엔트로피를 줄이기위한 Maxwell의 유명한 사고 실험 버전을 구현

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.연구원들이 양자 게이트 텔레포트



새로운 연구에서 시연 된 모듈러 퀀텀 아키텍처의 네트워크 개요. 학점 : 예일 대학교 예일 연구원, 양자 택일 게이트 텔레포트 2018 년 9 월 5 일, 예일 대학

예일 대학교의 연구자들은 모듈 형 양자 컴퓨터 아키텍처 구축의 핵심 단계 중 하나 인 요구에 따라 두 큐 비트 사이의 양자 게이트의 "순간 이동 (teleportation)"을 시연했습니다. 연구 결과는 9 월 5 일 온라인 Nature 에 게재되었다 . 이 새로운 작업의 핵심 원리는 이전에 양자 자체를 전송하지 않고 두 당사자간에 미지의 양자 상태를 전송하는 데 사용 된 양자 역학의 고유 한 기능인 양자 텔레 포트 (quantum teleportation)입니다. Yale 연구원은 1990 년대에 개발 된 이론 프로토콜을 사용하여 어떤 직접적인 상호 작용에 의존하지 않고 양자 작동 또는 "게이트"를 실험적으로 실험했습니다. 이러한 게이트는 별도의 양자 시스템 네트워크에 의존하는 양자 계산에 필요합니다. 이는 많은 연구자들이 양자 컴퓨팅 프로세서에 내재 된 오류를 상쇄 할 수 있다고 말합니다. 수석 연구원 Robert Schoelkopf와 전 대학원생 Kevin Chou가 이끄는 예일 연구팀은 Yale Quantum Institute를 통해 양자 컴퓨팅에 대한 모듈 방식의 접근법을 연구하고 있습니다. 생물학 세포의 조직에서부터 최신 SpaceX 로켓의 엔진 네트워크에 이르기까지 모든 곳에서 발견되는 모듈성은 크고 복잡한 시스템을 구축하기위한 강력한 전략으로 입증되었습니다. 양자 모듈러 아키텍처는 큰 네트워크에 연결된 작은 양자 프로세서로서 기능하는 모듈 모음으로 구성됩니다. 이 아키텍처의 모듈은 서로 자연스럽게 분리되어있어 큰 시스템을 통해 원하지 않는 상호 작용을 줄입니다. 그러나 이러한 고립은 모듈 간의 작업을 뚜렷한 과제로 만든다고 연구원은 지적합니다. 순간 이동 게이트는 모듈 간 작업을 구현하는 방법입니다. "우리의 작업은 클래식 통신이 실시간으로 발생하는 곳에서이 프로토콜을 처음으로 시연함으로써 매번 원하는 작업을 수행하는 '결정 론적'동작을 구현할 수있었습니다."라고 Chou는 말했습니다. 완전히 유용한 양자 컴퓨터는 오늘날의 수퍼 컴퓨터보다 훨씬 빠른 속도로 계산 속도에 도달 할 수 있습니다. 예일 연구원은 최초의 완전한 양자 컴퓨터를 개발하기위한 노력의 최전선에 서 있으며 초전도 회로 로 양자 컴퓨팅 에서 선구자적인 작업을 수행해 왔습니다 . 양자 계산은 오류가 발생하기 쉬운 큐 비트 (qubit)라고하는 정교한 데이터 비트를 통해 수행됩니다. 실험용 양자 시스템에서 "논리적"큐 비트는 오류를 즉시 감지하고 수정하기 위해 "부수적 인"큐 비트로 모니터링됩니다. Schoelkopf는 "우리의 실험은 논리적 큐 비트 간의 2- qubit 연산에 대한 첫 번째 데모이기도합니다 . "이것은 오류 정정 가능 큐 비트 (quasits)를 사용 하는 양자 정보 처리에 대한 이정표 이다."

추가 정보 : 반도체 3-qubit 시스템에서 실험적으로 toffoli 게이트를 시연 자세한 정보 : Kevin S. Chou 외. 두 개의 논리 큐 비트 사이의 양자 게이트의 결정 론적 순간 이동, Nature (2018). DOI : 10.1038 / s41586-018-0470-y 저널 참조 : 자연 제공 : Yale University

https://phys.org/news/2018-09-teleport-quantum-gate.html





.물리학 자들은 재료 연구를 위해 매우 짧고 특수한 모양의 전자 펄스를 생성합니다.



