Инновации – Драйверы прогресса и будущего

Моделирование Вселенной всегда считалось задачей для суперкомпьютеров. Космическая паутина, представляющая собой гигантскую сеть из галактик, скоплений, нитей и пустот, настолько сложна, что её изучение требовало миллионов часов вычислений. Теперь международная команда исследователей представила инструмент, который меняет правила игры: эмулятор Effort.jl способен выполнять те же задачи всего за несколько минут на обычном ноутбуке, сохраняя при этом высокую точность.

Учёные из Исследовательского института Скриппса и Института Аллена приступили к реализации масштабного проекта стоимостью 14,2 миллиона долларов, направленного на создание первой в мире карты интероцепции — системы, с помощью которой организм воспринимает внутренние сигналы. Интероцепция регулирует дыхание, сердечный ритм, давление, пищеварение и реакции иммунитета, являясь «шестым чувством», обеспечивающим поддержание внутреннего равновесия.

На протяжении десятилетий загадка гигантских каменных статуй острова Пасхи — моаи — не давала покоя археологам и физикам. Как древние жители Рапа-Нуи, не имевшие металлических инструментов и техники, смогли перемещать многотонные изваяния по пересечённому ландшафту острова? Новое исследование, проведённое группой учёных под руководством профессора антропологии Карла Липо из Бингемтонского университета (Государственный университет Нью-Йорка), дало убедительный ответ: моаи действительно «ходили».

Физики сделали важный шаг в развитии квантовой теории информации, устранив давний недостаток в одном из её ключевых математических утверждений — обобщённой квантовой лемме Стайна. Эта теорема лежит в основе так называемых теорий квантовых ресурсов, которые описывают, какие преобразования между квантовыми состояниями возможны при строго ограниченном наборе допустимых операций. Новая работа не только закрывает обнаруженный ранее пробел в доказательстве, но и возвращает теории квантовых ресурсов строгий аналог второго закона термодинамики, давно ожидаемый физиками и математиками.

Квантовая физика вновь поставила ученых перед парадоксом, который еще недавно казался скорее философской загадкой, чем реальным физическим эффектом. Исследователи сумели экспериментально подтвердить явление, которое на языке науки называют «отрицательным временем пребывания» частицы. Речь идет о ситуации, когда фотон, проходя через облако атомов, ведет себя так, будто покидает систему раньше, чем успевает в нее войти.

Физики из University of Oxford сообщили о важном прорыве в области квантовых технологий, впервые экспериментально реализовав эффект так называемого «четверного сжатия» — сложного квантового взаимодействия, которое ранее существовало лишь в теоретических моделях. Исследование открывает новый способ управления квантовыми системами и может сыграть важную роль в развитии квантовых компьютеров, сверхчувствительных датчиков и методов моделирования фундаментальных физических процессов.

Современная физика всё ещё не способна полностью объяснить структуру и поведение нашей Вселенной. Несмотря на исключительную точность Стандартной модели — фундаментальной теории, описывающей элементарные частицы и взаимодействия между ними — остаются загадки, выходящие за её пределы. Самая значимая из них — тёмная материя: невидимая субстанция, по гравитационным наблюдениям, составляющая до 85% всей массы во Вселенной, но не взаимодействующая со светом и другими известными силами.

Современная физика все чаще приходит к выводу, что привычная реальность может быть лишь поверхностью гораздо более сложного мира. За атомами, молекулами и элементарными частицами скрываются абстрактные структуры, которые невозможно увидеть напрямую, но именно они определяют свойства материи. Новое исследование японских физиков показывает, что твердые тела — от обычных металлов до квантовых материалов будущего — могут подчиняться скрытым геометрическим законам, существующим в пространстве квантовых состояний.

Исследователи из Японии и США совершили теоретический прорыв, показав, что фундаментальный феномен квантовой запутанности подчиняется универсальным закономерностям независимо от размерности пространства-времени. Группа под руководством Юи Кусуки из Университета Кюсю, при участии профессора Хироси Оогури и исследователя Шридипа Пала из Калифорнийского технологического института, применила методы из физики элементарных частиц для анализа квантовой теории информации в многомерных системах. Это позволило выйти за пределы прежних ограничений, сосредоточенных в основном на (1+1) мерных теориях, и обобщить результаты на произвольное число измерений.

Теория струн десятилетиями остаётся одной из самых загадочных и спорных идей современной физики. Она обещает объединить квантовую механику и гравитацию в единую систему законов природы, однако до сих пор не получила экспериментального подтверждения. Теперь международная группа исследователей сделала шаг, который многие физики уже называют крайне важным для всей фундаментальной науки: учёные показали, что ключевые элементы теории струн могут автоматически возникать всего из нескольких базовых математических предположений о поведении Вселенной.

Идея путешествий во времени десятилетиями считалась исключительно частью научной фантастики, однако современные исследования в области квантовой физики и теории относительности показывают, что некоторые формы взаимодействия с прошлым могут быть теоретически возможны. Группа физиков предложила механизм, который потенциально способен позволить передавать информацию назад во времени — по крайней мере на квантовом уровне.

