`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Физика может ускорить решения сложных вычислительных задач

Исследователи использовали изящный метод, основанный на статистической механике, называемый вершинной моделью, для создания более эффективных алгоритмов для более быстрого решения сложных задач. Исследование может решить проблемы машинного обучения, оптимизации схем и других основных вычислительных задач.

Известная вычислительная проблема относится к поиску наиболее эффективного маршрута для коммивояжера для посещения клиентов в ряде городов. Казалось бы, здесь все просто, но на самом деле это удивительно сложная и интенсивно изучаемая задача с выходом в такие области, как производство и управление воздушным движением.

Исследователи из Университета Центральной Флориды (UCF) и Бостонского университета (BU) разработали новый подход к решению таких сложных вычислительных задач. Они нашли способ применения статистической механики для создания более эффективных алгоритмов, которые могут работать на традиционных компьютерах или на новом типе квантовой вычислительной машины, сказал профессор Эдуардо Муччиоло (Eduardo Mucciolo), заведующий кафедрой физики в Колледже наук UCF.

Статистическая механика была разработана для изучения твердых тел, газов и жидкостей в макроскопических масштабах, но теперь используется для описания множества сложных состояний вещества, от магнетизма до сверхпроводимости. Методы, полученные из статистической механики, также применялись для понимания моделей трафика, поведения нейронных сетей, лавинных осадков и колебаний фондового рынка.

Уже существуют успешные алгоритмы, основанные на статистической механике, которые используются для решения вычислительных задач. Такие алгоритмы отображают проблемы на модель двоичных переменных на узлах графа, а решение кодируется по конфигурации модели с наименьшей энергией. Создавая модель с помощью аппаратного или компьютерного моделирования, исследователи могут охлаждать систему до тех пор, пока она не достигнет наименьшей энергии, показывая решение.

«Проблема с этим подходом заключается в том, что часто нужно проходить через фазовые переходы, аналогичные тем, которые обнаруживаются при переходе от жидкой фазы к стеклянной, где существует много конкурирующих конфигураций с низкой энергией, - сказал проф. Муччиоло. - Такие фазовые переходы существенно замедляют процесс охлаждения, что делает метод бесполезным».

Проф. Мучиоло совместно с другими физиками – Клаудио Шамоном (Claudio Chamon) и Андреем Рукенштейном (Andrei Ruckenstein) из BU – преодолел это препятствие, отобразив исходную вычислительную задачу на элегантную статистическую модель без фазовых переходов, которую они назвали моделью вершин. Модель определена на двумерной решетке, и каждая вершина соответствует обратимому логическому вентилю, соединенному с четырьмя соседями. Входные и выходные данные располагаются на границах решетки. По словам проф. Муччиоло, использование обратимых логических вентилей и регулярность решетки были важными компонентами для предотвращения замедления, вызываемого фазовыми переходами.

Шамон, профессор физики в BU и лидер команды, сказал, что исследование представляет собой новый взгляд на проблему.

«Эта модель не имеет объемного термодинамического фазового перехода, поэтому одно из препятствий для достижения решений, представленных в предыдущих моделях, было устранено», - сказал он.

Вершинная модель может помочь решить сложные проблемы в машинном обучении, оптимизации схем и других важных вычислительных задачах. Исследователи также изучают, может ли модель применяться к факторизации полупростых чисел, которые являются произведением двух простых чисел. Трудность выполнения этой операции с очень большими полупростыми числами лежит в основе современной криптографии и предложила ключевое обоснование для создания крупномасштабных квантовых компьютеров.

Более того, модель может быть обобщена, чтобы добавить еще один путь к решению сложных классических вычислительных задач, воспользовавшись преимуществами квантовомеханической суперпозиции состояний – тем, что, согласно квантовой механике, система может быть во многих состояниях одновременно.

«Наша статья также представляет собой естественную основу для программирования специальных вычислительных устройств, таких как машины D-Wave Systems, которые используют квантовую механику, чтобы ускорить время решения классических вычислительных задач», - сказал Рукенштейн.

Физика может ускорить решения сложных вычислительных задач

Эдуардо Муччиоло, профессор и заведующий кафедрой физики Университета Центральной Флориды

Найден простой способ создания двумерных электронных схем

Команда исследователей обнаружила быстрый и простой способ создания двумерных электронных схем, которые потенциально могут привести к появлению нового поколения электронных устройств.

