День показа климатических полос
Завтра, 21 июня, отмечается День показа климатических полос — ежегодное мероприятие, призванное привлечь внимание к изменению климата. Полосы представляют собой узор из синих и красных полос, который отображает рост средней температуры поверхности за последние 150 лет. Этот дизайн использовался на плакатах, галстуках и зданиях. Теперь организаторы «Show Your Stripes» добавили новые полосы, которые демонстрируют недавние изменения температуры в верхних слоях атмосферы и в глубоком океане. Они также подготовили полосы, которые показывают ожидаемые изменения температуры в зависимости от сценариев будущих выбросов.
Идея климатических полос возникла в 2018 году, когда Эд Хокинс, учёный-климатолог из Университета Рединга в Великобритании, был приглашён выступить на книжном фестивале. Организаторы мероприятия попросили о менее техническом изображении климатических данных, чем обычно используются графики. «Я хотел найти способ говорить о климатических изменениях так, чтобы аудитория книжного фестиваля могла лучше это понять», — говорит Хокинс.
Вдохновлённый климатическим одеялом, связанным его коллегой из Рединга Элли Хайвуд, Хокинс разработал простой узор полос с характерной сине-красной цветовой палитрой. «Синий естественно ассоциируется с холодом, а красный — с жарой», — объясняет он. «Когда я вывел этот узор на экран на фестивале, я мог сказать по глазам людей, что они всё поняли».
Первый узор полос использовал локальные данные о температуре из города, где проходил фестиваль. Но ту же цветовую схему можно применить к данным из других городов, а также к планете в целом. Чтобы создать узор для конкретного места, можно посетить сайт [Show Your Stripes](https://showyourstripes.info/). Глобальный узор полос основан на более чем миллиарде отдельных измерений температуры. В этом узоре температуры ниже и выше средней температуры представлены синим и красным цветами соответственно, причём среднее значение взято за период 1961–2010 годов.
Новый способ управления световыми сигналами в оптических устройствах
Исследователи в Китае экспериментально продемонстрировали новый способ управления светом в оптических устройствах. Они смогли заставить свет организовываться в определённые паттерны импульсов, циркулируя в паре оптических волоконных петель, используя версию явления, называемого неэрмитовым скин-эффектом (NHSE), которое было предсказано, но ранее не наблюдалось. Эффект может быть использован для управления световыми сигналами в фотонных устройствах, таких как переключатели и маршрутизаторы.
В стандартной теории поведения электронов в металлическом кристалле периодическая атомная структура приводит к так называемым волнам Блоха — квантовым состояниям электронов, которые распространяются по всему кристаллу. Но в последние годы теоретики обнаружили удивительные результаты для сценария, в котором предполагается, что частица, такая как электрон, прыгает между соседними узлами в периодической решётке асимметрично. Локализация квантовых состояний частицы на краю или поверхности решётки, а не распространение по ней, является неэрмитовым скин-эффектом.
Тестирование теории оказалось сложным, но в 2020 году исследователи продемонстрировали NHSE со светом, а не с электронами. Они использовали оптическую волоконную схему, состоящую из двух петель немного разной длины, которые проходили через общий оптический ответвитель. Эта схема создала «временную фотонную решётку» — последовательность световых импульсов, равномерно расположенных во времени, с интервалом, определяемым разницей во времени распространения по двум петлям. Асимметричное «перепрыгивание» было создано за счёт различных условий потерь и усиления для силы сигнала в каждой петле, что позволило импульсам переключаться между петлями асимметрично.
Теперь Бин Ван и его коллеги из Хуачжунского университета науки и технологий в Китае продемонстрировали версию эффекта, которая проявляется в нелинейных условиях, то есть когда интенсивность света в оптической среде не просто пропорциональна энергии в начальном импульсе. Нелинейности позволяют распространяться самоподдерживающимся «одиночным» волнам (солитонам). В отличие от обычных световых импульсов, эти волны не рассеиваются легко внутри оптического носителя, поэтому они потенциально более устойчивы и, следовательно, полезны для передачи и обработки фотонной информации.
Улучшение светового излучения улучшает считывание атомов
Будущие квантовые технологии, основанные на атомах, потребуют быстрых и надёжных способов считывания квантового состояния атома. Но технические ограничения означают, что текущие методы часто оказываются слишком медленными, слишком подверженными ошибкам или и тем и другим. Теперь Цзянь Ван и его коллеги из Китайского университета науки и технологий продемонстрировали метод считывания, который обеспечивает беспрецедентную скорость и точность. Ключевым нововведением подхода является техника повышения скорости излучения фотонов атомом.
Обычно считывание атомов включает в себя направление лазерного света на захваченный атом, который может находиться в одном из двух квантовых состояний. Если атом находится в «тёмном» состоянии, он не будет реагировать на свет. Но если он находится в «светлом» состоянии, он поглотит свет и затем излучит фотоны. Затем для определения состояния атома можно использовать детектор фотонов. Скорость и точность этого считывания ограничены количеством фотонов, которые атом излучает за заданное время, когда он находится в светлом состоянии.
Ван и его коллеги поместили захваченный атом в оптический вариант эхо-камеры: так называемую микрополость Фабри-Перо. Резонансная частота этой структуры была настроена так, чтобы соответствовать частоте излучаемых атомом фотонов, что повысило скорость излучения атома за счёт явления, известного как эффект Перселла. Исследователи зарегистрировали до 18 миллионов фотонов в секунду по сравнению с несколькими миллионами в предыдущих экспериментах. С этим улучшением команда достигла рекордной точности считывания (99,985% за 9 микросекунд) и рекордной скорости считывания (всего 200 наносекунд для точности 99,1%).