전자 (녹색)는 레이저로 생성 된 테라 헤르츠 방사선 (빨간색)의 빔과 간섭하여 기울어 진 펄스로 변형됩니다. 크레딧 : Baum 2018 년 9 월 4 일, 콘 스탄 츠 대학

물질은 원자와 전자로 이루어져 있습니다. 예를 들어 현대 전자 현미경으로 원자를 볼 수는 있지만 원자 운동을 추적하려면 펨토초와 아토초 범위의 초단 측정 기간이 필요합니다. 이러한 매우 빠른 "카메라 셔터 속도"는 모션의 시간 척도보다 짧은 초단파 전자 펄스를 통해 도달 할 수 있습니다. 펄스가 짧을수록 해상도가 높아집니다. 그러나 실험에서 마찬가지로 중요하게 고려되는 것은 물질의 특성에 따라 공간과 시간에 전자 펄스를 특수하게 형성하는 것입니다. Konstanz 물리학자인 Peter Baum 교수와 그의 팀은 마이크로파 대신 레이저 빛의 빛주기를 사용하여 공간적, 시간적으로 초단파 전자 펄스를 직접 지시하고 제어하는 ​​데 성공했습니다 . 그 결과 펄스 기간 이 짧아 졌고 연구원은 펄스를 "기울이거나"즉 펄스 전방에 수직이 아닌 다른 방향으로 유도 할 수있었습니다. 이 발견은 과학 저널 Physical Review Letters의 최신판에 발표되었습니다 . 기울어 전자 펄스 재료 연구에 큰 잠재력을 제공하는 근본적인 변화가 마지막 단 펨토초 또는 아토초 - 10 사이의 기간 -15 10 -18 초. 이 시간은 결정과 분자의 원자 진동의주기 또는 개별적인 빛의 진동주기에 해당합니다. 기울어 진 펄스는 또한 초고속 공정을 분석하기 위해보다 강렬하고 짧은 X 선 플래시를 생성하는 자유 전자 레이저와 매우 관련이 있습니다. "우리의 결과 는 현대 전자 현미경의 이미징 해상도에서 레이저 펄스 처럼 절충 적으로 전자 펄스를 형성하고 제어 할 수 있음을 보여줍니다 ."라고 Peter Baum은 말합니다.



기울어 진 펄스, 레이저로 생성 된 테라 헤르츠 방사선 (적색)의 빔과 간섭하여 전자 (녹색)가 기울어 진 펄스로 변형됩니다. Copyright : Baum

양자 역학에 따르면, 가장 작은 규모의 입자 특성은 불확정성 원칙에서 위치와 운동량과 같은 쌍으로 나타납니다. 그리고 기울이기의 경우에? 레이저 광학에서, 꽤 다른 시간 동안 다른 색깔이 다른 방향으로 달리야한다는 것이 알려졌습니다. 그들의 실험에서 콘 스탄 츠 (Konstanz)와 뮌헨 (Munich)의 연구자들은 전자가 잔류 질량을 갖고 레이저 빛 처럼가 간섭 성이 아니더라도이 오래된 레이저의 법칙이 전자의 파동에도 똑같이 적용된다는 것을 입증했다 . 펄스 기울기와 각도 분산 사이의 측정 된 관계가 일반적으로 물리학의 모든 파동 현상에 유효 할 가능성이 있습니다. 이러한 의미에서 연구자들이 지금 달성 한 전자 펄스의 공간적 및 시간적 형성은 초고 재료 연구를위한 실제적인 사용뿐만 아니라 일반적으로 물리학에 근본적으로 흥미 롭다.

추가 탐색 : 밝혀진 원자 소우주의 과정, 추가 정보 : Dominik Ehberger et al. 기울어 진 전자 펄스, Physical Review Letters (2018). DOI : 10.1103 / PhysRevLett.121.094801 저널 참조 : Physical Review Letters 제공 : University of Konstanz

https://phys.org/news/2018-09-physicists-extremely-short-specifically-electron.html







.물리학 자들은 엔트로피를 줄이기위한 Maxwell의 유명한 사고 실험 버전을 구현합니다



악마가 양자 컴퓨터를 만드는 데 도움이 될 수 있습니까무작위로 채워진 5x5x5 원자 격자에서 엔트로피를 줄입니다. 각 행은 격자에있는 5 개의 평면의 스냅 샷을 보여줍니다. 상단 행은 125 개의 가능한 사이트로 구성된 3D 배열 중에서 원자의 초기 임의 분포를 보여줍니다. 두 번째 행은 첫 번째 정렬 이후의 원자 분포를 보여 주며 세 번째 행은 두 번째 정렬 이후의 분포를 보여줍니다.이 시점에서 목표 5x5x2 부 격자가 완전히 채워집니다. 이 과정은 시스템의 엔트로피를 약 2.4 배 감소시킵니다. 크레딧 : 펜실베니아 주 와이스 연구소 2018 년 9 월 5 일, 펜실베니아 주립 대학

