуски (Wojciech Pacuski).

http://nauka21vek.ru/archives/55890



donmigel_62: (кот - учёный)

Стивен Хокинг сомневается в природе чёрных дыр

В своей новой работе известный физик заявляет о необходимости покончить с концепцией «горизонта событий», ключевым элементом в наших сегодняшних представлениях о чёрных дырах. Именно попав за его пределы, ничто, включая свет, не может покинуть чёрную дыру (ЧД), что в конечном счёте порождает все эти парадоксы вроде потери информации (чего, казалось бы, не может быть) и прочих «огненных стен».

Вместо него г-н Хокинг предлагает концепцию «кажущегося горизонта» — мягко-беззубую в физическом смысле замену устрашающего чёрнодырного железного занавеса, которым, по сути, был «горизонт событий». «Кажущийся горизонт» только временно удерживает материю-энергию в ЧД, а затем всё же отпускает их, хотя и в слегка подправленном виде.

Если наши представления о гравитации и квантовой механике хоть сколько-нибудь полны, то чёрная дыра, возможно, вовсе не точка «полного невозврата». (Иллюстрация Victor Habbick Visions / Spl / Getty.)

«В классической теории из чёрной дыры нет спасения, — объясняет г-н Хокинг, — [а вот квантовая теория] позволяет энергии и информации покинуть ЧД». Разумеется, поскольку качественного объединения квантовой теории с гравитацией не наблюдается, «правильная манера обращения» с этим вопросом, замечает физик, пока «остаётся неизвестной».



Итак, к сути. Вы уже знаете, что Ахмед Альмхеири (Ahmed Almheiri), Джо Полчински (Joe Polchinski) и ряд их коллег пару лет назад задались вопросом, что же на самом деле случится с объектом (не важно, частицей или человеком), если он провалится за горизонт событий ЧД.


Не будем вновь утомлять вас подробностями (а впрочем, если желаете, то вот), но общие итоги были несколько неожиданными: если учесть законы квантовой механики, определяющей поведение частиц на малых масштабах, то ситуация с традиционным сравнительно безопасным падением условного объекта за горизонт событий резко меняется. А именно: граница горизонта событий должна быть насыщена энергией до такой степени, что входящее тело будет уничтожено.

Всё это выглядело весьма тревожно. Получалось, что, соблюдая законы квантовой механики, ЧД одновременно плевать хотела на общую теорию относительности — то есть проявляла редкостное неуважение к прямым предкам. По ОТО, ситуация для падающего в ЧД и просто для плавающего в межгалактическом пространстве тела субъективно не должна различаться, и прохождение через горизонт событий в ОТО-стиле (по крайней мере для больших чёрных дыр) должно являть собой непримечательное для условного астронавта событие.

Как вы уже догадались, заставь мы в умственном эксперименте ЧД уважать Эйнштейна — и она немедленно грубо надругалась бы над квантовой механикой, вплоть до, например, подрыва принципа унитарности или даже возникновения квантовой запутанности одного объекта с парой других одновременно (и кто его знает, что тут хуже).

Стивен Хокинг считает, что есть третий путь. Давайте не будем трогать квантовую механику, да и ОТО уважим: просто предположим, что у ЧД нет горизонта событий, на котором будет уничтожен любой входящий объект. Квантовые эффекты, считает он, вызывают в окрестностях чёрной дыры столь мощные флуктуации, что такой резкой границы, поверхности, «после которой — всё», просто не существует.

Такое место он называет «кажущимся горизонтом», поверхностью, вдоль которой световые лучи, пытающиеся вырваться наружу из чёрной дыры, будут «подвешены»: они, словно кэрролловская Алиса, будут бегать со скоростью в 300 000 км/с по барабану, вращающемуся так быстро, что лучи, несмотря на сверхстремительность «бега», едва удержатся на месте. Ситуация выглядит идентичной обычному горизонту, но является временной, хотя длительность периода удержания материи кажущимся горизонтом г-н Хокинг не обозначает.

