양자 컴퓨팅의 질문 - 빛으로 전자를 이동하는 방법

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이젠 사랑할수 있어요 - 해바라기

.양자 컴퓨팅의 질문 - 빛으로 전자를 이동하는 방법

2019 년 2 월 12 일, 오키나와 과학 기술 연구소 양자 컴퓨팅의 질문 - 빛으로 전자를 이동하는 방법 양자 역학 유닛은 밀폐 된 챔버 내부에서 유지되고 거의 절대 0으로 냉각 된 액체 헬륨의 2 차원 전자를 포착합니다. 챔버 내부의 금속판과 구형의 거울은 마이크로파 빛 (적색 빔)을 반사하여 마이크로 웨이브 캐비티 (공진기)를 형성합니다. 갇힌 마이크로파는 액체 헬륨에 떠 다니는 전자와 상호 작용합니다. 학력 : 오키나와 과학 기술 대학원 대학원 - OIST

전자는 음으로 대전 된 전자의 움직임에 의존합니다. 물리학 자들은 새로운 기술에서 힘을 이용하려는 목표로이 입자들을 움직이는 힘을 이해하려고 노력합니다. 예를 들어 양자 컴퓨터는 골리앗 계산 작업을 수행하기 위해 정확하게 제어 된 전자를 사용합니다. 최근 오키나와 과학 기술 대학교 대학원 (OIST)의 연구자들은 마이크로파가 전자의 움직임에 어떻게 영향을 미치는지를 보여 주었다. 이 발견은 미래의 양자 컴퓨팅 기술에 기여할 수 있습니다. 일반 컴퓨터의 논리 연산은 0과 1을 기반으로하며이 이진 코드는 시스템에서 처리 할 수있는 정보의 양과 유형을 제한합니다. 원자 입자는 두 개 이상의 개별 상태로 존재할 수 있으므로 양자 컴퓨터는 전자 를 이용 하여 복잡한 데이터를 처리하고 채찍질 속도로 기능을 수행합니다. 실험을 위해 전자를 림보 (limbo)에 유지하기 위해 과학자들은 입자를 포착하고 입자를 행동에 변화시키는 힘에 노출시킵니다. Physical Review B 에서 2018 년 12 월 18 일에 발표 된이 새로운 연구에서 OIST 연구자들은 극한의 진공 챔버에 전자를 가두어 전자 레인지로 처리했습니다. 입자와 빛은 서로의 움직임을 바꾸고 에너지를 교환하여 미래의 마이크로 칩 인 양자 정보를 저장하는 데 잠재적으로 사용될 수 있음을 시사합니다. "이것은 양자 정보를 저장하고 양자 컴퓨팅을 목적으로 전자의 새로운 상태를 만드는 더 많은 연구를 필요로하는 프로젝트에 대한 작은 단계 "라고 Jiabao Chen은 OIST Quantum의 연구원이자 대학원생이다. 역학 단위, 데니스 콘스탄티노프 교수. 전자 일렉트론 방사 빠르고 진동하는 전기장과 자기장으로 구성된 빛은 환경에서 만나는 충전 된 물질을 밀어 낼 수 있습니다. 빛이 만나는 전자와 동일한 주파수로 진동하면 빛과 입자가 에너지와 정보를 교환 할 수 있습니다. 그럴 때, 빛과 전자의 움직임은 "결합"된다. 에너지 교환이 환경 내의 다른 빛 - 물질 상호 작용보다 빠르게 발생한다면, 그 움직임은 "강하게 결합"된다. 여기서 과학자들은 전자 레인지를 사용하여 강력하게 결합 된 상태를 달성하기 시작했습니다. "강력한 커플 링을 달성하는 것은 빛을 사용하는 입자에 대한 양자 역학 제어에 대한 중요한 단계입니다. "우리가 물질의 비 고전적 상태를 생성하고 싶다면 이것은 중요 할 수 있습니다." 강한 커플 링을 명확하게 관찰하려면 전자가 주변 물질과 충돌하거나 열과 상호 작용할 때 발생하는 환경에서 오도 된 노이즈로부터 전자를 격리하는 것이 좋습니다. 과학자들은 반도체가 절연체를 만나는 반도체 인터페이스에서 전자에 대한 전자파의 영향을 연구하여 전자의 운동을 하나의 평면으로 제한했습니다. 그러나 반도체는 전자의 자연스러운 움직임을 방해하는 불순물을 함유하고있다. 어떤 물질에도 결함이 전혀 없으므로 양자 역학 장치는 마이크로파를 반사하는 두 개의 금속 거울이 장착 된 극한의 진공 봉인 챔버에서 전자를 격리하는 대신 다른 솔루션을 선택합니다. 셀이라 불리는 작은 원통형 컨테이너는 각각 절대 온도가 0에 가까운 액체 헬륨 풀을 포함 합니다. 헬륨은이 극단적 인 온도에서 액체 상태를 유지하지만 물질 내부에 떠 다니는 불순물은 동결되어 세포 측면에 달라 붙습니다. 전자는 헬륨 표면에 결합하여 효과적으로 2 차원 시트를 형성합니다. 연구원은 셀 내의 두 개의 거울 사이의 빛을 포획함으로써 대기 전자를 마이크로파와 같은 전자기 복사에 노출시킬 수 있습니다. 이 비교적 단순한 시스템은 마이크로파가 전자의 회전에 미치는 영향을 보여 주었는데, 이는 반도체에서 보이지 않는 효과였습니다. "우리의 설립에서, 우리는 물리적 현상의 과정을보다 명확하게 결정할 수 있습니다."라고 Quantum Dynamics Unit의 종이 및 박사후 학자 인 Oleksiy Zadorozhko 박사는 말했습니다. "우리는 마이크로파가 전자의 운동에 중요한 영향을 미친다는 것을 발견했다." 양자 컴퓨팅 파워 업 물리학 자들은 그들의 발견을 수학적으로 기술하고 개별 전자의 속도, 위치 또는 전반적인 전하의 변동이 강한 결합 효과에 거의 영향을 미치지 않는다는 것을 발견했다 . 대신 입자와 전자 레인지의 평균 이동은 그들간에 에너지와 정보를 교환하는 것처럼 보였다. 연구자들은 장래에 액체 헬륨 시스템이 전자에 대한 정밀한 제어를 허용함으로써 표준 데이터를 하드 드라이브에 저장하는 것과 유사한 양자 정보를 읽고 쓰고 처리 할 수 있기를 희망합니다. 이 시스템에 대한 이해가 높아짐에 따라 Quantum Dynamics Unit은 큐 비트 (양자 정보) 비트에 대한 산업 표준을 향상시키는 것을 목표로합니다. 그들의 노력은보다 빠르고 강력한 양자 기술 개발로 이어질 수 있습니다.