과냉각되고 레이저로 갇힌 원자의 3 차원 격자에서 엔트로피가 감소하면 양자 컴퓨터 생성 속도가 빨라집니다. 펜 스테이트 (Penn State)의 연구원 팀은 무작위로 배열 된 원자 배열을 깔끔하게 정리 된 블록으로 재배치하여 열역학 제 2 법칙에 도전 한 1870 년대의 사고 실험 인 "맥스웰의 악마"의 기능을 수행 할 수있다. 조직화 된 원자 블록은 전하를 띄지 않는 원자를 사용하여 데이터를 인코딩하고 계산을 수행하는 양자 컴퓨터의 기초를 형성 할 수 있습니다. 연구를 설명하는 논문은 Nature 지에 2018 년 9 월 6 일에 게재 됩니다. 펜실베니아 주립 대학의 물리학 교수이자 연구팀의 리더 인 데이비드 와이스 (David Weiss)는 "전통적인 컴퓨터는 트랜지스터를 사용하여 데이터를 2 가지 상태 중 하나 인 비트로 인코딩합니다. "우리는 동시에 양자 상태 로 존재할 수있는 양자 역학 현상을 기반으로 데이터를 인코딩 할 수있는 양자 비트 (quantum bit) 또는 큐 비트 (qubit)로 원자 를 사용하는 양자 컴퓨터를 고안하고 있습니다. 많은 원자를 작은 영역에 맞추고 계산을 더 쉽고 효율적으로 만든다 "고 말했다. 열역학 제 2 법칙은 때때로 시스템의 무질서라고 생각되는 엔트로피가 시간이 지남에 따라 감소 할 수 없다고 말합니다. 이 법의 결과 중 하나는 영구 운동 장치의 가능성을 배제한다는 것입니다. 1870 년경 James Clerk Maxwell은 악마가 따뜻한 가스를 한 방향으로 통과시키고 더 시원한 원자를 통과시키는 가스의 두 챔버 사이에서 게이트를 열고 닫을 수있는 사고 실험을 제안했습니다. 에너지 투입이 필요하지 않은이 분류는 시스템에서의 엔트로피의 감소와 작업 수행을위한 히트 펌프로 사용될 수있는 두 개의 챔버 사이의 온도 차이를 유발하여 두 번째 법칙을 위반하게됩니다. "악마는 실제로 두 번째 법을 위반하지 않으며 악마처럼 행동하는 실험 시스템을 개발하려는 시도가 많이있었습니다."라고 Weiss는 말했습니다. "아주 작은 규모에서도 약간의 성공이 있었지만 많은 수의 원자를 조작 할 수있는 시스템을 만들었습니다. 마치 악마처럼 시스템의 엔트로피를 줄이는 방식으로 구성했습니다." 연구진은 레이저를 사용하여 125 개의 위치가 5 x 5 x 5 큐브로 배열 된 3 차원 격자의 원자를 트랩하고 냉각시킨다. 그 다음 그들은 무작위로 격자의 위치의 약 절반을 원자로 채 웁니다. 연구자들은 레이저 트랩의 양극을 조정함으로써 개별적으로 또는 그룹으로 원자를 이동시켜 무작위로 분포 된 원자를 재구성하여 5 x 5 x 2 x 4 x 3 x 3 격자의 서브 세트를 완전히 채울 수있다. "원자는 가능한 한 낮은 온도로 냉각되기 때문에 시스템의 엔트로피는 격자 내의 원자의 무작위 배열에 의해 거의 완전히 정의됩니다."라고 Weiss가 말했습니다. 원자가 과냉각되지 않은 시스템에서는 원자의 진동이 시스템의 엔트로피의 대부분을 구성한다. 이러한 시스템에서 원자를 구성하는 것은 엔트로피를 변화시키는 데별로 도움이되지 않지만 우리의 실험에서 우리는 원자 들은 시스템 내에서 약 2.4 배의 엔트로피를 낮춘다 . "

더 자세히 살펴보기 : 작은 다이아몬드에서 발견 된 초 래디 언스 양자 효과 추가 정보 : 맥스웰의 악마, Nature (2018) 의 실현에서 3 차원 광 격자에서 극저온 원자를 정렬 . www.nature.com/articles/s41586-018-0458-7 저널 참조 : 자연 :에 의해 제공 펜실베니아 주립 대학

https://phys.org/news/2018-09-demon-quantum.html#nRlv









Live Planes - Ultimative

A&B, study(egg mainhotspot project)

