물리학 자들은 양자 컴퓨터를 사용하여 시간을 역전시킨다
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마루 - 알지만
.물리학 자들은 양자 컴퓨터를 사용하여 시간을 역전시킨다
2019 년 3 월 13 일, 모스크바 물리 및 기술 연구소 , 크레디트 : @ tsarcyanide / MIPT
모스크바 물리 기술 연구소의 연구원은 미국과 스위스의 동료들과 팀을 구성하여 양자 컴퓨터의 상태를 과거와 비교할 때 1 초의 속도로 되돌려주었습니다. 그들은 또한 빈 성간 공간에서 전자가 자발적으로 최근의 과거로 되돌아 갈 확률을 계산했다. 이 연구 는 Scientific Reports에 발표되었습니다 . "이것은 열역학 제 2 법칙 을 위반할 가능성에 관한 일련의 논문 중 하나이다 .이 법칙은 과거에서 미래로의 단방향 방향을 제시하는 시간의 개념과 밀접하게 관련되어있다" 연구의 리드 저자 인 Gordey Lesovik는 MIPT에서 양자 정보 물리학 실험실을 이끌었다 고 전했다. "우리는 두 번째 종류의 이른바 지역 영원한 운동 기계를 기술 함으로써 시작했다 . 그런 다음 12 월에 Maxwell의 악마라고 불리는 장치를 통해 제 2 법칙 위반에 대해 논의한 논문을 출판했다"고 Lesovik은 말했다. "가장 최근의 논문은 같은 문제를 세 번째 각도에서 접근합니다. 우리는 인위적으로 시간의 열역학적 화살표와 반대 방향으로 진화하는 상태를 만들었습니다."
미래가 과거와 다른 점
물리학의 대부분의 법칙은 미래와 과거를 구별하지 않습니다. 예를 들어 방정식에서 2 개의 동일한 당구 공의 충돌과 리바운드를 설명합니다. 클로즈업 된 이벤트가 카메라로 기록되고 역으로 재생되는 경우에도 동일한 방정식으로 나타낼 수 있습니다. 또한, 그것이 교묘히 다루어 졌다면 녹음과 구별하는 것이 불가능합니다. 두 버전 모두 그럴듯 해 보인다. 당구 공이 직관적 인 시간 감각을 무시하는 것처럼 보입니다. 그러나 당구 공을 모든 방향으로 산란시키는 피라미드를 깨는 수구를 기록한다고 상상해보십시오. 이 경우 실제 시나리오와 역 재생을 쉽게 구별 할 수 있습니다. 후자의 모습을 너무 우스꽝스럽게 만드는 것은 열역학의 두 번째 법칙에 대한 직관적 인 이해입니다. 고립 된 시스템은 정적이거나 순서가 아닌 혼돈의 상태로 진화합니다. 물리학의 다른 대부분의 법칙은 당구 공이 피라미드로 조립되는 것을 막지 않으며 차를 티백으로 다시 흘려 보내거나 화산을 반대로 "분출"시키는 것을 방지하지 않습니다. 그러나 이러한 현상은 관측되지 않았다. 왜냐하면 격리 된 시스템이 외부의 개입없이 더 많은 질서 정연한 상태를 취하게 될 것이기 때문이다. 이것은 두 번째 법칙에 위배된다. 그 법칙의 성격은 상세히 설명되지 않았지만 연구자들은 그 기본 원리를 이해하는 데 큰 진전을 이루었습니다.
자발적인 시간 역전
MIPT의 양자 물리학 자들은 시간이 최소한 개별 입자와 초의 작은 부분에서 자발적으로 역전 될 수 있는지 확인하기로 결정했습니다. 즉, 당구 공을 충돌하는 대신 빈 성간 공간에서 독방 전자를 조사했습니다. "우리가 관찰을 시작할 때 전자가 국부 화되었다고 가정하면, 우주에서의 그 위치에 대해 확실히 확신 할 수 있습니다. 양자 역학의 법칙은 우리가 절대 정밀도로 그것을 알 수 없도록하지만 우리는 전자가 "라고 MIPT와 ETH Zurich의 공동 저자 Andrey Lebedev는 말합니다. 물리학자는 전자 상태의 진화가 슈뢰딩거의 방정식에 의해 지배된다고 설명한다. 미래와 과거를 구별하지는 않지만 전자를 포함한 공간 영역은 매우 빠르게 퍼져 나갈 것입니다. 즉, 시스템은 혼란스러워지는 경향이 있습니다. 전자의 위치에 대한 불확실성이 커지고있다. 이것은 열역학의 제 2 법칙 때문에 당구대와 같은 대규모 시스템의 증가하는 무질서와 유사합니다.
양자 컴퓨터에 대한 실제 실험의 네 단계는 공간에서의 전자와 당구 공과의 상상적인 비유를 포함하는 사고 실험의 단계를 반영합니다. 각각의 3 가지 시스템은 처음에는 질서에서 혼돈으로 진화하지만, 그런 다음 완벽하게 시간을 초과 한 외부 교란은이 과정을 역전시킵니다. 크레디트 : @ tsarcyanide / MIPT
"그러나 Schrödinger의 방정식은 가역적입니다"라고 Argonne National Laboratory의 논문의 공동 저자 인 Valerii Vinokur는 말합니다. "수학적으로 복합 결합이라고하는 특정 변형에서 방정식은 '번짐' 같은 기간에 작은 공간 영역으로 다시 전자화된다. " 이 현상은 자연에서는 관찰되지 않지만 이론적으로는 우주에 침투하는 우주 마이크로파 배경의 무작위적인 변동으로 인해 발생할 수 있습니다. 팀은 최근 몇 초 동안 자발적으로 위치하는 순간에 전자가 "번져 나가는"것을 관찰 할 확률을 계산하기 시작했습니다. 우주의 전체 수명 인 137 억년 동안조차도 1 초마다 1 백개의 국지화 된 새 전자를 관찰하면 입자 상태의 역전 현상은 한 번만 발생합니다. 그리고 그때조차도, 전자는 단지 과거 10 억분의 1 초를 넘지 못합니다. 당구 공과 화산이 포함 된 대규모 현상은 분명히 훨씬 더 큰 시간 규모에서 펼쳐지고 놀라운 수의 전자 와 다른 입자를 특징으로합니다. 이것은 우리가 노인이 더 젊어 지거나 종이에서 잉크 얼룩이 분리되는 것을 관찰하지 않는 이유를 설명합니다.