Выступая на конференции в Норвегии, Збигнев Розинек (Zbigniew Rozynek), исследователь Университета Адама Мицкевича в Познани, Польша, продемонстрировал нечто похожее на магию. Когда он воткнул игольчатый электрод в смесь сферических металлических микрочастиц, диспергированных в силиконовом масле, шарик прикрепился к его концу. Когда Розинек вытащил электрод из дисперсии, другой шарик присоединился к первому, а затем следующий ко второму и т. д., пока не сформировалась длинная цепь.

«Шарики вели себя как магнитные бусины, за исключением того, что магнетизм отсутствовал, - сказал Эрик Луйтен (Erik Luijten), профессор материаловедения и инженерии в Северо-Западной инженерной школе Маккормика. - У частиц нет тенденции образовывать кластеры. Я понял, что происходит нечто более сложное».

Итоговое открытие может привести к появлению нового поколения электронных устройств и быстрому, простому способу записи двумерных электронных схем.

«Наши научные результаты могут открыть другие области для будущих исследований как фундаментальных, так и прикладных, - сказал Розинек. - Мы уже работаем над последующими проектами, основанными на нашем открытии».

Розинек и аспирант Мин Хань (Ming Han) выполнили множество расчетов, показывающих, как электрическое поле электрода изменило свойства частиц. Когда электрод погружается в коллоидный раствор, его заряженный наконечник поляризует каждую сферу. Эти индуцированные дипольные взаимодействия заставляют сферы соединяться вместе. Полученная цепочка могла содержать сотни тысяч сфер, достигая 30 см в длину.

После того, как команда открыла тайну, как сформировались цепочки, у нее была вторая загадка, которую нужно было решить. «Еще одна увлекательная часть состоит в том, что, как только мы вытащили цепочку из жидкости, нам больше не нужно было прилагать электрическое поле, чтобы удерживать структуру цепи, - сказал Хань. - После того, как поле было выключено, цепочка частиц оставалась стабильной».

После нескольких месяцев исследований команда обнаружила, что цепи сохраняют свои структуры из-за жидких «мостов» между соседними частицами. Когда исследователи вытащили цепь из жидкости, силиконовое масло прилипло к сторонам каждой частицы, образуя каркас вокруг всей цепи и сохраняя ее неповрежденной.

«Поверхностное напряжение играет здесь большую роль, - сказал Хань. - Жидкий мост заставляет частицы склеиваться. Физика здесь действительно интересная. Большинство людей думали бы, что если вы хотите сохранить структуру, тогда вам нужно будет применить электрическое поле, но это не так в нашей системе».

Как только гибкая цепь вытаскивается из жидкости, ее можно сразу перетащить по поверхности и нанести на нее, чтобы создать паттерн. Исследователи полагают, что этот метод можно использовать как альтернативный способ создания простых двумерных электронных схем. Если вместо силиконового масла используется расплавленный воск, то этот способ можно также использовать для создания трехмерных структур, которые сохраняют свою форму, когда воск охлаждается и затвердевает.

«Несмотря на простоту, способ изготовления коллоидных структур очень изящный и может использоваться для многих применений, включая изготовление проводящих путей на разных подложках, которые будут использоваться, например, в электронных приложениях» - сказал Розинек.

Ученые считают, что решение этой тайны потенциально может открыть дверь для приложений, которые они не могут предсказать сегодня. Понимая, как работает метод, они могут лучше оценить, как различные типы жидкостей или уровни напряжения могут влиять на цепи и изменять результат.

«Понимание того, как это работает, облегчает манипулирование и оптимизацию, - сказал проф. Луйтен. - Мы можем сказать, будет ли этот метод работать лучше или хуже, если частицы будут больше или если электрическое поле будет сильнее. Это возможно только потому, что мы это понимаем. В противном случае вам придется исследовать бесконечный набор комбинаций».

Найден простой способ создания двумерных электронных схем

Частицы вытягиваются из дисперсии для образования «жемчужного ожерелья» путем приложения электрического поля через игольчатый электрод

VMware окружает себя облаком

VMware развернет услуги по всему миру в облаке AWS в течение следующих 15 месяцев, начиная с США.

В преддверии конференции VMWorld СЕО VMware Пэт Гелсингер дал интервью главному редактору IDG Enterprise Эрику Кнорре, в котором рассказал о предстоящих анонсах на конференции, о будущем компании и о его пятилетнем руководстве. Ниже приведены основные моменты этого интервью.

Компания объявит о доступности VMware Cloud на AWS, партнерстве, в рамках которого VMware Software Defined Data Center размещается в облаке AWS в качестве сервиса. Новость заключается в том, что эта услуга доступна в Западной зоне обслуживания в Соединенных Штатах.