추가 정보 : 양자 세계와 고전 세계 사이의 격차 해소 자세한 정보 : Jiabao Chen 외. 단일 모드 공동 공진기에 대한 2 차원 전자 앙상블의 강한 결합, Physical Review B (2018). DOI : 10.1103 / PhysRevB.98.235418 AA Zadorozhko et al. 액체 헬륨의 2 차원 전자 가스에서 전자기 유도 전도성 진동의 원형 편극 의존성 연구, Physical Review Letters (2018). DOI : 10.1103 / PhysRevLett.120.046802 저널 참조 : 물리적 검토 B 물리적 검토 편지 :에서 제공하는 과학 기술의 오키나와 연구소

https://phys.org/news/2019-02-quantum-computinghow-electrons.html

.왼손잡이 또는 오른 쪽 분자는 물질 구조에 손을 빌려 준다

2019 년 2 월 11 일, 라이스 대학교 왼손잡이 또는 오른 쪽 분자는 물질 구조에 손을 빌려 준다. 전자 현미경을 통해 보이는 블록 공중 합체의 재구성은 그들이 기본 분자에 의해 확립 된 키랄성 (chirality) 또는 손잡이 (handedness)를 따르는 방법을 명확히 보여 주며 왼쪽 또는 오른쪽으로 비틀어 진 나선형 구조로 성장합니다. 그들의 통제 가능한 '손으로 만듦'과 조정 가능성은 독특한 광학 품질을 지닌 소재로 이어질 수 있습니다. 학점 : 룽밍 호 / 국립 청화대