요청 시간 반전
연구원은 4 단계 실험에서 시간을 역전 시키려고 시도했다. 전자 대신에 그들은 초전도 큐 비트 (quasits)라고 불리는 두 개 또는 세 개의 기본 요소로 구성된 양자 컴퓨터의 상태를 관찰했다.
1 단계 : 주문. 각 큐 비트는 기저 상태에서 초기화되며 0으로 표시됩니다. 이 고도로 배열 된 구성은 작은 영역에 위치하는 전자 또는 휴식 전에 당구 공 랙에 해당합니다.
2 단계 : 악화. 명령이 없어졌습니다. 전자가 공간의 점점 커지는 영역에 번지거나 랙 테이블에서 깨진 것처럼, 큐 비트의 상태는 0과 1의보다 복잡한 변화 패턴이됩니다. 이것은 양자 컴퓨터에서 진화 프로그램을 간단히 시작함으로써 성취됩니다. 실제로, 환경과의 상호 작용으로 인해 유사한 저하가 일어날 것입니다. 그러나 자율 진화의 통제 된 프로그램은 실험의 마지막 단계를 가능하게 할 것입니다.
3 단계 : 시간 역전. 특별 프로그램은 양자 컴퓨터의 상태를 혼돈에서 질서로 "뒤로"진화시키는 방식으로 수정합니다. 이 작업은 전자의 경우 무작위 마이크로파 배경 변동과 유사하지만, 이번에는 의도적으로 유도됩니다. 분명히 당구 예제에 대한 비유는 탁자에 완벽하게 계산 된 킥을주는 것입니다.
4 단계 : 재생성. 두 번째 단계의 진화 프로그램이 다시 시작됩니다. "킥"이 성공적으로 전달 되었다면 프로그램은 더 많은 혼란을 일으키지 않고 오히려 큐 비트의 상태를 과거로 되돌려 놓습니다. 얼룩진 전자가 현지화되거나 당구 공이 역 추적으로 궤적을 되돌릴 것입니다 재생, 결국 삼각형을 형성.
연구자들은 85 %의 경우에 2-qubit 양자 컴퓨터가 초기 상태로 돌아 갔음을 발견했습니다. 3 큐 비트가 포함되면 더 많은 오류가 발생하여 약 50 %의 성공률을 보입니다. 저자에 따르면, 이러한 오류는 실제 양자 컴퓨터 결함에 기인한다. 보다 정교한 장치가 설계되면 오류율은 떨어질 것으로 예상됩니다. 흥미롭게도 시간 역전 알고리즘 자체는 양자 컴퓨터를보다 정확하게 만드는 데 유용 할 수 있습니다. "우리의 알고리즘은 업데이트되어 양자 컴퓨터 용으로 작성된 프로그램을 테스트 하고 잡음과 오류를 제거 하는 데 사용할 수 있습니다 ."라고 Lebedev는 설명했습니다. 추가 정보 : Quantum Maxwell의 악마 '텔레포트'엔트로피가 큐 비트에서 나온다.
자세한 정보 : GB Lesovik et al. 시간의 흐름과 IBM 양자 컴퓨터 Scientific Reports (2019) 의 역전 DOI : 10.1038 / s41598-019-40765-6 저널 참조 : 과학적 보고서 :에 의해 제공 물리학 및 기술의 모스크바 연구소
https://phys.org/news/2019-03-physicists-reverse-quantum.html
.극소의 자기장을 측정하는 양자 감지 방법
2019 년 3 월 15 일, 매사추세츠 공과 대학교 데이비드 챈들러 자기장 크레딧 : CC0 공개 도메인
엄청난 정밀도로 원자 스케일 자기장을 측정하는 새로운 방법은 MIT의 연구원에 의해 개발되었습니다. 이 새로운 도구는 발사 뉴런 내부의 전기적 충격을 매핑하고 새로운 자성 재료를 특성화하며 이색적인 양자 물리 현상을 탐색하는 것과 같은 다양한 응용 분야에 유용 할 수 있습니다. 새로운 접근법은 대학원생 Yi-Xiang Liu, 전 대학원생 Ashok Ajoy, 원자력 및 공학 파올라 Cappellaro 교수의 논문에서 Physical Review Letters 저널에 오늘 발표되었다. 이 기술은 질소 공극 (NV) 센터라고 불리는 다이아몬드의 미세 결함을 사용하여 고정밀 도로 자기장을 조사하기 위해 이미 개발 된 플랫폼 위에 구축됩니다. 이 결점은 탄소 원자가 빠진 다이아몬드의 규칙적인 격자의 두 개의 인접한 위치로 구성된다 . 그 중 하나는 질소 원자로 대체되고 다른 하나는 비어있게됩니다. 이로 인해 구조물에 누락 된 결합이 남게되고, 전자는 전자, 자성 또는 빛을 기반으로하는 환경에서 미세한 변화에 매우 민감합니다. 이전의 단일 NV 센터를 사용하여 자기장을 탐지하는 것은 매우 정확했지만 단일 차원을 따라 센서 축과 정렬 된 변동 만 측정 할 수있었습니다. 그러나 그러한 각 발사 충동의 정확한 방향을 측정하여 뉴런 사이의 연결 밖으로 매핑 같은 일부 응용 프로그램을 위해, 자기의 옆 요소를 측정하는 것이 유용 할 것이다 필드 뿐만 아니라. 본질적으로 새로운 방법은 질소 원자의 핵 스핀에 의해 제공되는 2 차 발진기를 사용하여이 문제를 해결합니다. 