Исследователи из Пенсильванского государственного университета опровергли закон теплового излучения, которому было 165 лет, с беспрецедентной силой. Это открывает путь к более эффективному использованию энергии, теплопередаче и инфракрасному зондированию.
Их результаты, доступные на сервере препринтов arXiv, планируется опубликовать в журнале Physical Review Letters 23 июня. Статья была выбрана редакцией для размещения на сайте журнала в качестве предложения редакторов.
Нарушение закона Кирхгофа
Учёные давно заметили, что способность материала поглощать электромагнитное излучение (например, солнечный свет и рентгеновские лучи) на заданной длине волны и под определённым углом должна быть равна его способности излучать на той же длине волны и под тем же углом. Это известно как взаимное соотношение, описанное немецким физиком Густавом Кирхгофом в 1860 году как закон теплового излучения Кирхгофа.
Хотя другие учёные уже нарушали этот закон два года назад, исследователи из Пенсильванского государственного университета продемонстрировали его значительное нарушение. Это необходимо для достижения реальных возможностей, которые ранее были недостижимы, по словам соавтора и кандидата наук в области машиностроения из Пенсильванского государственного университета Чжэнона Чжана.
Визуализация фононного транспорта на атомном уровне
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 напрямую 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».
Преодоление ограничений в квантовых вычислениях
В статье «Эффективная дистилляция магических состояний с помощью 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 высококачественных «магических состояний» для использования в квантовых компьютерах с значительно меньшими затратами и беспрецедентной точностью.
Квантовые компьютеры используют фантастические свойства квантовой механики, такие как запутанность и суперпозиция, для выполнения вычислений гораздо эффективнее, чем это могут делать классические компьютеры. Такие машины могут стать катализатором инноваций 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 номер один квантовых компьютеров».
Таким образом, учёные стали очень заинтересованы в создании 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 одна загвоздка.
«Дистилляция магических состояний традиционно является очень трудоёмким процессом, поскольку требует множества кубитов», — объясняет Кейсуке Фудзи, старший автор. «Мы хотели изучить, есть ли какой-нибудь способ ускорить подготовку высокоточных состояний, необходимых для квантовых вычислений».
Команда разработала «нулевую» версию дистилляции магических состояний, в которой отказоустойчивая схема разработана на физическом уровне кубита или «нулевом» уровне, а не на более высоких, более абстрактных уровнях. Помимо того, что этот новый метод требует гораздо меньше кубитов, он привёл к уменьшению пространственных и временных затрат примерно в несколько десятков раз по сравнению с традиционной версией в численном моделировании.
Итогава и Фудзи оптимистичны в отношении того, что эра квантовых вычислений не так далека, как мы думаем. Независимо от того, называем ли мы это магией или физикой, эта техника, безусловно, знаменует собой важный шаг на пути к созданию более крупных квантовых компьютеров, которые могут противостоять шуму.