Планируется, что к концу следующего года сервис будет доступен во всех зонах. Он будет развернут на Восточном побережье, в Европе и Азии – везде, где доступен AWS.

Кроме того, компания объявит об инструментах управления, которые работают в любой облачной среде, даже той, которая не построена на VMware. Гельсингер сказал, что инструменты телеметрии и метрических показателей доступны благодаря покупке VMware компании Wavefront в начале этого года, а также с помощью vRealize Network Insight (vRNI), инструмента VMware для видимости и аналитики в средах SDN, особенно NSX.

VMware анонсирует функцию безопасности под названием App Defense, которая изучает «хорошее поведение» в виртуальных машинах и обеспечивает дополнительный уровень безопасности для контейнеров, работающих на виртуальных машинах. Это дает еще один уровень безопасности, который просто предоставляется бесплатно, как часть контейнера, находящегося в виртуальной машине.

Также в области безопасности компания добавит единый вход для Workspace ONE, который представляет собой интеграцию AirWatch, программного обеспечения для управления мобильностью VMware и Horizon, ее виртуальной десктопной платформы. Это дает клиентам возможность управлять всеми своими устройствами с единой платформы.

Интернет вещей присутствует в анонсах VMWare с vSAN для IoT. vSAN - это архитектура хранения VMware, в которой хосты VMware используют совместное дисковое пространство.

Это соответствует общей стратегии VMware в области краевых вычислений – располагать «интеллект» ближе к конечным точкам, чтобы анализировать данные, поддерживать устройства и обновлять программное обеспечение, не полагаясь на ссылки на центр.

Взаимодействие VMware с ПО с открытым исходным кодом определяется двумя объявлениями: поддержка Okata, новейшей платформы OpenStack с открытым исходным кодом и поддержка оркестрации контейнеров Kubernetes в Cloud Foundry, облачной платформе с открытым исходным кодом от Pivotal.

Гелсингер также сказал, что сообщество стандартов соглашается с интерфейсами на основе контейнеров, и они добавляются в платформу NSX. Он среди прочего отметил, что VMware не видит конкуренции между контейнерами и виртуальными машинами, но VMware пытается упростить работу контейнеров в виртуальных машинах. «Мы считаем, что контейнеры великолепны. Мы любим их. Основное преимущество контейнеров – ускоренная разработка приложений, развертывание и управление жизненным циклом. По большей части мы не видим их заменой виртуализации», - сказал Гелсингер.

Предприятия занимаются гиперконвергентной инфраструктурой, а VMware пытается помочь в предоставлении устройств, которые делают это, поэтому компаниям не нужно создавать собственную инфраструктуру.

По мере того, как Гелсингер приближается к своей пятой годовщине в качестве СЕО, он говорит, что его самое большое достижение – это готовность VMware для второго акта, то есть, выхода за пределы своего первоначального успеха с продуктами виртуализации vSphere.

Гелсингер указывает на успехи в программно-ориентированных центрах обработки данных Workspace ONE и платформы управления мобильностью, а также на ее успех в облаке в качестве доказательства того, что существует многообещающий второй акт.

«Я думаю, что суммой моих пяти лет пребывания в должности СЕО VMware, было бы построение такой стратегии, чтобы мы позиционировались не только как отличная компания в прошлом или настоящем, но на десятилетия вперед», - резюмировал он.

Лазерные импульсы могут привести к сверхпроводникам будущего

Новое исследование показало, что мечта о более эффективном использовании энергии может стать реальностью. Это исследование открывает новые перспективы для разработки сверхпроводящих материалов с применением в электронике, диагностике и транспорте.

Международная команда под руководством ученых из Международной школы повышения квалификации (SISSA) в Триесте, Католического Университета, Брешиа, и Миланского политехнического университета использовала лазерные импульсы для связывания электронов в соединении, содержащем медь, кислород и висмут. Таким образом они могли идентифицировать условие, при котором электроны не отталкивают друг друга, что является необходимой предпосылкой для протекания тока без сопротивления.

Используя сложные лазерные методы, позволяющие исследовать так называемый неравновесный режим, ученые нашли инновационный способ понять свойства специального класса материалов. Команда SISSA занималась теоретическими аспектами исследования, в то время как лаборатории I-LAMP из Католического Университета и Миланского политехнического университета координировали экспериментальную сторону.

