«Если», 2016 № 02

КВАНТОВЫЙ МИР КОНТЕКСТ

▲ Изображение: Varner Benger

/нанотехнологии

/биотехнологии

/информационные технологии

Гравитационные волны — возмущения пространства-времени, движущиеся со стью света, являются прямым следствием уравнений общей теории относительности, предложенных Альбертом Эйнштейном в 1915 году. Косвенные свидетельства существования гравитационных волн известны с 1970-х годов. А 14 сентября 2015 года было получено прямое подтверждение: коллаборации LIGO и Virgo зафиксировали сигнал от гравитационных волн акустического диапазона. Их предполагаемый источник — слияние двух черных дыр с массой около 29 и 36 Солнц.

Изображение: Till Korten/McGill University

Международная группа исследователей работает над созданием биологического компьютера, использующего для передачи информации вместо электронов молекулы белка. Энергию «биологические агенты», двигающиеся по сети наноразмерных каналов согласно определенному алгоритму, получают от АТФ, так же как и клетки в живых организмах. Созданный прототип процессора площадью 1,5 см² решает одну математическую задачу — поиск всех возможных сумм чисел из заданного множества. В потенциале биологический компьютер может по ряду характеристик превосходить кремниевый: быть более компактным, энергоэффективным, безопасным для окружающей среды и обеспечивать более высокую степень параллелизации процессов.

Результаты исследования опубликованы в январе 2016 года в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

31 августа 2015 года компания Toshiba начала испытания системы шифрования на основе квантовой криптографии. Обычный оптический сигнал может быть измерен и, таким образом, считан. При квантовой передаче данных биты переносятся отдельными фотонами, измерить один параметр которых, не исказив другой, невозможно из-за принципа неопределенности. В результате любые попытки прослушивания или перехвата будут обнаружены, так как они изменяют сами данные.

В ходе испытаний полученные в Toshiba Life Science Analysis Center зашифрованные результаты анализа генома будут передаваться на расстояние примерно в 7 км, в Tohoku Medical Megabank (при университете Тохоку). Предполагается проверка стабильности скорости передачи и отслеживание влияния на работу системы условий окружающей среды, включающих погоду, перепады температуры и состояние оптического соединения. Таким образом компания Toshiba надеется оценить перспективы коммерциализации технологии. Программа испытаний рассчитана на 2 года.

Исследователи из университета Колорадо провели серию экспериментов, показывающих способность квантовых точек — полупроводников, электрические характеристики которых можно с высокой точностью контролировать за счет изменения их размера и формы, успешно справляться с бактериальными штаммами, в том числе устойчивыми к антибиотикам, и при этом действовать избирательно, не затрагивая другие клетки.

В ходе испытаний квантовые точки из теллурида кадмия уничтожили до 92 % клеток кишечной палочки (E.coli). В случае со штаммами бактерий, устойчивыми к антибиотикам, удалось добиться 29–50 % сокращения роста. При проверке воздействия квантовых точек на совместную культуру из кишечной палочки и клеток эмбриональной почки человека линии 293Т(НЕК 293Т) был подавлен только рост E.coli.

Результаты опубликованы в январе 2016 года в журнале Nature Materials.

Изображение: Eric Tastad

Для создания квантовых компьютеров необходима изоляция кубитов — квантовых разрядов, хранящих информацию, — от внешней среды, способной разрушать их квантовое состояние, необходимое для вычислений. Схема подобных элементов памяти была предложена более 15 лет назад. Электрон, помещенный рядом со сверхтекучим гелием, оказывается левитирующим на высоте нескольких нанометров над его поверхностью. Дополнительно зафиксировать в одном из направлений такие электроны можно с помощью электрического поля. В результате образуется «кристаллическая решетка», состоящая из электронов-кубитов. Однако способа измерения количества частиц и их состояния до сих пор не существовало.

Авторы статьи, опубликованной в журнале Physical Review в марте 2016 года, разработали устройство, позволяющее точно подсчитывать число задействованных электронов и определить колебательное состояние одной частицы (которое в кубитах будет играть роль нуля или единицы).

Изображение: University of Southampton

В 2016 году специалисты Оптического исследовательского центра университета Саутгемптона представили новый способ записи и хранения информации. С помощью фемтосекундных лазерных вспышек на термически стабильный диск наносятся три слоя наноточек. Их положение в трехмерном пространстве, ориентация и сторона представляют пять измерений для записи данных. Точки изменяют поляризацию проходящего сквозь диск света, что может считываться с помощью микроскопа и поляризатора. Получается миниатюрный носитель емкостью до 360 терабайт с потенциальным «сроком годности» до 13,8 миллиарда лет, выдерживающий к тому же температуры до 1000 градусов Цельсия.

Изображение: Trevor Douglas/lndiana University

Специалисты из университета Индианы разработали биологический нанореактор для производства водородного топлива из воды. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Chemistry в декабре 2015 года.

Конструкция состоит из покрытых белковой оболочкой, взятой от вируса-бактериофага Р22, генов кишечной палочки, отвечающих за выработку гидрогеназы — фермента, расщепляющего воду с образованием чистого водорода. Вещество, которое исследователи назвали P22-Hyd, может как создавать топливо, так и «сжигать» его, вырабатывая энергию.

Получившийся нанореактор экологичен, работает при комнатной температуре, а по эффективности сравним с платиной, обычно применяющейся в концептах водородных двигателей, при этом стоит значительно дешевле.

Изображение: mbeo

В 2015 году группа исследователей из Университета Дунхуа в Китае продемонстрировала технологию сгибания листов оксида графена с помощью инфракрасного света. Для этого ученые нанесли на лист полоски с полимером, впитывающие влагу из окружающей среды. При нагреве влага испаряется, заставляя лист сгибаться и принимать заранее заданную форму. Включая и выключая лазер, исследователи смогли заставить лист передвигаться в определенном направлении.

В марте 2016 года на ежегодном собрании Американского физического общества (APS) в Балтиморе представлена технология, позволяющая складывать графеновые листы, покрытые сверху слоем стекла.

Подобные техники послужат основой для создания нанороботов, гибких микросхем или других миниатюрных трехмерных объектов.