아래와 같이 위와 같습니다. 이것은 기본적인 키랄성 (chirality)으로 시작하는 분자의 작동 원리 인 것처럼 보이며, 더 큰 구조로 결합 될 때 전달됩니다. 라이스 대학의 재료 과학자 에드윈 토마스를 포함 국제 팀은 몇몇의 그것의 상향식 (bottom-up) 제작의 새로운 근본적인 세부 치러야 블록 공중 합체 , 합성 물질 자연스럽게 작은 빌딩 블록으로부터 자신을 조립. 그들은 폴리머의 가장 작은 빌딩 블록 (단량체)에 의해 확립 된 왼쪽 또는 오른쪽 키랄성이 미세한 물질이 자연적으로 흔히 발견되는 것과 비슷한 더 큰 규모의 나선형 구조 (예 : 헬리컬 DNA)를 형성하기 위해 함께 복제됨을 확인했습니다. 독특한 속성을 가진 재료를 생성 할 수 있습니다 . "속성 관점에서 볼 때 키랄성은 광학 분야에서 매우 크다"고 토마스는 말했다. "키랄 엔티티의 자기 조립을 제어하여 슈퍼 키랄 엔티티를 10 배 또는 100 배 더 크게 만들 수 있기 때문에 가시 광선 또는 적외선 과도 상호 작용할 수 있습니다 ." 대만의 라이스 교수 (Rice 교수) 실험 동료가 이끄는 발견 은 국립 과학원 회보 (Proceedings of the National Academy of Sciences) 에서 논문의 초점이다 . Thomas와 그의 팀은 블록 공중 합체에 대한 전문성을 개발하는데 수년을 보냈습니다. 이것은 대체 층을 포함하여 많은 독특한 패턴으로 조립 될 수있는 메타 물질의 부류입니다. 그들이 만든 하나의 교번 층 공중 합체는 마이크로 스케일 탄환의 에너지를 흡수 할 수 있음을 증명했으며, 다른 하나는 변색을 감지 할 수있는 식품 포장에서 센서 역할을 할 수있는 색상 변화 필름을 만들었으며 색상을 가역적으로 쓰는 데 사용할 수있는 다른 필름을 만들었습니다. 일반 종이에. Thomas는 본질적으로 키랄성의 중요성, 특히 왼손잡이 분자는 구원자가 될 수있는 반면 동일한 분자는 우연이지만 독성이있는 약물 설계에서 중요하다고 지적했습니다. 자연을 모방 한 키랄 특정 공중 합체는 독특하고 조정 가능한 특성을 지닌 가볍고 유연한 화합물이 될 수 있다고 그는 말했다. 대만의 National Tsing Hua 및 National Chung Cheng 대학의 과학자들은 단량체로부터 폴리머 실린더 배열을 성장 시켰고 단층 촬영 전자 현미경 3 차원 재구성 및 실린더가 분자 빌딩 블록에 의해 지시 된대로 좌 또는 우로 비틀어 진 비디오를 통해 보여주었습니다. Thomas는 결과적인 탄성 중합체가 특정 파장의 빛 에 반응하도록 요구에 따라 늘어나고 조정될 수 있다고 말했다 . "우리는 오른 손잡이 빛을 반사하고 왼손잡이 빛을 투과시키는 광결정을 만들 수 있습니다."라고 그는 말했다. "원 편광을 사용하면 한 손으로 전달할 수 있고 다른 손으로 반사 할 수 있습니다. 오른쪽은 거울이고 왼쪽은 완벽하게 투명합니다. " 빛이 매력적이기 때문에 이러한 물질 로 빛을 실험하기를 고대하고 있습니다."토마스가 말했다. "자료를 조작함으로써 문자 그대로 볼 수있는 것을 할 수 있습니다." 그는 더욱 복잡한 키랄 물체의 생성을 기대합니다. "우리가 우 - 키랄 구조에 융합하는 좌 - 키랄 구조를 만들 수 있다면 어떻게 될까요? 우리가 3 차원에서 할 수 있다고 가정하면 어떻게 될까요? "우리가 뭔가를 풀 때마다 또는 흥미로운 점을 발견했다고 생각할 때마다, 우리가 한 모든 일은 수천 가지의 새로운 질문을 열었다"고 그는 말했다. "새로운 질문이 있습니다."

더 알아보기 : 키랄 게 더 자세한 정보 : Hsiao-Fang Wang el al., "블록 공중 합체 어셈블리에 대한 키랄성의 일반화", PNAS (2019). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1812356116 저널 참조 : 국립 과학 아카데미 회보 :에 의해 제공 라이스 대학 (Rice University)

.양자 학습의 숨겨진 거북이 패턴을 보여주는 기계 학습

2019 년 2 월 11 일, 시카고 대학 양자 학습의 숨겨진 거북이 패턴을 보여주는 기계 학습 센터에서 발사 된 양자 입자의 기계 학습 분석은 거북이와 유사한 패턴을 보여줍니다. 따뜻한 색은 더 많은 활동을 나타냅니다. 신용 : 레이 펭