Горизонт же событий в строгом смысле этого слова, то есть место, из которого свет не сможет вырваться никогда, Стивен Хокинг исключает. Из этого, естественно, следуют вполне зубодробительные выводы. «Отсутствие горизонтов событий означает, что нет такой штуки, как чёрная дыра, — в смысле наличия таких режимов, когда свет не может вырваться из неё», — уверен учёный. В связи с этим он предлагает выдать ЧД новое определение — «метастабильные связанные состояния гравитационного поля».

Что тут хорошего? Ну, огненную стену мы всё-таки разрушили, что уже плюс. Опять же, как замечает физик, это пока единственное решение парадокса «огненной стены», которое совместимо с CPT-инвариантностью, фундаментальной симметрией физических законов при преобразованиях, включающих одновременную инверсию заряда, чётности и времени.

Но у этой медали «За победу над горизонтом событий» есть и другая сторона. Сами посудите: если кажущийся горизонт ЧД по каким-то причинам сократится до размера столь малого, что эффекты гравитации (макромир) и квантовой механики (микромир) будут работать одновременно, то и «кажущийся горизонт» исчезнет, а всё то, что ЧД за свою долгую жизнь проглотила, будет явлено миру. Нет, конечно, не совсем в первоначальном виде (в ряде случаев всё будет деформировано до полной неузнаваемости), но и такое представление скрытых миллиарды лет объектов кажется весьма странным событием.

Более того, если г-н Хокинг прав, то внутри ЧД может не быть никакой сингулярности. Опять же в этом есть свой плюс — благо сингулярность физически не слишком внятное явление. Попадающая же внутрь материя будет двигаться к центру ЧД, но никогда не дойдёт до него и не будет полностью уничтожена. Следовательно, и информация, содержащаяся в такой материи, не уничтожится, а лишь окажется искажена до такой степени, что после того, как появится в окружающем мире при помощи, скажем, излучения Хокинга, будет радикально отличаться от изначальной, и стороннему наблюдателю станет почти невозможно восстановить, что же некогда упало в ЧД.

Сам Стивен Хокинг сравнивает такую задачу с предсказанием погоды наперёд: в теории возможно, на практике же слишком сложно, чтобы сделать это сколько-нибудь точно более чем на несколько дней.

Впрочем, для нас — существ, продолжительность жизни которых в сравнении с возрастом ЧД исчезающе мала, — ситуация внешне почти не изменится: ожидать исчезновения кажущегося горизонта событий за время человеческой жизни не стоит. (Иллюстрация Shutterstock.)

Заметим, что Джо Полчински, один из авторов изначального парадокса «огненной стены», скептически настроен по отношению к идеям г-на Хокинга. Он не очень-то верит в саму возможность существования ЧД без «вечного» горизонта событий. А бывший студент автора новой теории Рафаэль Боуссо (Raphael Bousso) из Калифорнийского университета в Беркли (США) говорит, что нынешняя работа мэтра отражает степень неприятия научным сообществом самой идеи огненной стены: чтобы исключить возможность её существования, люди готовы на многое.

Правда, он считает, что решение Стивена Хокинга может стать лекарством похуже самой болезни (огненной стены). «Идея о том, что нет такой точки, из которой вы [гарантированно] не сможете покинуть чёрную дыру, в некоторых смыслах даже ещё более радикальна и проблематична, чем существование огненных стен», — считает г-н Боуссо.

С препринтом рассмотренной работы можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Nature News. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock (1 и 2).
donmigel_62: (кот - учёный)

Удалось узнать, жив ли кот Шредингера


Исследование квантовых состояний с 27 измерениями всегда представляет собой долгий многоступенчатый процесс с использованием технологии квантовой томографии, которая очень схожа с процессом создания 3D образа из 2D изображений. Вместо этого ученым удалось провести исследование напрямую в рамках единственного эксперимента, не требующего последующей обработки данных. В новой работе они продемонстрировали непосредственный способ исследования квантового состояния, который связан с орбитальным угловым моментом.

