Учёные из Пенсильванского государственного университета опровергли закон теплового излучения, которому уже 165 лет, открыв новые горизонты для эффективного использования энергии, теплопередачи и инфракрасного зондирования.
Их результаты, доступные на сервере препринтов arXiv, планируется опубликовать в журнале Physical Review Letters 23 июня.
Нарушение закона Кирхгофа
Закон Кирхгофа, сформулированный в 1860 году, гласит, что способность материала поглощать электромагнитное излучение на определённой длине волны и под определённым углом должна равняться его способности излучать на той же длине волны и под тем же углом.
Исследователи из Пенсильванского государственного университета продемонстрировали значительное нарушение этого закона. Это необходимо для достижения реальных практических возможностей, которые ранее были недостижимы.
Соавтор исследования, кандидат технических наук Чжэнон Чжан, говорит: «Способность сильно нарушать закон Кирхгофа не только открывает принципиально новый способ управления тепловым излучением, но и может улучшить применение в энергетике и сенсорах».
Визуализация фононного транспорта
Группа Гао Пэна из Международного центра квантовых материалов, Школа физики, Пекинский университет, разработала прорывной метод визуализации межфазного фононного транспорта с субнанометровым разрешением.
Используя быструю электронную неупругую рассеяние в электронной микроскопии, команда непосредственно измерила температурные поля и тепловое сопротивление на границах раздела, раскрыв микроскопический механизм фононного переноса тепла на наноуровне.
Исследование опубликовано в Nature под названием «Исследование динамики фононного транспорта на границе раздела с помощью электронной микроскопии».
Фононы играют центральную роль в теплопроводности, электрическом транспорте и взаимодействии света. В современных полупроводниковых устройствах несоответствия фононов на границах раздела материалов создают значительное тепловое сопротивление, ограничивая производительность. Однако существующие методы не обладают пространственным разрешением, необходимым для современных технологий с размером менее 10 нм.
Это исследование решает давнюю задачу в наномасштабной термофизике: измерение изменений температуры на границах раздела и сопротивления с атомной точностью. Оно предоставляет мощный новый инструмент для характеристики теплопереноса во встроенных границах раздела, дефектах и наноструктурах, которые являются ключевыми для полупроводников следующего поколения.
Уменьшение ошибок в квантовых компьютерах
В статье «Эффективная дистилляция магических состояний методом дистилляции нулевого уровня» исследователи из Высшей школы инженерных наук и Центра квантовой информации и квантовой биологии Университета Осаки разработали метод, который можно использовать для подготовки высокоточных «магических состояний» для квантовых компьютеров с значительно меньшими затратами и беспрецедентной точностью.
Квантовые компьютеры используют фантастические свойства квантовой механики, такие как запутанность и суперпозиция, для выполнения вычислений гораздо более эффективно, чем это могут делать классические компьютеры. Такие машины могут стимулировать инновации в таких разнообразных областях, как инженерия, финансы и биотехнология. Но прежде чем это произойдёт, необходимо преодолеть значительное препятствие.
«Квантовые системы всегда были чрезвычайно чувствительны к шуму», — говорит ведущий исследователь Томохиро Итогава. «Даже малейшее изменение температуры или одиночный фотон от внешнего источника могут легко разрушить настройку квантового компьютера, сделав его бесполезным. Шум — абсолютный враг квантовых компьютеров».
Учёные заинтересовались созданием так называемых отказоустойчивых квантовых компьютеров, которые достаточно надёжны, чтобы продолжать вычисления с высокой точностью даже при наличии шума. Дистилляция магических состояний, при которой одно высокоточное квантовое состояние готовится из множества зашумлённых, является популярным методом создания таких систем. Но есть загвоздка.
«Дистилляция магических состояний традиционно является очень трудоёмким процессом, поскольку требует много кубитов», — объясняет Кейсуке Фудзи, старший автор. «Мы хотели изучить, есть ли какой-нибудь способ ускорить подготовку высокоточных состояний, необходимых для квантовых вычислений».