측정 할 필드의 옆쪽 구성 요소는 2 차 발진기의 방향을 전환합니다. 약간 벗어난 노크 (off-axis) 노크함으로써, 횡 방향 성분은 센서와 정렬 된 필드의주기적인 변동으로 나타나는 일종의 와블을 유도하여, 수직 성분을 주 정전기계 측정에 중첩 된 웨이브 패턴으로 바꾼다. 이것은 수학적으로 다시 변환되어 옆쪽 구성 요소의 크기를 결정할 수 있습니다. Liu는 단일 센서를 사용하면서도 나노 스케일 공간 해상도를 유지하면서 Liu는 첫 번째 차원에서와 마찬가지로이 두 번째 차원에서 훨씬 높은 정확도를 제공한다고 설명합니다. 연구진은 결과를 읽기 위해 NV 센터의 특수한 특성을 사용하는 광학 공 촛점 현미경을 사용했다 : 녹색 빛에 노출되었을 때 그들은 정확한 발광 상태에 의존하는 적색 발광 또는 형광을 방출한다 . 이 NV 센터는 일반적인 컴퓨팅에서 사용되는 비트의 양자 계산에 해당하는 큐 비트 (qubit ) 로서 기능 할 수 있습니다 . "우리는 형광으로부터 스핀 상태를 알 수있다"고 Liu는 설명했다. "어둠,"형광이 적다 "는 것은 '하나의 상태', 밝은 경우 '제로 상태'입니다. "형광이 그 사이의 숫자라면 스핀 상태는 '0'과 '1'사이의 어딘가에 있습니다." 간단한 자기 나침반의 바늘은 자기장의 방향을 알려주지 만 강도는 알려주지 않습니다. 자기장 측정을위한 기존의 장치 중 일부는 정반대의 방향을 따라 필드의 강도를 정확하게 측정 할 수 있지만 해당 필드의 전체 방향에 대해서는 아무 것도 말하지 않습니다. 그 방향 정보는 새로운 검출기 시스템이 제공 할 수있는 정보입니다. 이 새로운 종류의 "나침반"에서 Liu는 "형광의 밝기에서 어디로 향하는 지 알 수 있습니다."라고 밝히고 Liu는 밝기의 변화를 알려줍니다. 기본 필드는 전반적으로 안정된 밝기 레벨로 표시되는 반면, 자기장을 벗어난 상태에서 노크하는 것으로 발생하는 워블은 규칙적으로 웨이브와 유사하게 밝기가 변해서 정확하게 표시 될 수 있습니다. 이 기술에 대한 흥미로운 적용은 다이아몬드 NV 센터를 뉴런과 접촉시키는 것이다. 세포가 다른 세포를 발동시키는 활동 전위를 발사 할 때, 시스템은 신호의 강도뿐만 아니라 그 방향을 도출 할 수있어 연결을지도로 만들고 어떤 세포가 다른 세포를 유발하는지 관찰 할 수 있어야합니다. 마찬가지로 데이터 저장 이나 다른 애플리케이션에 적합한 새로운 자성 재료를 시험 할 때 새로운 시스템은 재료의 자기장의 크기와 방향에 대한 상세한 측정을 가능하게해야한다. 극저온을 필요로하는 다른 시스템과 달리이 새로운 자기 센서 시스템은 실내 온도에서 잘 작동 할 수 있다고 Liu는 말하면서 생물학적 샘플을 손상시키지 않고 테스트 할 수 있다고 말했다. 이 새로운 접근법에 대한 기술은 이미 사용 가능합니다. "지금은 할 수 있지만, 시스템을 보정하기 위해서는 먼저 시간을 들여야합니다."라고 Liu는 말합니다. 현재 시스템은 정확한 방향이 아닌 자기장의 전체 수직 성분만을 측정합니다. "이제 우리는 총 횡 방향 성분 만 추출 할 수 있습니다. 방향을 정확히 지적 할 수 없습니다."라고 Liu는 말합니다. 그러나 3 차원 구성 요소를 추가하는 것은 추가 된 정적 자기장을 기준점 으로 도입하여 수행 할 수 있습니다 . "우리가 그 참조 필드를 조정할 수있는 한, 필드의 방향에 대한 완전한 3 차원 정보를 얻는 것이 가능할 것이며,"그렇게 할 수있는 방법이 많이 있습니다. " 이 연구에 관여하지 않은 이스라엘 Weizmann 연구소의 화학 물리학 수석 과학자 인 Amit Finkler는 다음과 같이 말했습니다 : "이것은 고품질의 연구입니다 ... 그들은 평행 자기장에 대한 DC 감도와 동등하게 가로 자기장에 민감합니다. 실용적인 응용 분야에서 인상적이며 고무적입니다. " Finkler는 "저자가 겸허하게 원고를 작성했기 때문에 이것이 실제로 벡터 나노 스케일 자기 계측법의 첫 걸음이며 분자 또는 응집 물질 시스템과 같은 실제 샘플에이 기술을 적용 할 수 있는지 여부는 여전히 남아있다"고 덧붙였다. 그러나 그는 "이 기술의 잠재적 인 사용자 / 구현 자로서, 실험 설정에서이 계획을 채택하고 적용하는 것이 매우 감명 받았으며 더욱 고무되었다"고 말했습니다. 추가 정보 : 새로운 도구가 다양한 방향으로 자기장을 동시에 감지합니다. 더 자세한 정보 : Yi-Xiang Liu 외, Ancilla-Assisted Frequency Up-Conversion, Physical Review Letters (2019) 를 통한 Nanoscale Vector dc Magnetometry . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.122.100501, dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.100501 저널 참조 : Physical Review Letters 제공 : 매사추세츠 공과 대학교