2 년 전 시카고 대학 (University of Chicago)의 물리학 자들은 새로운 형태의 양자 행동을 발견했을 때 제트기에서 폭발하는 불꽃 놀이로 인사를 나누었습니다. 그러나 밝은 제트기의 기본 패턴은 소음에서 추출하기가 어려웠습니다. 대신, 과학자들은이 분야에 새로운 접근 방식을 취했습니다 : 기계 학습. 패턴 인식 알고리즘을 통해 데이터를 실행함으로써 원자의 경로가 거북이처럼 보이는 고유 한 모양을 형성한다는 사실을 확인 했으므로 그 뒤에있는 물리학을 알아낼 수있었습니다. 과학 에서 2 월 1 일 출판 결과 는 양자 역학에 대한 우리의 이해를 향상시키고 양자 현상을 연구하는 혁신적인 방법을 제공합니다. "복잡한 양자 역학을 이해할 때, 우리는 직관에 의해 제한되기 시작하지만, 기계 학습은 그러한 시스템을 이해하는 새로운 도구가 될 수 있습니다."라고 시카고 대학의 물리학 교수이자 물리학 교수 인 Cheng Chin은 말했다. 가장 작은 입자와 우주의 거동을 뒷받침하는 양자 현상을 연구하기위한 극저온 실험. 최초 연구에서 Chin의 실험실은 입자가 Bose-Einstein 응축 물이라고 불리는 동일한 양자 상태로 응축 될 때까지 거의 절대 0까지 입자를 냉각 시켰습니다. 다음으로, 그들은 자기장 을 가했고, 밝은 제트기에서 원자들이 튀어 나오는 것을보고 놀랐습니다.

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학점 : 시카고 대학 그러나 정확한 패턴은 소음들 사이에서 쫓아 내기가 어려웠습니다. 새로운 연구의 첫 번째 저자 인 Lei Feng은 인간의 눈이 항상 볼 수없는 패턴과 상관 관계에 대한 결과를 검색하는 기계 학습 알고리즘을 개발했습니다. "이것은 기차역에서 움직이는 사람들의 흐름을 보는 것과 유사합니다."라고 Cheng은 말했다. "처음에는 무작위로 보였지만주의 깊게 관찰하면 함께 여행하는 가족, 회의에가는 사업 사람들 등을 찾을 수 있습니다." 알고리즘은 거북이와 유사한 형태로 상관 관계를 추출했다. "쉘"을 형성하는 중심 소스 주위의 고리. 주변에 발과 같이 나타나는 4 개의 보조 지점; 두 개의 확장 된 점을 "머리"와 "꼬리"로 나타냅니다. "입자가 한 방향으로가는 것을 보면, 항상 45도 각도의 입자가 있습니다."라고 Feng은 말했다. 본질적으로 일련의 연쇄 반응입니다. 첫 번째 입자는 서로 가까이에서 상호 작용하며 소스와 상호 작용합니다. 입자들이 상호 작용할 때 다음 반지가 형성됩니다. 이 현상의 배후에있는 물리학은 고조파 발생이라고합니다. "본질적으로 각 이미지는 그러한 거북이 패턴으로 구성되어 있습니다."라고 Cheng은 덧붙였습니다. "그것은 거북이에 이르기까지 모두."

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대학원생 인 Lei Feng이 개발 한 알고리즘은 양자 입자에 흥미로운 패턴을 보여주었습니다. 신용 : 레이 펭 " 전통적인 상관 방법으로 패턴 인식 을 확인했습니다 ."라고 Feng은 말했습니다. "그것은 우리가 발견 한 패턴보다 덜 포괄적 인 원자 쌍 사이의 관계를 관찰함으로써 가능합니다." 과학자들은 기계 학습이 양자 역학 연구에서 새로운 현상을 밝히는데 매우 유용 할 수 있다고 생각합니다. " 패턴을 인식하는 것이 항상 과학의 첫 번째 단계이기 때문에 이러한 유형의 기계 학습 은 숨겨진 관계와 특징을 식별 할 수 있습니다. 특히 많은 입자 가있는 시스템을 이해하려고 노력할 때 도움이됩니다 . 이러한 행동에 대한 더 깊은 이해는 언젠가는 더 먼 거리를 가로 질러 양자 네트워크의 도달 범위를 확장하는 것과 같은 기술에 영향을 미칠 수 있다고 그는 말했다. 탐험 : 과학자들은 초저온에서 원자의 불꽃 놀이를 봅니다 .

