Физики обнаруживают систему для преодоления давнего барьера на пути к новому поколению суперкомпьютеров
Теоретическое исследование физиков из RIKEN показывает, что многие тяжёлые атомные ядра имеют форму, более напоминающую сплющенный регбийный мяч, а не идеально сферическую. Это противоречит общепринятому мнению, которое существовало более полувека.
Неожиданное открытие
Иллюстрации атомов часто изображают ядро как круглую каплю, состоящую из нейтронов и протонов. Однако физики изначально предполагали, что ядра сферические, как футбольные мячи. Но в 1950-х годах Эйе Бор и Бен Моттельсон разработали теорию, предсказывающую, что многие тяжёлые ядра вытянуты в одном направлении, имея форму регбийного мяча.
Однако Такахару Оцука, приглашённый учёный в Центре науки об ускорителях RIKEN, всегда сомневался в этом. Он задавался вопросом, почему тяжёлые ядра должны быть похожи на регбийные мячи, которые круглые в поперечном сечении, а не иметь более общую форму, напоминающую миндаль, которая овальная в поперечном сечении.
Основные выводы исследования
Оцука и его коллеги показали в теоретическом исследовании, что практически все тяжёлые деформированные эллипсоидальные ядра на самом деле имеют триаксиальную форму, напоминающую миндаль, а не биаксиальную, как регбийные мячи. Это представляет собой серьёзный сдвиг в фундаментальном описании структуры ядра, которое укоренилось почти 70 лет.
Для работы команде Оцуки был необходим доступ к компьютеру Fugaku — одному из самых мощных суперкомпьютеров в мире. Это открытие влияет на то, как ядра вращаются, поскольку теперь они могут вращаться вокруг двух осей, а не одной. Это также имеет значение для поиска новых сверхтяжёлых ядер, которые тяжелее известных на сегодняшний день.
Создание революционных квантовых компьютеров
Мечта о создании революционных квантовых компьютеров — супермашин, которые кодируют информацию в отдельных атомах, а не в обычных битах, — сдерживалась серьёзной проблемой, известной как квантовая коррекция ошибок.
В статье, опубликованной в понедельник в журнале Nature, исследователи из Гарварда продемонстрировали новую систему, способную обнаруживать и устранять ошибки ниже ключевого порога производительности, потенциально обеспечивая работоспособное решение проблемы.
Новая система для квантовых вычислений
Команда продемонстрировала «отказоустойчивую» систему, используя 448 атомных квантовых битов, манипулируемых сложной последовательностью методов для обнаружения и исправления ошибок. Система использует физические и логические запутанные состояния, логическую магию и удаление энтропии.
Потенциал квантовых компьютеров
Квантовые компьютеры могут произвести прорыв в таких областях, как открытие лекарств, криптография, машинное обучение, искусственный интеллект, финансы и проектирование материалов. Однако для реализации этого революционного потенциала необходимо преодолеть ряд технических проблем, включая высокую частоту ошибок.
Первые шаги к созданию квантового компьютера
Исследователи из Гарварда, Массачусетского технологического института и стартапа QuEra Computing продемонстрировали систему, состоящую из более чем 3000 кубитов, которая может работать непрерывно в течение более двух часов и преодолевать технические препятствия, связанные с потерей атомов.
Исследование ядерного синтеза для будущего энергетики
Ядерный синтез, работающий по тому же принципу, что и на Солнце, должен стать устойчивым источником энергии в будущем. Для достижения синтеза необходимо удерживать плазму при температурах, превышающих сто миллионов градусов, с помощью магнитного поля и поддерживать это высокоэнергетическое состояние стабильно.
Измерение электрического потенциала в плазме
Для измерения потенциала плазмы используется неконтактный диагностический метод, называемый зондированием тяжёлыми ионами (HIBP). В этом методе отрицательно заряженные ионы золота (Au⁻) ускоряются и впрыскиваются в плазму.
Оптимизация транспортировки тяжёлых ионных пучков
Исследователи проанализировали эффективность транспортировки тяжёлых ионных пучков на низкоэнергетической стороне — от источника отрицательных ионов до входа в тандемный ускоритель — с помощью кода моделирования транспортировки ионных пучков IGUN. Работа опубликована в журнале Nuclear Fusion.
Результаты исследования
Результаты показали, что при токе пучка Au⁻ ниже 10 микроампер (мкА) пучок может проходить через входную щель во время ускорения. Однако при более высоких токах пучок расширяется из-за эффекта пространственного заряда, что приводит к значительным потерям пучка до входа в тандемный ускоритель.
Для повышения эффективности транспортировки пучков команда предложила использовать многоступенчатый ускоритель, расположенный между источником ионов и тандемным ускорителем, не только для ускорения, но и в качестве электростатической линзы путём оптимизации распределения напряжения.