https://phys.org/news/2019-03-quantum-method-minuscule-magnetic-fields.html
.단일 유전자 삽입으로 맹인 쥐가 시력 회복
에 의해 버클리 - 캘리포니아 대학 망막의 특정 세포를 표적으로하도록 설계된 Adeno-associated viruses (AAV)는 망막 아래에 직접 주입해야하는 야생형 AAV로 수행 할 수있는 것보다 더 정확하게 유전자를 전달하기 위해 눈의 유리체에 직접 주사 할 수 있습니다. UC Berkeley 신경 과학자들은 신경절 세포를 목표로 AAV를 채취하고, 녹색 옵신 유전자를로드하고, 정상적으로 눈먼 신경절 세포를 빛에 민감하게 만들었다. 크레딧 : John Flannery, UC Berkeley
놀랍게도 간단했습니다. 캘리포니아 대학 버클리 대학 (University of California, Berkeley) 과학자들은 맹인 쥐의 눈에 녹색 빛 수용체 유전자를 삽입했으며, 한 달 후 시력 장애가없는 마우스처럼 쉽게 장애물 주위를 항해하고있었습니다. 그들은 문자를 구별하기에 충분할 정도로 iPad에서 동작, 밝기 변화를 천배 범위 및 세부 묘사로 볼 수있었습니다. 연구팀은 3 년 내에 유전자 치료가 불 활성화 된 바이러스를 통해 전달되면 망막 변성으로 인해 시력을 잃어버린 인간에게 시도 할 수 있다고 말하면서 이상적으로 자신의 능력을 회복하고 잠재적으로 회복 할 수있는 충분한 비전을 제시한다 동영상을 읽거나 보려고합니다. "당신은 몇 달 후, 사람의 눈에이 바이러스를 주입 한 것, 그들이 뭔가를 볼 수있을 것"에 후드 Isacoff하는 UC 버클리의 분자 및 교수 말했다 세포 생물학 헬렌 윌스 신경 과학 연구소 및 이사. "망막의 신경 퇴행성 질환으로, 종종 모든 사람이 -이 달에 대해 생각하는 놀라운 일이 정지 또는 천천히 더 변성. 그러나 몇에서 이미지를 복원 뭔가입니다 수행하려고합니다." 약 170 만 명이 전 세계에 살고있는 연령 관련 황반 변성 1백70만명 전세계 일반적으로 나이 시각 장애인 잎 상속 실명, 색소 성 망막염의 가장 일반적인 형태를 가지고 있지만, 55 세의 나이에 10여 명 중 파업, 40의. UC 버클리 (University of Illinois) 버클리 대학의 분자 생물학 교수이자 시력 측정 학부 교수 인 존 플래너리 (John Flannery)는 " 빛에 대한 인식 이없는 친구가 있고 그들의 라이프 스타일은 심장이 쇠약해진다. "그들은 사람들이 당연한 것으로 생각하는 것을 고려해야합니다. 예를 들어, 호텔에 갈 때마다 각 방의 레이아웃은 조금씩 다르며, 3 차원지도를 작성하는 동안 다른 사람이 방 주위를 걸어 다닐 필요가 있습니다. 머리가 식탁과 같은 일상적인 물건은 떨어지는 위험에 처할 수 있으며 심각한 시력 장애를 가진 사람들에게는 질병 부담이 막대합니다. 이런 종류의 치료를받는 첫 번째 후보가 될 수 있습니다. " 현재 그러한 환자를위한 옵션은 한 쌍의 안경에 앉아있는 비디오 카메라에 꽂혀있는 전자식 안구 삽입물 인 망막에 이미지를 생성하는 어색하고 침입 적이면서 값 비싼 설정으로 제한됩니다. 현재는 수 백에 이릅니다. 픽셀. 보통의 선명한 시야에는 수백만 픽셀이 필요합니다. 망막 변성의 원인이되는 유전 적 결함을 교정하는 것은 직접적이지 않습니다. 망막 색소 침착만을 담당하는 250 가지 이상의 유전자 변이가 있기 때문입니다. 이들 중 약 90 %가 망막의 광 수용체 세포 ( 희미한 빛에 민감한 막대 )와 원추 (cones)를 일광 컬러 인식을 위해 죽인다 . 그러나 망막 변성은 전형적으로 양극성 망막과 망막 신경절 세포를 포함하여 망막 세포 의 다른 층을 보호 하는데, 사람들은 완전히 장님이 된 후 수십 년 동안 빛에 무감각해도 건강 할 수 있습니다. 마우스 실험에서 UC 버클리 팀은 신경절 세포의 90 %를 빛에 민감하게 만드는데 성공했다. Isacoff, Flannery와 UC Berkeley의 동료들은 Nature Communications 에서 온라인으로 3 월 15 일 게재되는 기사에서 그들의 성공 사례를 발표 할 예정 입니다.