«Одним из основных препятствий для использования сверхпроводимости в повседневных технологиях является то, что наиболее перспективные сверхпроводники склонны превращаться в изоляторы при высоких температурах и низких концентрациях примесей, - объяснили ученые. - Это потому, что электроны стремятся отталкивать друг друга, а не образовывать пары и двигаться в направлении потока тока». Чтобы изучить это явление, исследователи сосредоточились на конкретном сверхпроводнике, который обладает очень сложными физическими и химическими свойствами, состоящем из четырех различных типов атомов, включая медь и кислород. «Используя лазерный импульс, мы вывели материал из его равновесного состояния. Второй ультракороткий импульс позволил нам расцепить компоненты, которые характеризуют взаимодействие между электронами, когда материал возвращается к равновесию».

Благодаря такому подходу ученые обнаружили, что «в этом материале отталкивание между электронами и, следовательно, их изоляционные свойства исчезают даже при комнатной температуре. Это очень интересное наблюдение, поскольку это существенная предпосылка для превращения материала в сверхпроводник». Каков следующий шаг, чтобы этого достичь? «Мы сможем взять этот материал в качестве отправной точки и, например, изменить его химический состав», - объяснили исследователи. Открыв, что существуют предпосылки для создания сверхпроводника при комнатной температуре, ученые теперь располагают новыми инструментами для поиска правильного рецепта: путем изменения нескольких ингредиентов они могут приблизиться к правильной формуле.

Каковы могут быть применения сверхпроводников? Магнитное поле, генерируемое пропусканием тока через сверхпроводник, может быть использовано для нового поколения магнитных левитационных поездов - как тот, который уже связывает Шанхай с его аэропортом, - с гораздо лучшими характеристиками и эффективностью. В диагностике можно было бы создавать очень большие магнитные поля в чрезвычайно малых пространствах, что позволяло бы производить высокоточную магнитно-резонансную томографию в очень малом масштабе. В области микроэлектроники высокотемпературные сверхпроводники обеспечивали бы чрезвычайно высокую эффективность и в то же время значительную экономию энергии.

Транзисторы с двумя стабильными энергетическими состояниями

Инженеры сообщают о модернизации транзисторного лазера, который может быть использован для повышения скорости компьютерного процессора, – формировании двух стабильных энергетических состояний и возможности быстрого переключения между ними.

Современные компьютеры ограничены задержкой, возникающей при прохождении электронов через крошечные провода и переключатели на компьютерной микросхеме. Чтобы преодолеть эту задержку, инженеры хотели бы разработать компьютер, который передает информацию, используя свет в дополнение к электричеству, поскольку свет распространяется быстрее, чем электричество.

Наличие двух стабильных энергетических состояний или бистабильности внутри транзистора позволяет устройству формировать оптико-электрический переключатель. Этот переключатель будет работать в качестве основного строительного блока для разработки оптической логики - языка, необходимого для связи будущих оптических процессоров, сказал Милтон Фэн (Milton Feng), почетный заведующий кафедрой Ника Холоньяка по электротехнике и вычислительной технике и руководитель команды, выполнившей данное исследование.

«Встраивание транзистора с электрической и оптической бистабильностью в компьютерный чип значительно увеличит скорость обработки, потому что устройства могут взаимодействовать без помех, возникающих при использовании только электронных транзисторов», - сказал проф. Фэн.

В последнем исследовании инженеры описывают, как оптические и электрические бистабильные выходы конструируются на одном транзисторе. Добавление оптического элемента создает петлю обратной связи с использованием процесса, называемого туннелированием электронов, который управляет передачей света.

Проф. Фэн сказал, что очевидное решение для устранения узкого места, создаваемого передачей большого объема данных, – исключение электронной передачи данных в транзисторе и использование полностью оптической – вряд ли произойдет.

«Вы не можете полностью удалить электронику, потому что вам нужно подключить ток и преобразовать его в свет, - сказал проф. Фэн. - Это проблема с концепцией полностью оптического компьютера, о которой говорят некоторые люди. Это просто невозможно, потому что нет такой вещи, как полностью оптическая система».

Фэнг и Холоньяк, заведующий кафедрой Бардина по электротехнике и вычислительной технике и физике, в 2004 году обнаружили, что свет, ранее считавшийся побочным продуктом транзисторной электроники, может использоваться в качестве оптического сигнала. Это проложило путь для развития транзисторного лазера, который использует свет и электроны для передачи сигнала.

Новый транзистор мог бы помочь разработать новые устройства и приложения, которые были невозможны с традиционной технологией транзисторов.