Технология непосредственного исследования позволяет напрямую определить состояние квантовой системы.

Впервые она была разработана в 2011 году учеными из Национального исследовательского совета Канады, которые использовали технологию для определения положения и момента протонов. В прошлом году исследовательская группа из Рочестера и Оттавы под руководством Роберта Бойда (Robert Boyd) доказала, что метод непосредственного исследования может применяться для измерения поляризации света. Эта новая научная работ впервые описывает применение этого метода к исследованию дискретной системы с большим количеством измерений.



Кажется, что непосредственное исследование волновой функции исключено на основе принципа неопределенности, идея которого в том, что некоторые свойства квантовой системы можно точно установить только в том случае, если другие свойства остаются неизвестными.

Однако метод непосредственного измерения включает в себя «уловку», которая делает его применение возможным. Это важно, поскольку в том случае, если мы хотим создать безопасные квантовые системы связи, нам необходимы точные и эффективные методы оценки состояний с большим количеством измерений.

Метод непосредственного исследования состоит из двух типов исследований: «осторожное» исследование, за которым следует «интенсивное» исследование.

В квантовой механике измерение квантового состояния необратимо искажает его. Данный феномен известен как коллапс волновой функции.

«Уловка» заключается в том, что первое исследование является таким осторожным, что не искажает систему и не приводит к коллапсу волновой функции.



«Можно сравнить такое исследование с беглым взглядом в ящик Шредингера для того, чтобы узнать, жив ли кот внутри, не открывая при этом коробку, – говорит ведущий исследователь Мехул Малик (Mehul Malik), который на данный момент проводит исследование после защиты докторской степени в Университете Вены (Австрия) и который являлся доктором наук в составе группы Бойда при проведении исследований. – Осторожное исследование по существу является неточным исследованием, которое, по большому счету, не проясняет, жив кот или мертв. Вместе с тем, оно позволяет получить часть информации о здоровье кота и при многократном повторении может почти точно ответить на вопрос о его состоянии».



«Наша работа доказывает, что непосредственное исследование является потрясающей альтернативой квантовой томографии, – говорит Роберт Бойд профессор оптики и физики из Университета Рочестера (Великобритания). – С расширением области применения квантовой информации можно ожидать, что метод непосредственного исследования будет играть все более важную роль в ее получении».


Бойд добавил, что, несмотря на неопределенность относительно того, насколько эффективен метод непосредственного измерения по сравнению с квантовой томографией, отсутствие последующей обработки данных является важнейшим фактором в контексте ускорения процедуры непосредственного измерения.

Малик, в свою очередь объяснил, что значимость «осторожного» исследования в том, что оно не разрушает систему в отличие от других распространенных методов исследования квантового состояния, позволяя проводить последующий анализ – «интенсивные» исследования других переменных величин.

Последовательность осторожных и интенсивных исследований затем повторяется для множества идентичных квантовых систем до тех пор, пока волновая функция не будет измерена с достаточной точностью.

.Университет Рочестера

donmigel_62: (кот - учёный)

Законы квантовой физики могут стать основой технологий изготовления одноразовой памяти, предназначенной для систем компьютерной безопасности

Ключи защиты информации


Некоторые системы компьютерной безопасности и ограничения доступа к информации могут стать неуязвимыми для противников любого уровня благодаря использованию в них базовых законов квантовой физики. Исследования в этом направлении, проведенные И-Кай Лиу (Yi-Kai Liu), ученым из американского Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST), продемонстрировали, что именно принципы квантовой механики позволят реализовать память, данные из которой можно прочесть физически только один раз, тип памяти, который невозможно реализовать с помощью законов обычной физики.


Одноразовая память (one-shot memory) может использоваться в самых различных областях компьютерной безопасности, таких, как переводы крупных сумм денег при помощи систем электронных переводов или передача конфиденциальной информации. В квантовую память такого типа можно записать одновременно два вида различной информации, которой могут быть, к примеру, коды доступа к банковскому счету отправителя и коды доступа к счету получателя. Получив каким-либо образом в свое распоряжение одноразовый носитель информации, злоумышленник не сможет воспользоваться значениями обоих ключей, и, следовательно, он сможет выполнить свои злонамеренные действия только с одним ключом, но не с двумя сразу.