마우스가 훨씬 밝은 LED 대신 iPads의 패턴에 반응하도록 훈련 된 설정의 다이어그램. 훈련 된 마우스가 유전 된 망막 질환으로 시력을 잃은 후에 그들은 눈이 멀어지기 전에 iPads의 패턴에 거의 반응 할 수있는 충분한 시력을 회복시킨 유전자 치료법으로 치료 받았다. 크레딧 : John Flannery와 Ehud Isacoff, UC Berkeley
'20 년 전에 이것을 할 수 있었다' 이 생쥐에서 실명을 역전시키기 위해 연구진은 망막 신경절 세포를 표적으로하는 바이러스를 설계하고 빛에 민감한 수용체 인 녹색 (중간 파장) 콘 옵신 유전자를 삽입했다 . 일반적으로,이 옵신은 원뿔 광 수용체 세포에 의해서만 발현되고 녹색 황색 빛에 민감합니다. 눈에 주입되었을 때, 바이러스는 유전자를 빛에 민감하지 않은 신경절 세포로 옮겼고, 빛에 민감하게 반응시켜 시력으로 해석되는 신호를 뇌에 보낼 수있게했다. "우리가 마우스를 테스트 할 수있는 한도 내에서, 특수 장비없이 일반 생쥐와 optogenetically - 치료 마우스의 행동을 말할 수 없다"Flannery는 말했다. "그것은 환자가 번역하는 것을보아야한다." 생쥐에서 연구자들은 망막의 대부분의 신경절 세포에 옵신을 전달할 수 있었다. 인간을 치료하기 위해서는 인간의 눈에는 마우스 눈보다 수천 배 많은 신경절 세포가 있기 때문에 더 많은 바이러스 입자를 주입해야합니다. 그러나 UC Berkeley 팀은 바이러스 전달을 향상시키는 수단을 개발했으며 카메라의 매우 높은 픽셀 수와 동일한 양의 신경절 세포와 비슷한 비율로 새로운 광 센서를 삽입하기를 희망합니다. Isacoff와 Flannery는 살아있는 망막 세포에 유전자 조작 신경 전달 물질 수용체와 빛에 민감한 화학 스위치의 조합을 삽입하는 것을 포함하여보다 복잡한 계획을 시도한 지 10 년이 넘는 간단한 수정 작업을 수행했습니다. 이것들은 효과가 있었지만 정상적인 시력의 감수성을 얻지는 못했습니다. 다른 곳에서 테스트 한 미생물 유래 Opsins도 감도가 낮으므로 광 증폭 고글을 사용해야합니다. 자연스러운 시력의 고감도를 포착하기 위해 Isacoff와 Flannery는 광 수용체 세포의 빛 수용체 옵신 (opsins)으로 변했습니다. 자연적으로 신경절 세포를 감염시키는 adeno-associated virus (AAV)를 사용하여 Flannery와 Isacoff는 신경절 세포의 게놈에 망막 옵신 유전자를 성공적으로 전달했다. 이전에 맹인 쥐들은 일생 동안 지속 된 시력을 획득했습니다. Isacoff는 "이 시스템이 작동한다는 것은 실제로 매우 만족 스럽습니다. 부분적으로도 매우 간단하기 때문입니다. "아이러니 컬하게도, 20 년 전에 이것을 할 수있었습니다." Isacoff와 Flannery는 유전자 치료법을 3 년 안에 인간의 재판으로 가져갈 기금을 모으고있다. 유사한 AAV 전달 시스템은 퇴행성 망막 질환이 있거나 의학적인 대안이없는 안구 질환에 대해 FDA의 승인을 받았습니다.
주황색 선은 이상한 새장에 넣은 후 첫 1 분 동안 마우스의 움직임을 추적합니다. 맹인 마우스 (상단)는 조심스럽게 모서리와 측면을 유지하는 반면, 처리 된 마우스 (중간)는 정상적인 조준 마우스 (바닥)만큼 쉽게 새장을 탐험합니다. 신용 : Ehud Isacoff와 John Flannery
가능하지 않을 수도 있습니다.
Flannery와 Isacoff에 따르면, 시력 분야의 대부분의 사람들은 옵신이 그들의 특유의 막대와 콘 감광 수용체 세포 밖에서 작용할 수 있는지 의문을 제기합니다. 광 수용체의 표면은로드에서 옵신 - 로돕신 (opsins-rhodopsin), 원추체에 적색, 녹색, 파란색 옵신 (opsins)으로 장식되어 있으며 복잡한 분자 기계에 내장되어 있습니다. 우리가 빛의 단일 광자를 검출 할 수 있도록 신호를 효과적으로 증폭시키는 분자 릴레이 -G 단백질 결합 수용체 신호 전달. 효소 시스템은 옵신이 광자를 검출하고 표백 될 때 옵신을 재충전한다. 피드백 조절은 시스템을 매우 다른 배경 밝기로 조정합니다. 특수 이온 채널은 강력한 전압 신호를 생성합니다. 이 시스템 전체를 이식하지 않으면 옵신이 효과가 없을 것이라고 의심하는 것이 합리적입니다. 그러나 신경계에서 G 단백질 결합 수용체를 전문으로 연구하는 Isacoff는 이러한 많은 부분이 모든 세포에 존재한다는 것을 알고있었습니다. 그는 옵신이 망막 신경절 세포 의 신호 시스템에 자동으로 연결될 것으로 의심했다 . 함께 그는 Flannery와 처음에 rhodopsin을 시도했는데, 이는 cone opsins보다 빛에 더 민감합니다. Rhodopsin이 막대와 원뿔이 완전히 퇴행 한 쥐의 신경절 세포에 도입되었을 때, 결과적으로 시각 장애를 보였던 사람들은 빛이 어둡거나 심지어 희미한 실내 조명을 어둡게 말할 수있는 능력을 되찾았습니다. 그러나 rhodopsin은 너무 느리고 이미지와 물체 인식에 실패했습니다. 연구팀은 녹색 콘 옵신 (rhine oein)을 시험해 보았는데 로돕신보다 10 배나 빠른 반응을 보였다. 놀랍게도, 마우스는 평행선을 수평선과 구별 할 수 있었고, 선은 밀접하게 간격을두고 넓은 간격 (표준 인간의 시력 작업), 움직이는 선 대 고정 선을 구별 할 수있었습니다. 복원 된 비전은 매우 민감하여 훨씬 더 밝은 LED가 아닌 iPad를 시각적 디스플레이에 사용할 수있었습니다. "이것은 강력하게 메시지를 집으로 가져왔다"고 Isacoff는 말했다. "결국 시각 장애인들이 표준 컴퓨터 모니터를 읽고 비디오로 의사 소통하며 영화를 볼 수있는 능력을 되 찾는 것이 얼마나 훌륭한가." 이러한 성공은 Isacoff와 Flannery가 한 발 더 나아가서 복원 된 시야로 동물들이 세계를 항해 할 수 있는지 알아 내고자했습니다. 눈에 띄게, 여기에서도 녹색 콘 옵신이 성공했습니다. 시각 장애인 인 쥐는 3 차원 물체를 인식하고 탐색하는 가장 자연스러운 행동 중 하나를 수행 할 수있는 능력을 되찾았습니다. 그런 다음 그들은 시력이 회복 된 사람이 옥외에서 더 밝은 빛을 보았을 때 어떻게 될 것인가? 그들은 빛에 눈이 멀었 을까? 여기에 시스템의 또 다른 주목할만한 특징이 등장했다고 Isacoff는 말했다 : 녹색 콘 옵신 신호 전달 경로가 적응한다. 예전에는 밝기가 조절되지 않았던 동물이 시력이 변화된 동물뿐 아니라 작업을 수행 할 수있었습니다. 이 적응은 약 실내 조명과 실외 조명 사이의 차이 인 약 1,000 배 범위에서 작동했습니다. Flannery는 "모든 사람들이 절대로 작동하지 않을 것이고, 당신이 미쳤다 고 말할 때, 보통 당신이 뭔가를하고 있음을 의미합니다. 사실, 그 무엇인가는 LCD 컴퓨터 스크린을 사용하여 패턴 화 된 비전을 최초로 성공적으로 복원하는 것입니다. 처음으로 주변 광의 변화에 적응하고 최초로 자연물 비전을 복원합니다. UC 버클리 팀은 현재 색안을 복원하고 시력과 적응력을 향상시킬 수있는 테마의 변형을 테스트 중입니다.