«Это единственное устройство, которое обеспечивает бистабильность как для электрических, так и для оптических функций с одним переключателем, - сказал проф. Фэн. - Это совершенно новое устройство, и мы много работаем, чтобы найти новые приложения для него».

Проф. Фэн и его команда продемонстрировали электрооптическую бистабильность при -50 градусах по Цельсию. Следующим шагом будет доказать, что устройство может работать при комнатной температуре. Проф. Фэн сказал, что они недавно достигли этой важной вехи, и подробности будут опубликованы в предстоящем докладе.

Транзисторы с двумя стабильными энергетическими состояниями

Инженер из Университета Иллинойса Милтон Фэн и его команда внедрили модернизацию транзисторных лазеров, что может повысить скорость компьютерного процессора

Cisco расширяет SDN на публичные облака

SDN является архитектурным подходом, который традиционно считался виртуализацией сетей центров обработки данных. Обычно это означает разделение плоскости управления сетевыми устройствами от базовой плоскости данных, которая коммутирует сетевой трафик. Использование программно-определяемой системы для управления этой дезагрегацией приносит много преимуществ, включая повышенную гибкость управления сетью и возможность более легко реализовать тонко гранулированные политики безопасности.

Свои программно-определяемые сети Cisco называет Application Centric Infrastructure (ACI) и видит свою миссию в том, чтобы распространить ACI на облака. Недавно компания объявила, что она разрабатывает способ интегрировать ACI с инфраструктурой публичных облаков Amazon, Azure и Google Cloud Platform.

Расширяя ACI от ЦОД на публичные облака, Cisco делает более легким для заказчиков управление гибридными сетями.

Cisco собирается интегрировать свой ACI-контроллер с интерфейсами прикладного программирования (API) трех ведущих поставщиков публичных облачных вычислений. «Клиенты переходят на многоуровневую среду, и при этом все больше и больше ищут согласованность в этих средах, так чтобы им не нужно было бы изучать новые инструменты и новые API», - сказал Том Эдсолл (Tom Edsall), старший вице-президент и генеральный менеджер Группы ACI из Cisco.

Cisco планирует сделать возможным подключение нескольких контроллеров на разных сайтах друг к другу. Это позволит ИТ-администраторам создавать политики, согласованные во всех этих средах или политики, которые характерны для одной из сред. Сегментация сети, микросегментация трафика и создание «белых списков» приемлемого трафика являются примерами политик, которые могут быть применены в этой модели.

Cisco также сообщила, что изучает, могут ли облачные программы управления, такие как Microsoft Azure Stack, управлять API ACI и может ACI управлять программами с открытым исходным кодом, такими как контейнер оркестрации Kubernetes и платформа управления в гибридных средах.

Следует сказать, что запуск SDN в гибридной среде не является новой концепцией. В прошлом году VMware объявила о планах создания своего программного обеспечения для виртуальных сетей NSX для работы на площадках клиентов и в публичном облаке. Также в прошлом году VMware и AWS объявили о партнерстве, чтобы совместно разработать способ запуска программного обеспечения VMware, включая NSX, в AWS.

Новый тонкопленочный материал улучшит электронику

Группа исследователей, возглавляемая Университетом Миннесоты, открыла новый тонкопленочный материал с самой высокой проводимостью в своем классе. Новый материал может привести к миниатюрной, быстрой и более мощной электронике, а также к более эффективным солнечным элементам.

Это открытие опубликовано в открытом журнале Nature Communications, в котором публикуются значимые исследования из всех областей естественных наук.

Исследователи говорят, что уникальность нового материала состоит в том, что он обладает высокой проводимостью, и это позволяет электронике проводить больше электричества и становиться более мощной. Но материал также имеет широкую запрещенную зону, означающую, что свет может легко проходить через материал, делая его оптически прозрачным. В большинстве случаев материалы с широкой запрещенной зоной обычно имеют либо низкую проводимость, либо слабую прозрачность.

«Высокая проводимость и широкая запрещенная зона делают этот материал идеальным для изготовления оптически прозрачных проводящих пленок, которые могут использоваться в самых разных электронных устройствах, включая электронику с высокой мощностью, электронные дисплеи, сенсорные экраны и даже солнечные элементы, в которых свет должен проходить через устройство», - сказал Бхарат Джалан (Bharat Jalan), профессор химической инженерии и материаловедения из Университета Миннесоты и ведущий научный сотрудник по этому исследованию.