"Когда злоумышленник овладевает физическим носителем информации, обычных методов защиты становится недостаточно. Любые коды и шифры поддаются взлому, а стертая информация, при использовании определенных методов, может быть восстановлена даже после многократной перезаписи ячеек памяти. Поэтому для построения устойчивых систем защиты информации требуется использовать такие носители, которые не допустят многократного считывания записанной на них информации" - рассказывает И-Кай Лиу, - "При создании таких носителей мы не можем положиться ни на один из существующих ныне методов защиты, для этого лучше всего использовать некоторые фундаментальные физические законы и явления, которые неприступны для взлома".

Естественно, информация в квантовой одноразовой памяти будет храниться в запутанных квантовых битах, кубитах, как и в других квантовых системах, используя квантовые свойства вещества, такие как поляризация или момент вращения (спин). Используя технологию квантового сопряженного кодирования (conjugate coding) в одну и ту же область квантовой памяти можно записать два раздельных набора данных, но так как процедура чтения может быть осуществлена только один раз, то пользователь будет иметь возможность восстановить только один набор данных.

Потенциальный риск для такого способа кодирования информации заключается в существовании и использовании более тонкого квантового явления, явления квантовой запутанности. Если потенциальный противник сумеет запутать с кубитами носителя информации другие квантовые частицы, то он сможет прочитать информацию с носителя столько раз, сколько ему будет угодно, получив в свое распоряжение оба ключа, что станет полным крахом для системы компьютерной безопасности.

Однако, в настоящее время, да и в ближайшем обозримом будущем, не существуют и не появятся технологии, позволяющие "припутать" к двум уже запутанным частицам третью частицу, не нарушая при этом квантового состояния всей системы. Поэтому, пока можно будет считать такой метод защиты информации достаточно надежным. "С практической точки зрения квантовые устройства являются в настоящее время еще очень сложными и очень дорогими. Но с учетом высочайшего уровня безопасности, который они могут обеспечить, их использование может быть обоснованным в некоторых случаях даже уже в наше время" - рассказывает И-Кай Лиу, - "Наши исследования являются лишь фундаментальными исследованиями в области применения квантовых систем для защиты информации, но в недалеком будущем такие системы несомненно появятся, и будут работать в реальном мире".

http://www.nist.gov/itl/math/onetime-011414.cfm
donmigel_62: (кот - учёный)

Продолжается усложнение квантовых цепей

Совместная группа ученых из Великобритании, Японии и Нидерландов создала на текущий момент самую сложную и функциональную интегрированную квантовую схему на основе кремния. Схема, состоящая из двух источников фотонов на кристалле кремния, способна одновременно генерировать и «сцеплять» фотоны. В перспективе подобная интегрированная цепь может использоваться для нужд квантовой обработки информации или в экспериментах квантовой оптики.

Квантовая интегрированная схема будущего.           
http://img.sci-lib.com/2014/01/19/b_1953_1.jpg
Квантовая интерференция лежит в основе многих алгоритмов обработки квантовой информации, а также ряда технологий, построенных на этих алгоритмах. Для наблюдения этого квантово-механического эффекта необходимо получить идентичные (не отличимые друг от друга) фотоны. Найти источники, способные испускать подобные частицы, до сих пор было довольно сложно.

Совместной группе исследователей из University of Bristol, Glasgow University (Великобритания) и Kavli Institute of Nanoscience at Delft University of Technology (Нидерланды) удалось решить эту задачу, впервые реализовав два абсолютно идентичных источника фотонов на одном кремниевом кристалле. Источники испускают сцепленные фотоны, что позволяет управлять ими с помощью дополнительных элементов на том же чипе.