Квантовые технологии считаются одной из самых перспективных областей современной науки, однако их развитие сталкивается с фундаментальной проблемой — чрезвычайной хрупкостью квантовых состояний. Даже минимальные колебания температуры, шум окружающей среды или производственные дефекты способны разрушить тонкие квантовые эффекты, на которых основана работа квантовых компьютеров и квантовых сетей. Новое исследование физиков из японского Центра квантовых вычислений RIKEN предлагает возможное решение одной из самых сложных задач этой области — устойчивой квантовой синхронизации.

Физики сделали важный шаг к созданию технологий будущего, способных передавать информацию не только с помощью света или электричества, но и при помощи управляемого квантового звука. Исследователи из Университета Макгилла и Национального исследовательского совета Канады разработали устройство, которое генерирует фононы — квазичастицы, связанные со звуковыми колебаниями вещества, — в условиях экстремально низких температур, близких к абсолютному нулю.

Стандартная модель физики элементарных частиц более полувека остается главным инструментом для описания устройства материи и фундаментальных взаимодействий. Именно она объясняет поведение кварков, лептонов, бозонов и трех из четырех фундаментальных сил природы. Однако ученые давно понимают, что эта теория неполна. Она не учитывает гравитацию, не объясняет природу темной материи и не отвечает на ряд вопросов о происхождении Вселенной. Теперь физики, работающие на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе, получили новые данные, которые могут стать одним из самых серьезных намеков на существование «новой физики» за последние годы.

Исследователи MIT установили новый рекорд точности флюксониевых кубитов в 99,998%, преодолев ограничения декогеренции и встречного вращения. Новые методы управления откроют путь к более надежным квантовым вычислениям. Развитие квантовых вычислений достигло новой вершины благодаря прорыву ученых из Массачусетского технологического института. Команда исследователей разработала флюксониевые кубиты с рекордной точностью в 99,998%, что представляет собой значительный шаг вперед в устранении ошибок и создании более надежных квантовых систем. Использование новых методов управления позволяет добиться исключительной стабильности кубитов, что является ключевым элементом для масштабирования квантовых вычислений и внедрения квантовой коррекции ошибок.

Турбулентность — одно из самых загадочных и сложных явлений физики. Она проявляется везде: в облаках, океанских волнах, промышленных реакторах и даже в пенящемся стакане газированного напитка. Но если турбулентные вихри воздуха и воды уже давно изучаются на основе фундаментальной теории Андрея Колмогорова, то оставался открытым вопрос: применима ли эта теория к турбулентности, вызванной пузырьками газа в жидкости?

Современная химия всё чаще демонстрирует, что границы, некогда считавшиеся непреложными, могут быть смещены. Одним из таких примеров стало новое достижение исследователей из Окинавского института науки и технологий, которые синтезировали стабильное 20-электронное производное ферроцена — соединения, построенного вокруг атома железа, «зажатого» между двумя органическими лигандами. Это открытие не только бросает вызов правилу 18 валентных электронов, считающемуся краеугольным камнем металлоорганической химии, но и открывает новые горизонты в области окислительно-восстановительных процессов, катализа и материаловедения.

Массачусетский технологический институт вновь удивляет мир. В попытке ответить на один из самых провокационных вопросов современной науки — является ли гравитация квантовой, — команда исследователей разработала уникальный эксперимент, который сочетает достижения атомной физики с глубокой теоретической механикой. Используя лазеры для охлаждения зеркала почти до абсолютного нуля, ученые предприняли попытку раскрыть квантовую природу гравитации — фундаментальной силы, которая до сих пор остается загадкой.

В условиях стремительно растущего объема цифровой информации ученые из Пекинского университета предложили инновационное решение проблемы хранения данных — использование ДНК как высокоплотного носителя информации. Разработанная ими технология «эпи-битов» позволяет записывать огромные объемы данных с помощью ферментативного метилирования. Этот метод имеет огромный потенциал благодаря высокой плотности, стабильности и экономической эффективности, что делает ДНК одним из самых перспективных инструментов для хранения информации в будущем.

Бозон Хиггса, открытый в 2012 году на Большом адронном коллайдере, остаётся одной из главных загадок физики элементарных частиц. Именно он отвечает за то, что фундаментальные частицы приобретают массу. Взаимодействие бозона Хиггса с тяжёлыми кварками уже подтверждено экспериментально и соответствует предсказаниям Стандартной модели. Но то, как он взаимодействует с более лёгкими кварками, до сих пор оставалось почти неизученным. Особенно сложно исследовать связь Хиггса с очарованными кварками, которые относятся ко второму поколению и формируют переходное звено между тяжёлыми и лёгкими компонентами материи. От ответа на этот вопрос зависит понимание того, действительно ли бозон Хиггса одинаково формирует массу всех кварков, включая те, что составляют атомные ядра.