B/http://www.mdpi.com/2072-4292/10/8/1261
A/https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0






A&B/short-lived drops .초기 우주 문제의 작고 단 수명 방울



이 수치는 최고 및 최저 충돌 에너지 (2,000 억 전자 볼트 또는 GeV, 상부, 및 최대)에서 금 핵 (Au)과 중수소 (d)의 충돌에서 생성 된 핵 물질의 온도 분포의 순차적 스냅 샷 20 GeV, 바닥)의 에너지를 측정 할 수 있습니다. 이 계산에 따르면, 이러한 충돌에서 도달 한 온도는 1 조 도의 켈빈 (Kelvin)을 초과합니다. 이는 핵을 성분 쿼크와 글루온으로 구성된 물질 상태로 녹이기에 충분합니다. 그런 다음 시스템은 거의 완벽한 유체로 빛의 속도에 가깝게 팽창하고 빠르게 냉각됩니다. 흰색 화살표는 다른 속도로 팽창 할 때 유체의 속도를 나타냅니다. PHENIX 실험의 측정은 quark-gluon 플라즈마의 거동을 설명하는이 이론에 의해 예측 된 입자 흐름 패턴과 일치합니다. 이는 저에너지 에서조차도 입자 충돌이 초기 우주 쿼크 - 글루온 플라즈마를 생성한다는 해석과 일치합니다. 크레딧 : 미국 에너지 부, 2018 년 9 월 5 일, 미국 에너지 부

빅뱅 이후의 순간과 같은 것이 무엇 이었습니까? Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC)에서 큰 무거운 원자핵을 가진 작은 입자의 가장 낮은 에너지 충돌에서 나오는 입자는 그 해답을 얻을 수 있습니다. 과학자들은 입자가 거의 모든 눈에 보이는 물질의 빌딩 블록 인 쿼크와 글루온의 수프 형성과 관련된 거동을 나타냈다 고 밝혔다. RHIC의 PHENIX 실험 결과는 이러한 작은 규모의 충돌이 초기 우주를 모방 한 물질의 작고 단 수명의 얼룩을 만들어 내고 있음을 암시합니다. 이 얼룩은 빅뱅 직후 약 140 억 년 전에 형성된 문제에 대한 통찰력을 제공합니다. 과학자들은 쿼크 글루온 플라즈마 (quark-gluon plasma) 로 알려진 이 형태의 물질 을 만들고 연구하기 위해 RHIC을 만들었습니다 . 그러나, 그들은 금과 같은 두 개의 중 이온의 고 에너지 충돌에서만 쿼크 - 글루온 플라즈마의 징후를 처음에 볼 것으로 예상했다. 새로운 연구 결과는 RHIC와 유럽의 대형 Hadron Collider로부터 더 작은 이온이 무거운 이온과 충돌 할 때 쿼크 - 글루온 플라즈마가 생성 될 수 있다는 증거를 증가시킨다. 이 실험은 과학자들이이 놀라운 형태의 물질을 만드는데 필요한 조건을 이해하는 데 도움이 될 것입니다. RHIC에서의 semi-overlapping 금 - 금 충돌에서 충돌 방향에 수직이 아닌 "적도"에서 더 많은 입자가 나옵니다. 과학자들은이 타원형의 흐름 패턴은 입자가 충돌에서 생성 된 거의 완벽한 "자유 유동 액체와 같은 쿼크 글루온 플라즈마와 상호 작용함으로써 야기된다고 믿는다. 새로운 실험은 더 낮은 에너지와 더 작은 중수소 (하나의 양성자와 하나의 중성자로 만들어 짐)를 금 핵으로 충돌 시켜 완벽한 조건의 액체가 네 가지 충돌 에너지 에서 어떻게 발생 하는지를 배웠습니다 . 가장 낮은 에너지 에서조차도 입자들이이 중금속 - 금 충돌로부터 나온 방법의 상관 관계는 과학자들이보다 활발하게 일어나는 대 이온 충돌에서 관찰 한 것과 일치했다. 이러한 결과는이 소형 시스템에 쿼크 - 글루온 플라즈마가 존재한다는 생각을 뒷받침하지만, 그 결과에 대한 다른 가능한 설명이 있습니다. 하나는 글루온이 지배적이라고 생각하는 컬러 유리 응축액으로 알려진 또 다른 형태의 물질의 존재입니다. RHIC 과학자들은 추가 분석을 수행하고 실험 결과를 quark-gluon 플라즈마와 컬러 유리 응축수에 대한보다 자세한 설명과 비교하여이를 비교합니다.

제공 : 미국 에너지 부

https://phys.org/news/2018-09-small-short-lived-early-universe.html