Для генерации фотонов с помощью источников на кремниевом кристалле исследователи использовали луч «накачки» от инфракрасного лазера. Луч создавал фотонную пару посредством нелинейного взаимодействия с кремниевым материалом в рамках процесса, известного как спонтанное четырехволновое смешение. Луч попадал на две области на чипе (которые становились двумя источниками) и смешивались при помощи элемента светоделения, расположенного на том же чипе. В ходе эксперимента ученые контролировали длину пути, пройденного фотонами внутри источников, с помощью измерения температуры волноводов.

Благодаря предложенной структуре ученые впервые смогли изучить квантовую интерференцию между двумя источниками фотонов, расположенными на одном чипе. Результаты исследований (четкость интерференционной картины) показывают, что предложенные источники оказались хорошо подобранными друг к другу, что в свою очередь является необходимым условием для построения любой более масштабной квантовой оптической системы.

Большим преимуществом предложенной конструкции является то, что подобные структуры могут быть изготовлены с использованием методик, похожих на традиционные техники производства микроэлектронных компонент. Описанные цепи были созданы в лаборатории Toshiba с использованием стандартных методов работы с кремнием, однако можно было бы использовать любой процесс, доступный для производства CMOS. В долгосрочной перспективе ученые даже надеются создать устройства, совмещающие в себе квантовые фотонные и стандартные электронные компоненты на одном кристалле.

Предложенная учеными схема также может использоваться для выполнения более сложных экспериментов на чипе, нежели возможно в объемных структурах, построенных на основе идей волоконной оптики.


В настоящее время совместная научная группа планирует продолжить работу в направлении усложнения оптических цепей, объединив в одном устройстве все элементы, необходимые для создания интегрированных квантовых фотонных информационных систем на одном чипе. Сейчас им удалось успешно совместить квантовые источники и схемы, но следующая большая задача – включение в структуру одиночных детекторов фотонов, а затем – масштабирование результата до многих сотен компонент на одном кристалле. Это необходимо для выполнения более сложных задач.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nature Photonics.

http://nanotechweb.org/cws/article/tech/55851
donmigel_62: (кот - учёный)

Подтверждено протекание истинно квантовых процессов в фотосинтезе

Большинство светособирающих макромолекул состоит из прикреплённых к протеинам хромофоров, которые и придают молекулам их цвет. Именно на них приходится первый шаг в фотосинтезе — захват солнечного света и передача его энергии с высокой эффективностью. Отдельные эксперименты давали основания полагать, что это происходит в «волнообразной» манере, дискретно, с использованием квантовых феноменов. Именно на основе этих утверждений возникла и возмужала квантовая биология.

Но, как это часто бывает, ни одно важное утверждение не обходится без появления у него непримиримых противников. Все результаты экспериментов могут быть объяснены классической физикой, говорили они (при желании, добавим мы). Более того, всё это в принципе невозможно, поскольку для передачи энергии по цепочке требуется время существования состояний квантовой запутанности, превышающее лучшие экспериментальные достижения современных лабораторий. А ведь в последних используются сверхнизкие температуры, наподобие какого-нибудь жидкого гелия-водорода, которые недоступны живым существам! Само предположение о том, что безмозглые растения при комнатной температуре используют квантовую механику дольше, чем получается у физиков при температурах сверхнизких, смехотворно, уверены критики квантовой биологии.

Клетки фотосинтезирующих организмов с различимыми в них хлоропластами (фото Wikimedia Commons).

Но со временем физики научились значительно продлевать квантовую запутанность, а экспериментаторы, работающие с биологическими системами, интенсивно развивали метод надёжного отделения классических физмеханизмов, реализующихся в живых растениях, от механизмов квантовых...

И вот Эдвард О'Рейли (Edward O'Reilly) и Александра Олайя-Кастро (Alexandra Olaya-Castro) из Университетского колледжа Лондона (Великобритания) заявили, что такой метод ими уже создан и испробован на практике. «Перенос энергии в светособирающих макромолекулах происходит с помощью специальных колебательных движений хромофоров, — объясняет г-жа Олайя-Кастро. — Мы обнаружили, что свойства некоторых хромофорных вибраций, происходящих при фотосинтезе, никогда не будут объяснены с помощью классических законов физики; более того, такое неклассическое поведение увеличивает эффективность переноса энергии».