추가 탐색 치료로 시각 장애가있는 사람들을 시력을 향상시키고 연장 할 수 있습니다. 더 자세한 정보 : Michael H. Berry 외. 원추 유익 분자 ( Nature Communications , 2019) 로 고감도 및 적응 시력 복원 . DOI : 10.1038 / s41467-019-09124-x 에 의해 제공 버클리 - 캘리포니아 대학
https://medicalxpress.com/news/2019-03-gene-insertion-mice-regain-sight.html
.지구의 외계 대기를 요리하기
Calla Cofield, NASA에 의해 2019 년 3 월 15 일 , 크레딧 : NASA / JPL-Caltech
캘리포니아 파사 데나 (Pasadena)에있는 NASA의 제트 추진 연구소 (Jet Propulsion Laboratory)의 연구원들은 지구상의 외계인 대기를 바로 잡아 먹고 있습니다. 새로운 연구에서, JPL 과학자들은 융해 된 용암의 온도 인 화씨 2,000도 (섭씨 1100도) 이상으로 수소와 일산화탄소의 혼합물을 가열하기 위해 고온 "오븐"을 사용했다. 그 목적은 "뜨거운 목성 (Hot Jupiters)"이라고 불리는 특별한 종류의 외계 행성 (우리 태양계 밖의 행성들)의 대기에서 발견 될 수있는 조건을 시뮬레이션하는 것이 었습니다. 뜨거운 목성은 우리 태양계의 어떤 행성과도 다른, 그들의 부모 별에 매우 가까운 궤도를 돌고있는 가스 거인들입니다 . 지구는 태양을 궤도에 진입시키는 데 365 일이 걸리지 만, 뜨거운 쥬피터는 10 일 이내에 별을 궤도에 진입시킵니다. 스타와의 근접성은 기온이 1,000 ~ 5,000도 (섭씨 530 ~ 2,800도)이거나 더 뜨거울 수 있음을 의미합니다. 이와는 대조적으로 수성 (태양을 궤도에 진입하는 데 88 일 소요)의 표면은 화씨 약 섭씨 430도 (화씨 800도)에 이릅니다. "지난 달 Astrophysical Journal 에 게재 된이 새로운 연구를 수행 한 그룹을 이끌고있는 JPL의 주요 과학자 인 Murthy Gudipati는"실험실에서 이러한 거친 외계 행성 환경을 정확히 시뮬레이션하는 것은 불가능하지만 아주 가까이에 올 수 있습니다 . 이 팀은 주로 수소 가스와 0.3 % 일산화탄소 가스 의 간단한 화학 혼합물로 시작했습니다 . 이 분자들은 우주와 초기 태양계에서 매우 흔하게 볼 수 있으며 뜨거운 목성의 분위기를 합리적으로 구성 할 수 있습니다. 그런 다음 팀은이 혼합물을 620 ~ 2,240 화씨 (섭씨 330도에서 1,230도)로 가열했다.
이 작가의 개념은 "뜨거운 목성"의 예인 행성 KELT-9b 또는 부모 별에 매우 근접한 궤도를 도는 가스 거성 행성을 보여줍니다. KELT-9b는 날마다 기온이 7,800 화씨 (4,300 Celcius)에 달하는 뜨거운 목성의 극한 예입니다. 크레딧 : NASA / JPL-Caltech
팀은 실험실 양조장을 높은 선량의 자외선에 노출 시켰습니다. 뜨거운 목성이 부모 별 근처에서 궤도를 선회하는 것과 비슷합니다. 자외선은 강력한 성분으로 밝혀졌습니다. 이 연구 결과는 이러한 까다로운 환경에서 일어날 수있는 화학에 대한 놀라운 결과를 크게 이끌어 냈습니다. 뜨거운 목성은 행성 표준에 의해 크기가 크고 더 시원한 행성보다 더 많은 빛을 방출합니다. 그러한 요인들은 천문학 자들이 대부분의 다른 유형의 외계 행성 보다 그들의 대기에 관한 더 많은 정보를 수집하도록 허용 해왔다 . 이 관찰은 높은 목성의 많은 뜨거운 대기가 고지에서 불투명하다는 것을 보여준다. 구름이 불투명도를 설명 할 수도 있지만, 압력이 감소함에 따라 구름의 지속 가능성은 점점 낮아지고 대기압이 매우 낮은 곳에서는 불투명도가 관찰됩니다. 과학자들은 구름 이외의 잠재적 인 설명을 찾고 있었고, 에어로졸 ( 대기에 떠 다니는 고체 입자) 이 될 수있었습니다. 그러나 JPL 연구자들에 따르면, 과학자들은 이전에 뜨거운 목성 대기에서 에어로졸이 어떻게 생성 될지를 모르고있었습니다. 새로운 실험에서 뜨거운 화학 혼합물에 자외선을 추가하는 것이 트릭을 만들었습니다.