В настоящее время большинство прозрачных проводников в нашей электронике используют химический элемент, называемый индием. За последние несколько лет цена на индий значительно выросла, существенно увеличив стоимость современной технологии отображения. В результате были предприняты огромные усилия для поиска альтернативных материалов, которые работают так же или даже лучше, чем прозрачные проводники на основе индия.

В этом исследовании ученые нашли решение. Они разработали новую прозрачную проводящую тонкую пленку с использованием нового метода синтеза, с помощью которого они выращивали тонкую пленку BaSnO3 (комбинацию бария, олова и кислорода, называемую станнатом бария), но заменили элементный оловянный источник химическим предшественником олова. Химический предшественник олова имеет уникальные радикальные свойства, которые повышают химическую реактивность и значительно улучшают процесс образования оксида металла. И барий, и олово значительно дешевле, чем индий, и доступны в изобилии.

«Мы были очень удивлены тем, насколько хорошо этот нетрадиционный подход сработал с первого раза, когда мы использовали химический предшественник олова, - сказал аспирант Университета Миннесоты по химическому машиностроению и материаловедению Абхинав Пракаш (Abhinav Prakash), первый автор статьи. - Это был большой риск, но для нас это был большой прорыв».
Джалан и Пракаш заявили, что новый процесс позволил им создать этот материал с беспрецедентным контролем над толщиной, составом и концентрацией дефектов, и что этот процесс должен быть очень подходящим для ряда других материальных систем, где этот элемент трудно окислять. Новый процесс также воспроизводимый и масштабируемый.

«Несмотря на то что этот материал обладает самой высокой проводимостью в рамках одного и того же класса материалов, есть много возможностей для улучшения, а также огромный потенциал для открытия новой физики, если мы уменьшим дефекты. Это наша следующая цель», - сказал Джалан.

Новый тонкопленочный материал улучшит электронику

Группа исследователей, возглавляемая Университетом Миннесоты, открыла новый тонкопленочный материал с самой высокой проводимостью в своем классе

Голография генерирует 3D-изображения окрестности по данным Wi-Fi

Ученые из Мюнхенского технического университета (TUM) разработали процесс голографической визуализации, который отображает излучение передатчика Wi-Fi, для создания трехмерных изображений окружающей среды. Операторы промышленных предприятий могли бы использовать это для отслеживания объектов по мере их перемещения через производственный цех.

В то время как оптические голограммы требуют сложной лазерной технологии, генерация голограмм с микроволновым излучением передатчика Wi-Fi требует только одной фиксированной и одной подвижной антенны, как сообщает доктор Фридеманн Райнхард (Friedemann Reinhard) и Филипп Холл (Philipp Holl) в выпуске научного журнала Physical Review Letters.

«Используя эту технологию, мы можем создать трехмерное изображение пространства вокруг передатчика Wi-Fi, как если бы наши глаза могли видеть микроволновое излучение», - говорит д-р Райнхард, директор Исследовательской группы для квантовых датчиков им. Эмми Нетер в Институте Вальтера Шоттки при Мюнхенском университете. Исследователи предполагают, что изобретение найдет широкое применение в домене Industry 4.0 - автоматизированных промышленных предприятий, в которых локализация деталей и устройств часто затруднена.

Процессы, которые позволяют локализовать микроволновое излучение даже сквозь стены или в которых изменения в сигнальной схеме означают присутствие человека, уже существуют. Новинка заключается в том, что полное пространство может быть отображено посредством голографической обработки сигналов Wi-Fi или сотового телефона.

«Конечно, это поднимает вопросы о конфиденциальности. В конце концов, в определенной степени даже зашифрованные сигналы передают образ окружающего мира внешнему миру, - говорит руководитель проекта д-р Райнхард. - Однако маловероятно, что в ближайшем будущем этот процесс будет использоваться для наблюдения в чужих спальнях. Для этого вам нужно будет обойти здание с большой антенной, которая вряд ли останется незамеченной. Доступны более простые способы».

До сих пор генерирование изображений из СВЧ-излучения требовало специальных передатчиков с большой полосой пропускания. При использовании обработки голографических данных исследователям было достаточно малой ширины полосы типичных домашних Wi-Fi-передатчиков, работающих в полосах 2,4 и 5 ГГц. Можно использовать даже сигналы Bluetooth и сотового телефона. Длины волн этих устройств соответствуют пространственному разрешению в несколько сантиметров.