Упомянутые вибрации молекул суть периодические движения атомов в молекуле, которые отдалённо и упрощённо можно уподобить колебанию массы, закреплённой на конце пружины. Когда энергия коллективных вибраций, скажем, двух хромофоров совпадает с энергией, нужной электронам молекул для перехода с одного энергетического уровня на другой, возникает резонанс и происходит эффективный обмен энергией между вибрационными процессами и процессами, связанными с состоянием электронов.

Однако следует чётко понимать: с точки зрения классической физики вероятность того, что слишком много хромофор будет находиться в определённых пропорциях друг относительно друга и иметь при этом определённое количество энергии, ограничена и подчиняется положительному распределению вероятностей — и никакому иному.

А вот согласно исследованиям калифорнийских товарищей, на практике макромолекулы, участвующие в фотосинтезе, показали, что хромофоры в них имеют положение и импульс, подчиняющиеся отрицательному распределению вероятностей, которого по классической физике там не должно быть.

«Отрицательные значения в их распределениях вероятностей — признак истинно квантовых черт, а именно когерентного обмена единичными квантами энергии, — поясняет Эдвард О'Рейли. — Когда это случается, вибрационная и электронная степени свободы вместе на короткое время находятся в суперпозиции квантовых состояний. И это черта, которую не предсказать при помощи классической физики».

Прочие бимолекулярные процессы, такие как перенос электронов внутри макромолекул, происходящий, например, в фотосинтетических системах, структурные изменения в хромофорах после абсорбции фотона (зрения человека и животных), распознание молекулы другой молекулой (обоняние), тоже испытывают влияние специфических вибрационных процессов молекулярной природы. Таким образом, косвенно результаты исследования указывают на то, что и другие биологические системы могут эксплуатировать истинно неклассические феномены. Осталось лишь зарегистрировать в этих процессах отрицательные распределения вероятности для положения и момента отдельных компонентов?

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Communications, а его препринт доступен здесь.

Подготовлено по материалам Университетского колледжа Лондона.

Впервые о квантовой когерентности заговорили ещё летом 2013 года. В Science было опубликовано  доказательство того, что процессы фотосинтеза протекают при содействии квантовых эффектов — белковые "антенны" в хлоропластах растений и бактерий оказались синхронизированы на квантовом уровне, что в несколько раз улучшает эффективность захвата фотонов и их преобразование в электроны .

"Мы показали, что квантовая когерентность является причиной сверхвысокой эффективности преобразования фотонов в биологических системах, даже в те времена, когда растениям приходится менять пути транспортировки электронов под действием окружающей среды", — заявил Ник ван Хюлст (Niek van Hulst) из Института фотоники в Барселоне (Испания).

Ван Хюлст и его коллеги смогли впервые зафиксировать присутствие квантовых эффектов внутри компонентов системы фотосинтеза, создав особый микроскоп, позволявший им отслеживать изменения в их состоянии через фемтосекунду (10 в минус 16 степени секунды). За это время свет успевает пройти расстояние в несколько нанометров, что позволяет получать микроснимки молекул на разных этапах поглощения фотонов.

Ученые извлекли молекулы хлорофилловых "антенн" и других компонентов системы фотосинтеза из клеток пурпурных бактерий и проследили за тем, как они будут взаимодействовать со светом. Для этого ученые облучали их фемтосекундными импульсами света, получали снимки и наблюдали за тем, как менялось химическое состояние среды. Оказалось, что молекулы-"антенны" были синхронизированы на квантовом уровне, работая как одно целое в течение нескольких сотен фемтосекунд.