JPL의 과학자들은 수소와 일산화탄소의 혼합물을 가열하기 위해 "오븐"(가운데)을 사용했고 수소 가스 방전 램프로 생성 된 자외선을 조사했다. 램프는 가시 광선 (핑크색 빛)과 UV 광선을 방출하며, 오른쪽의 창을 통해 오븐 내부의 가스 용기에 들어갑니다. 크레딧 : NASA / JPL-Caltech
JPL 연구 과학자이자 연구의 수석 저자 인 Benjamin Fleury는 "이 결과는 우리가 그 헷갈리는 뜨거운 목성 분위기를 해석하는 방식을 변화시킨다. "앞으로 에어로졸의 성질을 연구하고 싶습니다. 어떻게 형성되는지, 빛을 어떻게 흡수하는지, 그리고 환경 변화에 어떻게 반응하는지 이해하기를 원합니다.이 모든 정보는 천문학 자들이 언제 볼 수 있는지 이해할 수있게 도와줍니다. 그들은이 행성들을 관찰한다. " 이 연구는 또 다른 놀라운 결과를 낳았습니다. 화학 반응으로 상당량의 이산화탄소와 물이 생성되었습니다. 뜨거운 수성 대기에서 수증기가 발견되는 동안, 과학자들은 탄소보다 더 많은 산소가있을 때만이 소중한 분자가 형성 될 것으로 기대합니다. 새로운 연구는 탄소와 산소가 같은 양으로 존재할 때 물이 형성 될 수 있음을 보여줍니다. (일산화탄소는 탄소 원자 1 개와 산소 원자 1 개를 포함합니다.) 그리고 자외선을 첨가하지 않고 형성된 일부 이산화탄소 (탄소 1 개와 산소 2 개)가 반응하는 동안 시뮬레이션 된 별빛이 추가되어 반응이 가속됩니다. JPL 외계 행성 과학자 마크 스 웨인 (Mark Swain) 연구 공동 저자는 "이 새로운 결과는 목성의 뜨거운 대기에서 볼 수있는 것을 해석하는 데 즉시 유용합니다. "우리는 대기가이 대기의 화학을 지배한다고 가정했지만 이것이 방사선이 어떻게 작용 하는지를 볼 필요가 있음을 보여줍니다."
오른쪽의 작은 사파이어 디스크는 고온 오븐 내부에 형성된 유기 에어로졸을 보여줍니다. 왼쪽의 디스크가 사용되지 않았습니다. 크레딧 : NASA / JPL-Caltech
NASA의 제임스 웹 우주 망원경 (James Webb Space Telescope)과 같은 차세대 도구로 2021 년에 발사 될 예정이며, 과학자들은 외계 행성 대기의 최초의 상세한 화학 프로파일을 생성 할 수 있으며, 그 중 일부는 뜨거운 쥬피터가 될 가능성이 있습니다. 이 연구는 과학자들이 다른 태양계가 어떻게 형성되고 우리와 얼마나 유사한 지 또는 다른지를 배우는 데 도움이 될 것입니다. JPL 연구자들에게는이 작업이 막 시작되었습니다. 일반적인 오븐과는 달리 누출이나 오염을 막기 위해 가스를 밀폐하여 온도 상승에 따라 가스의 압력을 조절할 수 있습니다. 이 하드웨어를 사용하여 더 높은 온도 (외기가 섭씨 1,600도)에 가까운 외기 인 대기를 시뮬레이션 할 수 있습니다. JPL의 연구 과학자 인 Bryana Henderson은 "이 시스템을 어떻게 설계하고 운영하는 것이 유리하고 알루미늄과 같은 대부분의 표준 부품이 이러한 온도에서 녹기 때문에이 시스템을 성공적으로 설계하고 운영하는 방법을 고민하고있다. "우리는 실험실에서 이러한 화학 공정을 안전하게 처리하면서 이러한 경계를 푸는 방법을 여전히 배우고 있지만, 결국이 실험에서 얻은 흥미 진진한 결과는 모든 노력을 기울일 가치가 있습니다." 더 자세히 살펴보기 : 천체 물리학 자들은 초고속 행성이 별과 같은 분위기를 가지고 있음을 발견했습니다.