«Вместо использования подвижной антенны, которая измеряет изображение точка за точкой, можно использовать большее количество антенн для получения видеоподобной частоты изображения, - говорит Филипп Холл, который выполнил эксперименты. - Будущие частоты Wi-Fi, такие как предлагаемый 60-гигагерцовый стандарт IEEE 802.11, позволят снизить разрешение до миллиметра».

Известные оптические методы обработки изображений также могут быть развернуты в голографической технологии Wi-Fi: одним из примеров является методология темного поля, используемая в микроскопии, что улучшает распознавание слаборассеивающих структур. Еще одним процессом является голографирование в белом свете, в котором исследователи используют оставшуюся небольшую полосу пропускания передатчика Wi-Fi для устранения шума от рассеянного излучения.

Концепция обработки микроволновых голограмм, таких как оптические изображения, позволяет сочетать микроволновое изображение с изображениями камеры. Дополнительная информация, извлеченная из микроволновых изображений, может быть встроена в изображение камеры смартфона, например, для отслеживания радиотега, прикрепленного к потерянному элементу.

Но ученые только в начале технологического развития. Например, исследования прозрачности конкретных материалов отсутствуют. Это знание могло бы облегчить разработку полупрозрачных краски или обоев для микроволн для защиты конфиденциальности, в то время как прозрачные материалы могут быть развернуты в заводских цехах, чтобы можно было отслеживать детали.

Исследователи надеются, что дальнейшее улучшение технологии может помочь в поисках жертв, погребенных под лавиной или разрушенным зданием. В то время как традиционные методы позволяют определить локализацию жертв, обработка голографического сигнала может обеспечить пространственное представление разрушенных структур, позволяя спасателям перемещаться вокруг тяжелых объектов и использовать полости в щебне, чтобы систематически определять самый простой подход для быстрого достижения пострадавших.

Голография генерирует 3D-изображения окрестности по данным Wi-Fi

Крест из алюминиевой фольги между зрителем и WLAN-маршрутизатором можно легко восстановить из WLAN-голограммы, как видно из вставленного изображения

Модель для многодолинных поляритонов

Ученые моделируют образование многодолинности в полупроводниковых микрорезонаторах, внося новые идеи в развивающуюся область долинной электроники (valleytronics). Возможность получать и манипулировать двумя состояниями поляризации долин позволит использовать их для вычислений и цифровой связи.

Поляритоны – квазичастицы, образующиеся в результате взаимодействия света и материи. Команда Центра теоретической физики сложных систем в Институте фундаментальных наук (IBS) смоделировала поведение поляритонов в микрорезонаторах, наноструктурах из полупроводникового материала, помещенных между специальными зеркалами (зеркала Брэгга).

Поляритоны из-за взаимодействия света (фотонов) и материи (связанного состояния электронов и дырок, известных как экситоны) имеют характеристики каждого из них. Они формируются, когда луч света определенной частоты отражается от зеркал внутри микрорезонаторов, вызывая быстрое взаимное преобразование между светом и веществом и приводящее к поляритонам с коротким временем жизни. «Вы можете представить эти квазичастицы в виде волн, которые вы делаете в воде, они движутся вместе гармонично, но они длятся недолго. Короткий срок жизни поляритонов в этой системе обусловлен свойствами фотонов», - объясняет Мэн Сань (Meng Sun), первый автор исследования.

Ученые изучают поляритоны в микрополостях, чтобы понять, как их характеристики могут быть использованы, чтобы превзойти нынешние полупроводниковые технологии. Современная оптоэлектроника считывает, обрабатывает и хранит информацию, управляя потоком частиц, но в поиске новых более эффективных альтернатив можно рассмотреть другие параметры, такие как так называемые «долины». Долины можно визуализировать, построив энергию поляритонов в зависимости от их импульса. Долинная электроника стремится управлять свойствами долин в некоторых материалах, таких как дихалькогениды переходных металлов (TMDCs), арсенид алюминия галлия алюминия (InGaAlAs) и графен.

Возможность манипулировать их функциями приведет к перестраиваемым долинам с двумя явно разными состояниями, соответствующими, например, логическим 1 и 0, подобным состояниям включения-выключения в вычислениях и цифровой связи. Способ отличить долины с одинаковым уровнем энергии состоит в том, чтобы получить долины с различной поляризацией, так что электроны (или поляритоны) будут преимущественно занимать одну долину, а не другие. Ученые IBS создали теоретическую модель поляризации долины, которая может быть полезна для долинной электроники.