По словам физиков, это свойство помогает этим компонентам системы фотосинтеза захватывать фотоны и использовать их энергию для транспортировки свободных электронов даже при резких изменениях в условиях окружающей среды. Как полагают авторы статьи, данное свойство можно использовать для многократного улучшения КПД солнечных батарей в будущем, вплоть до 95% эффективности, которая характерна для растений.

donmigel_62: (кот - учёный)

Физики «встряхнули» конденсат Бозе-Эйнштейна

Физики изучили воздействие периодической внешней силы на конденсат Бозе-Эйнштейна. Такое воздействие, по их словам, можно представлять как обычную физическую встряску конденсата. Статья ученых появилась в журнале Physicale Review Letters, а ее краткое изложение приводится на сайте Американского физического общества.

Распад одного конденсата на множество конденсатов. Компьютерное моделирование Иллюстрация D.Vorberg et al.
Распад одного конденсата на множество конденсатов. Компьютерное моделирование Иллюстрация D.Vorberg et al.

Конденсат Бозе-Эйнштейна представляет собой систему, состоящую из бозонов, охлажденных до близкой к абсолютному нулю температуры. При таком охлаждении подавляющее большинство частиц оказывается в состоянии с минимальной энергией.

Как следствие, квантовые эффекты начинают проявляться на макроскопическом уровне. За получение этого конденсата в лаборатории в 1995 году Эрик Корнелл и Карл Виман были удостоены Нобелевской премии по физике 2001 года.


Как показали ученые в новой работе, воздействие периодической внешней силы приводит к «расщеплению» минимальных уровней. Конденсат разбивается на области, в которых частицы находятся на одном и том же новом уровне. Ученые говорят, что каждая из этих областей ведет себя как конденсат Бозе-Эйнштейна.

Свои выводы ученые подкрепили компьютерным моделированием. В частности, им удалось продемонстрировать динамику поведения такого конденсата – в нем частицы постоянно перетекают из области в область. Исследователи обнаружили также, что количество новых конденсатов всегда нечетно. Если количество областей четно, то некоторые достаточно быстро теряют все бозоны, пока число областей опять не станет нечетным.

По словам ученых, следующим шагом в исследовании должна стать экспериментальная проверка теоретических выводов.

Проверить их предлагается на известной экситонной модели конденсата Бозе-Эйнштейна. Роль бозонов в этой модели играют экситоныквазичастицы в полупроводнике, состоящие из связанных дырки и электрона. Встряску при этом предлагается моделировать с помощью лазера. Насколько хорошо такая модель будет соотносится с теорией, ученые ответить пока затрудняются.

В конце ноября исследователи из Австралии и Великобритании предложили способ пронаблюдать за конденсатом напрямую. Для этого ученые предложили использовать так называемую динамическую стабилизацию конденсата с помощью лазерного луча.

donmigel_62: (кот - учёный)

Впервые в истории науки конденсат Бозе-Эйнштейна был получен при комнатной температуре

Конденсат Бозе-Эйнштейна


Явление из области квантовой механики, известное под названием конденсата Бозе-Эйнштейна (Bose-Einstein Condensate, BEC), впервые было продемонстрировано в 1995 году. Эти эксперименты послужили доказательством того, что некоторые из квантовых явлений существуют не только на бумаге, но и в материальном мире. Естественно, что и как большинство других квантовых явлений, конденсат Бозе-Эйнштейна впервые был создан при температуре, близкой к абсолютному нулю, -273 градуса по шкале Цельсия. А недавно исследователи из научного центра Binnig and Rohrer Nano Center компании IBM оказались способны получить конденсат Бозе-Эйнштейна при комнатной температуре, используя специально разработанный для этого полимерный материал, лазер и несколько зеркал.


Специалисты компании IBM полагают, что результаты из экспериментов имеют огромный потенциал для их использования в создании ряда оптоэлектронных устройств, включая сверхскоростные оптические переключатели и высокоэффективные лазеры. Одним из практических применений высокотемпературного конденсата Бозе-Эйнштейна может стать изготовление так называемых атомарных лазеров, которые могут использоваться в процессах высокоточной литографии на уровне отдельных атомов, в научном оборудовании, позволяющем произвести измерения гравитационных полей и сил.