자세한 정보 : Benjamin Fleury 외. 뜨거운 H 2 - 고립 된 외계 행성 대기에서 의 광화학 , The Astrophysical Journal (2019). DOI : 10.3847 / 1538-4357 / aaf79f 저널 참조 : 천체 물리학 저널 제공 : NASA
https://phys.org/news/2019-03-cooking-alien-atmospheres-earth.html
.도자기로 포장 된 미래의 길
2019 년 3 월 15 일 Anne Boyle, 카네기 멜론 대학교 기계 공학과 도자기로 포장 된 미래의 길 Reeja Jayan과 그녀의 연구팀은 전자기장이 어떻게 세라믹 가공을 가속화하여 도전과 커다란 잠재력을 발견하는지 조사합니다. 학점 : Carnegie Mellon University 공학 대학
"도자기"라는 단어가 들리면 도자기 수업에서 만든 머그컵이나 할머니 선반에 먼지를 모으는 화병을 생각해보십시오. 이 물체들은 도자기로 이루어져 있지만 큰 그림의 작은 부분 일뿐입니다. 도자기는 갑옷, 레이저, 전자 장치, 치아 교체 등에 사용됩니다. 그들은 당신의 컴퓨터 마더 보드가 원활하게 작동하는지 확인합니다. 대부분의 다른 물질이 대기 중에 타 버릴 때 우주 왕복선을 보호합니다. 다시 말해, 도자기는 어디 에나 있으며 필수적입니다. 그들은 또한 가격이 붙습니다. 많은 세라믹을 가공하려면 몇 시간 동안 섭씨 2,000도 이상의 온도로 가열해야합니다. 에너지 소비가 상당합니다. Caneegie Mellon University에서 B. Reeja Jayan은 그녀의 파격적 인 힘의 원천으로이 문제를 해결하기 위해 노력하고 있습니다. Jayan은 기계 공학 조교수이며 CMU의 Far-from-Equilibrium Materials Laboratory를 지휘합니다. 그녀는 소결 및 합성과 관련하여 세라믹 제조에서 전자기장의 사용을 조사하고 있습니다. 소결은 점토와 같은 다공성 물질이 압력 하에서 또는 열에 의해 치밀화되는 과정이다. 그녀 는 미국 세라믹 학회지 (American Ceramic Society) 저널 (Journal of the American Ceramic Society)의 2019 년 1 월 표지 기사에서이 분야의 새로운 발전에 대해 자세히 설명했습니다 . 이 논문은 2017 년 6 월 카네기 멜론 (Carnegie Mellon)에서 열렸던 이틀간의 워크샵에서 전자기 효과를 재료 합성이라고 명명 한 것이다. 워크샵은 현장 보조 소재 합성의 세 가지 분야에서 일하는 과학자들을 모았습니다. "이 워크샵은 서로에게 배울 수있는 좋은 기회였습니다."라고 박사후 연구원 인 Shikhar Jha는 말합니다. "이 방법들 - 전자 레인지, 레이저 및 전기장 -은 서로 매우 다르지만, 단일 메커니즘에 관련시키는 공통된 주제를 이해하기를 희망합니다." 워크샵에서 과학자들은 왜 전자기장이 소결 속도를 높이는 지에 대한 질문에 답했습니다. "우리는 소결 및 합성을위한이 필드 구동 프로세스가 모두 열적으로 구동되는지 또는 필드 자체가 추가적인 추진력을 유도 하는지를보고 싶습니다."라고 Jayan은 말합니다. 다른 말로하면, 그 분야는 단지 더위를 제공하고 있는가, 아니면 완전히 다른 것을하고있는 것인가? 이 질문은 독특한 연구 기회를 제공합니다. 이 프로세스를보다 효율적으로 수행 할 수있을뿐 아니라 연구원은 새로운 특성으로 새로운 물질을 처리 할 수도 있습니다. "우리는 물질 의 성질과 행동 이 동일하다고 기대하지 않습니다 ."라고 Jayan은 말합니다. "우리는 그것들이 다르다는 것을 알았지 만 우리는 어떻게 그리고 그곳에 기회가 있는지 모른다." 그러나 이용 가능한 특성화 도구를 포함하여 프로세스에 대한 완전한 이해를 방해하는 몇 가지 장애물이 있습니다. "는 있기 때문에, 자얀 말한다"당신은 그것을 측정하는 열전대를 사용할 수 없습니다 " 필드는 또한 열전대와 상호 작용하고 당신에게 신뢰할 수없는 데이터를 제공 할 것입니다." 또 다른 문제는 프로세스의 동적 특성입니다. "재료 특성과 미세 구조 만 측정하면 중간 단계에서 어떤 일이 발생했는지 알 수 없습니다."라고 Jayan은 말합니다. 이 때문에, 현장 연구라고 불리는 과정을 측정하는 연구는 매우 중요합니다. Jayan의 연구진은 National Laboratories와 협력하여 전자 가속기의 일종 인 싱크로트론 소스를 사용하여 이러한 과정에서 구조 변화의 중간 단계를 밝힙니다. 마지막 문제는 규모 중 하나입니다. 소결을 연구 할 때 "모든 길이의 비늘을 연결하고 꿰맬 수 있어야합니다."라고 원자의 모든 부분에서부터 손에 쥘 수있는 큰 부분에 이르기까지 Jayan이 말합니다. 과학자들이 근본적인 메커니즘을 이해하기 위해서는 시간이 지남에 따라 구조의 진화를 결정할 수있는 특성화 및 모델링 기술을 개발해야합니다. 도전이 어려운 것처럼 보일 수도 있지만 그 결과는 그만한 가치가 있습니다. 과학자들이 소결 과정에서 외부 장의 역할을 이해한다면 제조, 의약품, 전자 제품 및 청정 에너지와 같은 다양한 분야에서 기술 개발을 가속화 할 수 있습니다. 이미 그들의 노력으로 결과가 나왔습니다. Jayan은 20 시간의 시간 프레임이 "초 단위로 내려 가고 있으며, 온도도 몇 백도까지 떨어지며 이것은 에너지를 크게 절약 해줍니다"라고 말했습니다. 자얀 (Jayan)과 그녀의 팀은 그들의 논문이 새로운 세대의 학생들과 연구자들을위한 행동 촉구로서 역할하기를 희망한다. 무엇보다도, "커뮤니티에 지식 격차를 가져 오는 것이 었습니다."라고 Jayan은 말했습니다. "기회가 있습니다. 함께 노력합시다."
추가 정보 : 고온 연소 대신 세라믹의 냉간 소결 추가 정보 : 세라믹 소결에서의 외부 필드의 영향 , 미국 세라믹 학회지 , doi.org/10.1111/jace.16061 저널 참조 : American Ceramic Society 저널 :에 의해 제공 카네기 멜론 대학 기계 공학
https://phys.org/news/2019-03-path-future-paved-ceramics.html
A&B, study(laboratory evolution, mainhotspot project)
B/http://www.mdpi.com/2072-4292/10/8/1261
A/https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0
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