더 자세한 정보 : Lei Feng et al. 패턴 인식에 의해 밝혀낸 물질 - 파동 제트의 고조파 발생에 대한 상관 관계, Science (2019). DOI : 10.1126 / science.aat5008 저널 참조 : 과학 곁에 제공하는 : 시카고 대학

https://phys.org/news/2019-02-machine-reveals-hidden-turtle-pattern.html

.과학자들은 가장 작은 광 주파수 콤을 최신으로 구축합니다

2019 년 2 월 12 일 Ecole Polytechnique Federale de Lausanne , 미소 공진기 주파수 빗 시스템의 사진. 신용 : Arslan Raja / EPFL

광 주파수 콤은 정밀한 측정에 사용할 수있는 일련의 이산 동등 간격의 주파수 라인으로 구성된 스펙트럼을 가진 레이저 소스입니다. 지난 20 년 동안, 그들은 정밀 거리 측정, 분광학 및 전기 통신과 같은 어플리케이션을위한 주요 도구가되었습니다. 모드 로크 (mode-lock) 레이저를 기반으로 하는 상업적으로 이용 가능한 광 주파수 빗 소스 의 대부분 은 크고 값이 비싸서, 대량 및 휴대용 애플리케이션에서의 사용 가능성을 제한한다. 2007 년에 초소형 공진기를 사용한 광 주파수 빗의 칩 스케일 버전이 처음으로 시연되었지만 완전히 통합 된 형태는 높은 재료 손실과 복잡한 여기 메커니즘으로 인해 어려움을 겪었습니다. 러시아 Quantum Center의 EPFL과 Michael L. Gorodetsky의 Tobias J. Kippenberg가 이끄는 연구팀은 칩 스케일 인듐 인화물 레이저 다이오드와 실리콘 질화물 (Si (실리콘))을 사용하여 88GHz의 반복 속도로 작동하는 통합 솔리 톤 마이크로 콤을 만들었습니다 3 N 4 ) 미세 공진기. 크기가 1cm3에 불과한이 장치는 현재까지 가장 작습니다. 실리콘 질화물 (Si 3 N 4 ) 미세 공진기는 통합 포토닉스에서 전례없는 낮은 손실을 산출하는 특허받은 광 다 마신 리플 로우 공정을 사용하여 제작됩니다. 이러한 초저 손실 도파관은 칩 기반 레이저 다이오드 와 광 주파수 빗 의 생성을 근간으로하는 소산 커 솔리 톤 (solitonon) 상태를 여기시키는 데 필요한 전력 레벨 사이의 갭을 연결합니다 . 이 방법은 기존의 벌크 레이저 모듈과 달리 상업적으로 이용 가능한 칩 기반 인화 인듐 레이저를 사용합니다. 보고 된 연구에서 미소 공진기의 고유 산란 (intrinsic scattering)으로 인해 레이저 광의 작은 부분이 다시 레이저로 반사된다. 이 직접 피드백은 레이저를 안정화시키고 솔리 톤 빗을 생성하는 데 도움이됩니다. 이것은 공진기와 레이저가 하나의 칩에 통합되어 과거의 기술에 비해 독특한 개선을 제공한다는 것을 보여줍니다. Kippenberg는 "전기적으로 구동되며 차세대 애플리케이션, 특히 LIDAR 및 데이터 센터의 정보 처리 요구 사항을 충족시키기 위해 완전히 광자 적으로 통합 될 수있는 광 주파수 빗 소스에 상당한 관심이 있습니다. "이것은 소산 커 솔리 턴 (Kerr solitons) 분야의 기술적 진보를 나타낼뿐만 아니라 캐비티로부터의 빠른 피드백과 함께 비선형 동역학에 대한 통찰력을 제공합니다." 전체 시스템은 1cm3 미만의 부피에 들어갈 수 있으며 전기적으로 제어 할 수 있습니다. "compactness, 쉬운 튜닝 방법, 저비용 및 낮은 반복률 작동으로 대량 생산이 가능한 응용 분야에서이 마이크로 콤 시스템을 흥미롭게 만듭니다"라고 Ph.D. 학생 Arslan Sajid, 연구의 리드 저자. "주요 이점은 빠른 광학 피드백으로, 능동 전자 또는 기타 온칩 튜닝 메커니즘의 필요성을 제거합니다." 과학자들은 이제 다중 분광기와 통합 된 분광기를 시연하고 마이크로파 반복 원을 마이크로파 반복 속도로 밀어내는 제조 과정과 통합 방법을 개선하는 것을 목표로한다.

더 자세히 살펴보기 : 초소형 공진기는 빛 펄스를 감지하는 간단한 접근법을 제공합니다. 자세한 정보 : Arslan S. Raja 외, 전기 펌핑 광 솔리톤 마이크로 콤브, Nature Communications (2019). DOI : 10.1038 / s41467-019-08498-2 저널 참고 자료 : Nature Communications :에 의해 제공 로잔 연방 공과 대학교

https://phys.org/news/2019-02-scientists-smallest-optical-frequency-to-date.html