Вероятно, следует напомнить нашим читателям, что представляет собой конденсат Бозе-Эйнштейна? Это особое состояние материи, которое было теоретически описано в 1920-х годах Шатьендранатом Бoзе (Satyendra Nath Bose) и Альбертом Эйнштейном на основании существовавших на то время знаний об особенностях некоторых видов элементарных частиц, известных как статистика Бозе-Эйнштейна. Реальный конденсат Бозе-Эйнштейна получается тогда, когда разреженный газ, состоящий из частиц-бозонов охлаждается до самой допустимо низкой температуры. При этом все частицы газа переходят в самое низкое квантовое энергетическое состояние. Самым интересным в этом является то, что конденсат Бозе-Эйнштейна начинает действовать как один огромный атом, за счет того, что его атомы всегда имеют одинаковое квантовое состояние.

До последнего момента единственным методом получения конденсата Бозе-Эйнштейна было охлаждение облака частиц-бозонов до сверхнизких температур. Но, поместив полимерную пленку, толщиной 35 нанометров между двумя зеркалами и осветить получившуюся структуру светом лазера с определенными характеристиками, ученым IBM удалось создать конденсат Бозе-Эйнштейна при комнатной температуре. При этом, частицы-бозоны конденсата получаются за счет света, который проходит сквозь полимерную пленку и колеблется в ее пределах, много раз отражаясь от зеркал.

В данном случае состояние конденсата Бозе-Эйнштейна существует только в течение пикосекунд времени, но исследователи полагают, что конденсат уже существует достаточно долго для того, чтобы создать подобный лазеру источник света и оптический переключатель, которые могут стать основой будущих квантово-оптических коммуникационных систем.

После того, как исследователям удалось получить устойчивый эффект, приводящий к формированию конденсата Бозе-Эйнштейна, они собираются произвести дальнейшие исследования, направленные на получение контроля над квантовым состоянием суператома конденсата. Когда им удастся достичь этого в достаточной мере, такая квантовая система может быть использована во многих областях. О некоторых из этих областей мы упоминали выше, а еще одной важной областью является исследования в направлении реализации еще одного квантового явления - явления высокотемпературной сверхпроводимости.
donmigel_62: (кот - учёный)
Исследования доказывают эффективность применения квантовых точек в солнечных батареях.

Солнечные батареи, с встроенными недорогими, нетоксичными квантовыми точками на основе меди, могут достигнуть беспрецедентной долговечности и эффективности. К такому выводу пришли исследователи национальной лаборатории в Лос-Аламосе и корпорации "Шарп" (Los Alamos National Laboratory and Sharp Corporation).
Nontoxic quantum dot research improves solar cells

Сегодня был зафиксирован самый высокий показатель работы светочувствительной солнечной батареи с квантовой точкой. Научный сотрудник лаборатории в Лос-Аламосе Хантер МакДаниэль отметил, что надежная природа устройства делает возможным коммерциализацию этой недорогой, низкотоксичной фотогальванической технологии.


Солнечные батареи, о которых идет речь, основаны на новом поколении нетоксичных квантовых точек (не содержащих ни свинца, ни кадмия). Эти точки строго оптимизированы, чтобы уменьшить потери носителя тока от поверхностных дефектов и обеспечить наиболее полный обзор солнечного спектра.

"Новые солнечные батареи были проверены в национальной лаборатории по возобнавляемой энергии (National Renewable Energy Laboratory) и продемонстрировали рекордную эффективность преобразования мощности для устройств этого типа," - заявил Виктор Климов, директор Центра Передовой Солнечной Фотофизики (CASP).

http://phys.org/news/2013-12-nontoxic-quantum-dot-solar-cells.html
Источник: Российский Квантовый Центр

Profile

donmigel_62: (Default)
donmigel_62

March 2014

S M T W T F S
       1
2 3 4 5 6 7 8
9 10 11 12 13 14 15
16 17 1819202122
23242526272829
3031     

Syndicate

RSS Atom

Page Summary

Style Credit

Expand Cut Tags

No cut tags