Хотя поляритоны образованы путем связывания фотонов и экситонов, исследовательская группа смоделировала эти два компонента независимо. «Моделирование потенциальных профилей фотонов и экситонов по отдельности является ключом к тому, чтобы найти, где они перекрываются, а затем определить минимальные энергетические положения, где образуются долины», - указывает Сань.

Важнейшей особенностью этой системы является то, что поляритоны могут наследовать некоторые свойства, такие как поляризация. Долины с разной поляризацией образуются спонтанно, когда принимается в рассмотрение расщепление поперечных (т.е. перпендикулярных) электронных и магнитных мод светового пучка (расщепление TE-TM).

Поскольку эта теоретическая модель предсказывает, что долины с противоположной поляризацией можно различать и настраивать, в принципе, различные долины могут избирательно возбуждаться поляризованным лазерным излучением, что приводит к возможному применению в долинной электронике.

Модель для многодолинных поляритонов

Минимальные локализации энергии, называемые долинами, показаны  белыми крестами

Физики создают «отрицательную массу»

Физики Вашингтонского государственного университета (WSU) создали жидкость с «отрицательной массой», которая в точности соответствует этому названию. Толкните ее, и в отличие от каждого физического объекта в мире, который мы знаем, она не ускоряется в направлении толчка. Она ускоряется назад.

Этот феномен редко создается в лабораторных условиях и может быть использован для изучения некоторых более сложных концепций космоса, сказал Майкл Форбс (Michael Forbes), доцент по физике и астрономии WSU. Исследование появилось в журнале Physical Review Letters, где оно представлено как «Рекомендация редактора».

Гипотетически материя может иметь отрицательную массу в том же смысле, что электрический заряд может быть либо отрицательным, либо положительным. Люди редко думают в этих терминах, и наш повседневный мир видит только положительные аспекты второго закона движения Исаака Ньютона, в котором F = ma. Другими словами, если вы толкнете объект, он ускорится в том направлении, в котором приложена сила. Масса будет ускоряться в направлении силы.

«Это то, что мы привыкли видеть, - сказал Форбс, намекая на странность. - С отрицательной массой, если вы что-то отталкиваете, она ускоряется к вам».

Он и его коллеги создали условия для отрицательной массы, охлаждая атомы рубидия до всего лишь на волосок выше абсолютного нуля, создавая так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна. В этом состоянии частицы движутся чрезвычайно медленно и, следуя принципам квантовой механики, ведут себя как волны. Они также синхронизируются и перемещаются в унисон, что известно как сверхтекучесть.

Во главе с профессором физики и астрономии WSU Питером Энгельсом (Peter Engels) исследователи на шестом этаже Webster Hall создали эти условия, используя лазеры для замедления частиц, чтобы сделать их более холодными и позволяя горячим, высокоэнергетическим частицам убегать, как пар, охлаждая материал в дальнейшем.

Лазеры захватывают атомы, как если бы они находились в чаше размером менее ста микрон. На этом этапе сверхтекучая жидкость рубидия имеет регулярную массу. Разрушение чаши позволяет рубидию расширяясь устремиться наружу.

Чтобы создать отрицательную массу, исследователи применили второй набор лазеров, которые толкали атомы назад и вперед и меняли способ их вращения. Теперь, когда рубидий расширяется достаточно быстро, он ведет себя так, как будто он имеет отрицательную массу. «Как только вы его толкнете, он ускоряется в обратном направлении, - сказал Форбс, который выступал в качестве теоретика, анализирующего систему. - Похоже, что рубидий ударяется о невидимую стену».

Техника, используемая исследователями WSU, позволяет избежать некоторых из основных недостатков, обнаруженных в предыдущих попытках понять отрицательную массу.

«Основным здесь является тонкий контроль над природой этой отрицательной массы без каких-либо других осложнений, который мы получаем», - сказал Форбс. Их исследование объясняет, с точки зрения отрицательной массы, подобное поведение, наблюдаемое в других системах. Этот усиленный контроль дает исследователям новый инструмент для разработки экспериментов по изучению аналогичной физики в астрофизике для таких объектов, как нейтронные звезды, и для космологических явлений, таких как черные дыры и темная энергия, где эксперименты невозможны. «Это дает еще одну среду для изучения фундаментального явления, которое очень своеобразно», - сказал Форбс.

Физики создают «отрицательную массу»

Художественная абстракция. Гипотетически материя может иметь отрицательную массу в том же смысле, что электрический заряд может быть либо отрицательным, либо положительным. При отрицательной массе, если вы что-то толкаете, оно ускоряется к вам

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT