Электроника управляет нашим миром, но электроны управляют нашей электроникой. Открытие может изменить, как создаются электронные устройства.

Исследовательская группа в Университете штата Огайо нашла способ упростить, как электронные устройства используют электроны, с помощью материала, который может выполнять двойную роль в электронике, где исторически требовалось несколько материалов.

«По сути, мы нашли двуликий материал, - сказал Джозеф Хереманс (Joseph Heremans), соавтор исследования, проф. механического и аэрокосмического машиностроения и Eminent Scholar (ученое звание) по нанотехнологиям в штате Огайо. - Это концепция, которой раньше не было».

Их результаты могут означать реконструирование методов, которыми инженеры будут создавать различные виды электронных устройств. Это включает в себя все: от солнечных батарей до светодиодов в вашем телевизоре, до транзисторов в вашем ноутбуке и до датчиков света в камере вашего смартфона.

Каждый электрон имеет отрицательный заряд и может излучать или поглощать энергию в зависимости от того, как им манипулируют. Дырки - по сути, электронные вакансии - имеют положительный заряд. Электронные устройства работают, перемещая электроны и дырки - по существу проводя электричество.

Но исторически каждая часть электронного устройства могла действовать только как источник электронов или как источник дырок, но не как оба вместе. Это означало, что для работы электроники требовалось несколько слоев - и несколько материалов.

Но исследователи из штата Огайо нашли материал - NaSn2As2, кристалл, который может иметь как электронную, так и дырочную проводимость, потенциально устраняя необходимость в нескольких слоях.

«Догма в науке говорит о том, что у вас есть электроны или дырки, но у вас нет и того, и другого вместе. Но наши результаты переворачивают это с головы на ноги, - сказал Вольфганг Уиндл (Wolfgang Windl), профессор материаловедения и инженерии в штате Огайо и соавтор исследования. - И дело не в том, что электрон становится дыркой, потому что это одна и та же совокупность частиц. Здесь, если вы посмотрите на материал одним способом, он будет выглядеть как контейнер электронов, но если вы посмотрите другим - он будет похож на контейнер дырок».

Это открытие может упростить нашу электронику, возможно, создав более эффективные системы, которые работают быстрее и ломаются реже.

«Теперь у нас есть это новое семейство слоистых кристаллов, в которых носители ведут себя как электроны при перемещении внутри каждого слоя, и как дырки при перемещении через слои ... Вы можете представить, какие уникальные электронные устройства могут быть созданы», - сказал Джошуа Голдбергер (Joshua Goldberger), адъюнкт-профессор химии и биохимии в штате Огайо.

Исследователи назвали это явление двойной способности "гониополярностью". Они полагают, что материал функционирует таким образом из-за его уникальной электронной структуры, и говорят, что, вероятно, и другие слоистые материалы могли бы проявить это свойство.

«Мы просто еще не нашли их, - сказал проф. Хереманс. - Но теперь мы знаем, что искать».

Исследователи сделали открытие почти случайно. Аспирант в лаборатории Хереманса, Бин Хе (Bin He), измерял свойства кристалла, когда заметил, что материал ведет себя иногда как контейнер электронов, а иногда как контейнер дырок - что, как в тот момент думала наука, было невозможно. Он подумал, что допустил ошибку, снова и снова запускал эксперимент и получал тот же результат.

«Именно на это он обратил внимание, и он ничего не предполагал», - сказал Хереманс.

Электронная монтажная плата

Исследователи защитили ваш кардиостимулятор, другие медицинские технологии от удаленных взломов, прежде чем они произойдут.

Кто-то может взломать ваш кардиостимулятор или инсулиновую помпу и потенциально убить вас, просто перехватывая и анализируя беспроводные сигналы. Такого еще не было в реальной жизни, но исследователи демонстрируют, что, по крайней мере, в течение десятилетия, что это возможно.

Прежде чем совершится первое преступление, инженеры Университета Пердью усилили меры безопасности в «интернете тела». Теперь сеть, о которой вы не знали, доступна только вам и вашим устройствам благодаря технологии, которая удерживает сигналы связи внутри самого тела.
Авторами исследования являются Шрейас Сен (Shreyas Sen), доцент кафедры электротехники и вычислительной техники в Пердью, а также его студенты Дебаян Дас, Шован Мэйти и Байбхаб Чаттерджи.

«Мы подключаем все больше и больше устройств к сети человеческого тела, от умных часов и фитнес-трекеров до дисплеев виртуальной реальности, устанавливаемых на голове», - говорит доц. Сен, который специализируется на сенсорных и коммуникационных системах. - Задача заключается не только в том, чтобы сохранить эту связь внутри тела, чтобы никто не мог ее перехватить, но и получить более высокую пропускную способность и меньшее потребление батареи».

Жидкости тела очень хорошо переносят электрические сигналы. До сих пор так называемые «сети тела» использовали технологию Bluetooth для передачи сигналов по телу и вокруг него. Эти электромагнитные волны могут быть уловлены в радиусе не менее 10 метров от человека.

Команда Сена продемонстрировала, что передача сигналов по человеческому телу происходит безопасно, не выходя за пределы сантиметра от кожи и используя в 100 раз меньше энергии, чем традиционная связь по Bluetooth.

Это возможно благодаря устройству, связывающем сигналы в электроквазистатическом диапазоне, который намного ниже по электромагнитному спектру.

Видео доступно по адресу https://youtu.be/NHqfT1vIe6E.

Через часы-прототип человек может получить сигнал из любой точки тела, от ушей до пальцев ног. По словам доц. Сена, толщина вашей кожи или волос также не влияет на то, насколько хорошо вы проводите сигнал.

Идея состоит в том, чтобы создать для врачей способ перепрограммировать медицинские устройства без инвазивной хирургии. Эта технология также помогла бы упростить появление биоэлектронной медицины с замкнутым контуром, в которой носимые или имплантируемые медицинские устройства функционируют как лекарства без побочных эффектов, и высокоскоростной визуализации мозга для нейробиологических приложений.

«Мы впервые показываем физическое понимание свойств безопасности связи через человеческое тело, чтобы преобразовать его в скрытую сеть, и чтобы никто не мог отслеживать важную информацию», - сказал Сен.

Организм человека хорошо переносит электрические сигналы. Теперь эти сигналы могут не выходить далеко за пределы тела благодаря новой технологии, разработанной инженерами Университета Пердью

Впервые в мире международным сотрудничеством были получены отдельные гибкие ленты из кристаллического фосфора, и они могли бы произвести революцию в электронике и технологии быстрой зарядки аккумуляторов.

С момента выделения двумерного фосфорена (фосфорного эквивалента графена) в 2014 г. более 100 теоретических исследований предсказали, что в узких «лентах» этого материала могут проявиться новые и захватывающие свойства. Эти свойства могут быть чрезвычайно ценными для ряда отраслей промышленности.

В своем исследовании ученые из Университетского колледжа Лондона (UCL), Университета Бристоля, Университета Содружества Вирджинии и Политехнической школы Лозанны рассказывают о том, как они получили высококачественные ленты фосфорена из кристаллов черного фосфора и ионов лития.

Один из авторов исследования, д-р Крис Ховард (Chris Howard) из Отделения физики и астрономии UCL, сказал: «Это первый раз, когда были сделаны отдельные фосфореновые наноленты. Были предсказаны их захватывающие свойства, и области применения, где фосфореновые наноленты могут играть преобразующую роль, очень широки».

Работая в тесном сотрудничестве с Центром анализа поверхностей раздела Университета Бристоля в Школе физики и отделившейся из Университета Бристоля компанией Bristol Nano Dynamics Ltd, команда смогла найти и охарактеризовать размеры нанолент, нанесенных на поверхности, с беспрецедентной статистической проверкой.

Первый автор, Митчелл Уоттс (Mitchell Watts) из Департамента физики и астрономии UCL, добавил: «Используя передовые методы визуализации, мы очень подробно охарактеризовали ленты, обнаружив, что они чрезвычайно плоские, кристаллические и необычайно гибкие. Большинство из них имеют толщину только в один слой атомов, но там, где лента состоит более чем из одного слоя фосфорена, мы обнаружили плавные переходы между 1-2-3-4 слоями, где лента расщепляется, и каждый слой имеет различные электронные свойства».

Команда говорит, что предполагаемые области применения включают батареи, солнечные элементы, термоэлектрические устройства (для преобразования отработанного тепла в электричество), фотокатализ, наноэлектронику и квантовые вычисления.

Кроме того, также было предсказано появление «экзотических» эффектов, включая новый магнетизм, волны спиновой плотности и топологические состояния.

Новый метод может производить фосфореновые наноленты в больших количествах в жидкости, которая затем может быть использована для их нанесения в объеме при низких затратах для этих применений и множества других.

Наноленты получают путем смешивания черного фосфора с ионами лития, растворенными в жидком аммиаке при -50 ° С. Через 24 часа аммиак медленно удаляют и заменяют органическим растворителем, который образует раствор из нанолент различных размеров.

Доктор Ховард добавил: «Мы пытались сделать листы из фосфорена, поэтому были очень удивлены, обнаружив, что мы сделали ленты. Чтобы наноленты обладали четко определенными свойствами, их ширина должна быть одинаковой по всей длине, и мы обнаружили, что это именно так в случае для наших лент».

Продолжая изучать захватывающие фундаментальные свойства нанолент, команда намерена также рассмотреть их использование в приложениях для накопления энергии благодаря существующему сотрудничеству и сформировать новые связи для изучения электронного транспорта, термоэлектрических устройств и многого другого.

Топографические карты высокоскоростной атомно-силовой микроскопии сечений толщиной от 1 до 5 слоев из двумерных фосфореновых нанолент. Каждый слой имеет толщину немногим более 5 ангстрем, ширину 10 нанометров и измеренную длину более 75 микрон. Этот новый удивительный материал имеет множество предсказанных применений и теперь может быть получен в том объеме, который необходим для их изучения

Исследователи сообщают о настольном методе, позволяющем охарактеризовать более быстрый магнитный накопитель, использующий генерацию высокогармонического лазерного излучения, в тонких пленках железа.

Доля магнитных материалов на мировом рынке составляет около 50 млрд. долл. в год. Новый рубеж в изучении этих материалов, фемтомагнетиков, может привести к созданию сверхбыстрых магнитных запоминающих устройств, которые позволят обрабатывать данные в запоминающих устройствах на несколько порядков быстрее.

«Есть много немагнитных материалов, которые могут производить высокие гармоники, - сказал ведущий исследователь Гопин Чжан (Guoping Zhang), профессор физики в Университете штата Индиана. - Значимость нашей работы заключается в распространении концепции высоких гармоник на технологически важные магнитные материалы».

Метод измеряет, как электроны движутся или вращаются под воздействием сильного лазерного импульса в масштабе квадриллионной доли секунды. По словам проф. Чжана, существует множество способов измерения магнитных свойств образца, но большинству не хватает возможности разрешить квантовомеханические спины, которые являются основой спинтроники.
«Новизна нашего метода заключается в том, что мы можем напрямую определять спиновый сигнал, - сказал проф. Чжан. - Этот сигнал имеет решающее значение и лежит в основе технологии на основе спина».

Более того, сказал Чжан, «исследователи часто зависят от очень больших средств для проведения необходимых измерений. Генерация высокой гармоники из тонких пленок Fe является настольным экспериментом. Таким образом, она более доступна для многих групп.
Наша работа была вдохновлена несколькими ранее выполненными новаторскими работами. Первая - это фемтомагнетизм, при котором сверхбыстрый лазерный импульс может использоваться вместо магнитного поля для размагничивания образца. Вторая - исследование генерации высоких гармоник в других материалах. Мы объединили эти два поля вместе».

Чжан говорит, что в работе группы используется то же видение, что и в квантовой технологии при использование электронного спина для переноса информации, но она более практична, потому что основана на идеях магнитного хранения. «Наша нынешняя работа предоставит способ охарактеризовать эти квантовые биты», - сказал он.

Исследовательская группа во главе с Национальной лабораторией Лоуренса при Министерстве энергетики в Беркли (Berkeley Lab) создала наноразмерную «игровую площадку» на чипе, который имитирует образование экзотических магнитных частиц, называемых монополями. Исследование может раскрыть секреты более компактных, мощных запоминающих устройств, микроэлектроники и жестких дисков следующего поколения, использующих магнитные свойства спина для хранения данных.

В течение многих лет другие исследователи пытались создать реальную модель магнитного монополя - теоретической магнитной субатомной частицы, имеющей один северный или южный полюс. Эти неуловимые частицы можно смоделировать и наблюдать, изготовляя искусственные материалы со спиновым льдом - большим массивом наномагнетиков, которые имеют структуры, аналогичные водяному льду, - где расположение атомов не является абсолютно симметричным, что приводит к остаточному северному или южному полюсам.

Противоположные полюсы притягиваются в магнетизме, поэтому эти одиночные полюса пытаются двигаться, чтобы найти свою идеальную пару. Но поскольку обычные искусственные кристаллы представляют собой 2D-системы, монополи сильно ограничены и, следовательно, не являются реалистичным представлением о том, как ведут себя магнитные монополи, сказал ведущий автор Алан Фархан (Alan Farhan), который работал в докторантуре в Лаборатории синхротронного излучения света (Advanced Light Source, ALS) во время учебы, а теперь в Институте Пола Шеррера в Швейцарии.

Чтобы преодолеть это препятствие, команда смоделировала наноразмерную трехмерную систему, которая следует «ледяным правилам», принципу, который определяет, как атомы располагаются во льду, образованном из воды или минерального пирохлора.

«Это важнейший элемент нашей работы, - сказал Фархан. - С нашей трехмерной системой северный или южный монополь может перемещаться туда, куда он хочет, взаимодействуя с другими частицами в своей среде, как изолированный магнитный заряд, - другими словами, как монополь».

Команда использовала сложные инструменты литографии, разработанные в Молекулярном лаборатории в Беркли, для создания трехмерной квадратной решетки из наномагнетиков. Каждый магнит в решетке имеет размер бактерии и опирается на плоскую кремниевую пластину размером 1 Х 1 сантиметр.

«Это наномир - с крошечной архитектурой на крошечной пластине», но атомно настроенный в точности как естественный лед, сказал Фархан.

Чтобы построить наноструктуру, исследователи синтезировали две экспозиции, каждая из которых была выровнена в пределах от 20 до 30 нанометров. В Молекулярной лаборатории соавтор Скотт Дьюи (Scott Dhuey) изготовил наночастицы четырех типов структур на крошечном кремниевом чипе. Затем чипы были изучены в ALS, открытом для посещения ученых со всего мира. Исследователи использовали технику, называемую рентгеновской фотоэмиссионной электронной микроскопией (PEEM), направляя мощные пучки рентгеновского излучения на наночастицы, чтобы наблюдать, как монополи могут образовываться и перемещаться в ответ на изменения температуры.

В отличие от микроскопов PEEM на других источниках света, микроскоп PEEM3 в Berkeley Lab имеет более высокий угол падения рентгеновских лучей, сводя к минимуму эффекты тени, которые аналогичны теням, отбрасываемым зданием, когда солнце падает на землю под определенным углом. «На самом деле, записанные изображения не показывают никакого эффекта тени, - сказал Фархан. - Это делает PEEM3 самым важным элементом успеха этого проекта».

Фархан добавил, что PEEM3 является единственным в мире микроскопом, который дает пользователям полный контроль температуры в диапазоне ниже 100 Кельвинов, фиксируя в реальном времени, как формируются возникающие магнитные монополи, когда искусственный замороженный лед тает и когда жидкость испаряется в газообразное состояние магнитных зарядов - форма вещества, известная как плазма.

Теперь исследователи надеются нанести все меньшие и меньшие наномагниты для разработки меньшей, но более мощной спинтроники - востребованной области микроэлектроники, которая использует магнитные свойства спина частиц для хранения большего количества данных в небольших устройствах, таких как магнитные жесткие диски.

Такие устройства будут использовать магнитные пленки и сверхпроводящие тонкие пленки для развертывания и манипулирования магнитными монополями для сортировки и хранения данных в зависимости от направления их полюсов на север или юг - аналогично нулям и единицам в обычных магнитных запоминающих устройствах.

Это магнитные монополи в движении при температуре 210 К. Красные точки представляют положительные магнитные заряды, в то время как синие точки представляют отрицательные магнитные заряды

Исследователи разработали алгоритм, который защищает оборудование от атак с целью кражи данных. В ходе атак хакеры обнаруживают изменения мощности и электромагнитного излучения в оборудовании электронных устройств и используют эти изменения для кражи зашифрованной информации.

Электронные устройства выглядят более безопасными, чем когда-либо прежде. Устройства, которые раньше использовали пароли, теперь используют Touch ID или даже программное обеспечение для распознавания лиц. Разблокировка наших телефонов похожа на вход в пещеру Бэтмена 21-го века с высокотехнологичными мерами безопасности.

Но защита программного обеспечения - это только одна часть электронной безопасности. Оборудование также подвержено атакам.

«В общем мы считаем, что поскольку мы пишем безопасное программное обеспечение, мы можем защитить все», - сказал доцент Университета Вайоминга Майк Боровчак (Mike Borowczak), доктор философии, который окончил Калифорнийский Университет. Он и его советник, профессор Калифорнийского университета Ранга Вемури (Ranga Vemuri), доктор философии, руководили проектом.

«Независимо от того, насколько вы можете обезопасить свое программное обеспечение, если из вашего оборудования утекает информация, вы можете обойти все эти механизмы безопасности», - сказал Боровчак.

Такие устройства, как удаленные ключи от машины, кабельные коробки и даже чипы кредитных карт, все уязвимы для аппаратных атак, как правило, из-за их конструкции. Эти устройства небольшие и легкие и работают на минимальной мощности. Инженеры оптимизируют конструкции, чтобы устройства могли работать в рамках этих ограничений по энергопотреблению.

«Проблема в том, что если вы пытаетесь абсолютно все минимизировать, вы в основном избирательно оптимизируете, - сказал Боровчак. - Вы оптимизируете скорость, мощность, площадь и стоимость, но наносите удар по безопасности».

Когда сначала включается нечто вроде кабельной коробки, она декодирует и кодирует информацию конкретного производителя, связанную с ее безопасностью. Этот процесс декодирования и кодирования потребляет больше энергии и излучает больше электромагнитных волн, чем при включении всех других функций. Со временем эти различия в мощности и излучении создают схему, уникальную для этой кабельной коробки, и эта уникальная подпись - именно то, что ищут хакеры.

«Если бы вы могли украсть информацию из чего-то вроде цифрового видеорегистратора на раннем этапе, вы могли бы использовать ее для реинжиниринга и выяснения того, как происходит дешифрование», - сказал Боровчак.

Хакерам не нужен физический доступ к устройству, чтобы получить эту информацию. Злоумышленники могут удаленно обнаруживать частоты в ключах машины и взломать машину с расстояния более 100 ярдов.

Чтобы защитить аппаратное обеспечение в этих устройствах, Вемури и Боровчак вернулись к исходной точке: конструкции этих устройств.

Боровчак и Вемури стремятся реструктурировать дизайн и код устройства таким образом, чтобы не было утечки информации. Для этого они разработали алгоритм, обеспечивающий более безопасное оборудование.

«Вы берете спецификацию проекта и реструктурируете ее на алгоритмическом уровне, так что алгоритм, независимо от того, как он реализован, потребляет одинаковое количество энергии в каждом цикле, - сказал Вемури. - Мы в основном выровняли количество потребляемой энергии во всех циклах, поэтому даже если злоумышленники проводят измерения мощности, они ничего не могут сделать с этой информацией».

Осталось более безопасное устройство с более автоматизированным дизайном. Вместо того чтобы вручную защищать каждый аппаратный компонент, алгоритм автоматизирует процесс. Кроме того, устройство, созданное с использованием этого алгоритма, потребляет на 5% больше энергии, чем небезопасное устройство, что делает работу коммерчески выгодной.

Безопасность программного и аппаратного обеспечения - это постоянная игра в кошки-мышки: по мере совершенствования технологий безопасности хакеры в конечном итоге находят пути преодоления этих барьеров. Аппаратная безопасность еще более осложняется расширяющейся сетью устройств и их интерактивностью, также известной как Интернет вещей.

Инновационные исследования, такие как работы Вемури и Боровчака, могут дать людям дополнительный уровень безопасности в мире подключенных устройств.

Согласно новым исследованиям, многие современные ноутбуки и все большее число настольных компьютеров гораздо более уязвимы для хакерских атак через обычные подключаемые устройства, чем считалось ранее.

Исследование, которое было представлено на Симпозиуме по безопасности сетевых и распределенных систем в Сан-Диего, показывает, что злоумышленники могут за считанные секунды скомпрометировать необслуживаемую машину с помощью таких устройств, как зарядные устройства и док-станции.

Уязвимости были обнаружены на компьютерах с портами Thunderbolt под управлением Windows, macOS, Linux и FreeBSD. Многие современные ноутбуки и все большее количество настольных компьютеров восприимчивы к атакам.

Исследователи из Университета Кембриджа и Университета Райса раскрыли уязвимости с помощью Thunderclap, платформы с открытым исходным кодом, которую они создали для изучения безопасности компьютерной периферии и ее взаимодействия с операционными системами. Thunderclap можно подключить к компьютерам с помощью порта USB-C, который поддерживает интерфейс Thunderbolt и позволяет исследовать методы, доступные злоумышленникам. Исследователи обнаружили, что потенциальные атаки могут предоставить полный контроль над целевым компьютером.

Исследователи, возглавляемые доктором Теодором Маркетосом (Theodore Markettos) из Кембриджского департамента компьютерных наук и технологий, говорят, что в дополнение к подключаемым устройствам, таким как сетевые и графические карты, атаки также могут выполняться с помощью на вид безвредных периферийных устройств, таких как зарядные устройства и проекторы, которые могут правильно функционировать, но одновременно скомпрометировать хост-машину.

Компьютерные периферийные устройства, такие как сетевые карты и графические процессоры, имеют прямой доступ к памяти (DMA), что позволяет им обходить политики безопасности операционной системы. Атаки DMA, использующие этот доступ, широко применяются для получения контроля и извлечения конфиденциальных данных из целевых компьютеров.

Современные системы оснащены модулями управления памятью ввода-вывода (IOMMU), которые могут защищать от атак DMA, ограничивая доступ к памяти периферийным устройствам, которые выполняют легитимные функции, и разрешая доступ только к нечувствительным областям памяти. Однако защита IOMMU часто отключается во многих системах, и новое исследование показывает, что даже когда защита включена, она может быть взломана.

«Мы продемонстрировали, что текущее использование IOMMU не обеспечивает полной защиты и что у искушенных злоумышленников по-прежнему есть возможность нанести серьезный вред», - сказал Бретт Гутштайн (Brett Gutstein), стипендиат Гейтса из Кембриджа.

Уязвимости были обнаружены в 2016 году, и исследователи работали с технологическими компаниями, такими как Apple, Intel и Microsoft, для устранения угроз безопасности. Компании начали внедрять исправления, устраняющие некоторые уязвимости, обнаруженные исследователями. За последние два года несколько поставщиков выпустили обновления безопасности.

Однако исследования в Кембридже показывают, что решение общей проблемы остается труднодостижимым и что недавние разработки, такие как расширение аппаратных межсоединений, например Thunderbolt 3, объединяющие вход питания, видеовыход и периферийное устройство DMA через один и тот же порт, значительно увеличили угрозу от вредоносных устройств, зарядных станций и проекторов, которые управляют подключенными машинами.
Исследователи хотят видеть, какие дальнейшие действия предпримут технологические компании, но также подчеркивают необходимость того, чтобы люди осознавали риски.

«Важно, чтобы пользователи устанавливали обновления для системы безопасности, предоставляемые Apple, Microsoft и другими компаниями для защиты от конкретных уязвимостей, о которых мы сообщали, - сказал Маркетос. - Тем не менее, платформы остаются недостаточно защищенными от вредоносных периферийных устройств через Thunderbolt, и пользователи не должны подключать устройства, происхождение которых не знают или которым не доверяют».

Потенциальная компьютерная революция, которую квантовые компьютеры давно обещают, основана на их странном свойстве, называемом суперпозицией. А именно, кубиты могут принимать оба логических состояния 0 и 1 одновременно, поверх любого значения между ними. Оперируя суперпозициями всей квантовой памяти, квантовые компьютеры могут быстро решать задачи, которые потребуют слишком много вычислительного времени от обычных компьютеров, работающих с 0 и 1. Тем не менее, кубиты чувствительны и в настоящее время хранят квантовую информацию менее чем миллисекунду, даже если они пребывают в замороженном состоянии при температурах, более холодных, чем темная сторона Луны. Чтобы извлечь любую полезную информацию, метод, который считывает информацию из кубитов, должен занимать как можно меньше времени, допуская как можно меньше ошибок.

Джони Иконен (Joni Ikonen), аспирант в университете Аалто, разработал новый метод, который помогает сделать это. До сих пор метод, используемый для считывания информации с кубита, заключался в том, чтобы подавать короткий микроволновый импульс в сверхпроводящую цепь, содержащую кубит, и затем измерять отраженную микроволну. Через 300 наносекунд состояние кубита можно определить из поведения отраженного сигнала.

Новый метод применяет дополнительный микроволновый импульс в то же самое время к самому кубиту, а также к схеме, присоединенной к кубиту. Используя два импульса вместо одного, команда из Аалто смогла заставить отраженный импульс определять состояния кубита значительно быстрее, чем когда они применяли только один импульс.

«Мы смогли завершить считывание за 300 наносекунд в наших первых экспериментах, но мы думаем, что значение ниже 100 наносекунд не за горами», - говорит Джони Иконен.

Повышая скорость и точность информации, получаемой из кубитов, ученые могут приблизиться к пониманию перспектив реальных квантовых вычислений.

Два квантовых состояния, представленные здесь красными и синими стрелками, разделяются быстрее и могут быть прочитаны быстрее, когда система облучается двумя микроволновыми импульсами 
 

История Кевина Скотта (Kevin Scott) началась в крошечном городке в Вирджинии. От его первого персонального компьютера (от Radio Shack), его интереса к технологиям и стремления стать профессором университета до того времени, когда он подал заявление в компанию под названием Google.

Кевин начал карьеру в области разработки программного обеспечения в Google. Но это было незадолго до того, как он решил воспользоваться возможностью в небольшой компании, которая только начинала. Она называлась Admob.

В то время, когда он работал в Admob, Кевин обнаружил, что уроки, которые он усвоил, работая на гиганта (Google), не всегда можно было напрямую перенести в небольшую компанию. Размер компании имел значение, равно как и цели, ради которых компания работала. Этика и культура его новой команды талантливых инженеров привели к другой динамике, а отсутствие инфраструктуры заставило его принять вызовы, которые Google уже преодолела.

Многие новые компании очарованы историями об открытой и самоуправляемой культуре таких компаний, как Google, настолько, что они часто пытаются подражать этим подходам. Но имитация другой корпоративной культуры не работает в небольших компаниях.

Каждая компания имеет свои уникальные потребности, и компания должна быть структурирована таким образом, чтобы она могла удовлетворять эти потребности. Это иногда означает, что интеллектом и талантом команды нужно управлять более осторожно и целенаправленно. В других случаях это означает, что члены команды могут быть более независимыми.

Интернет-реклама не является фаворитом современного интернет-пользователя. Мало кто из нас даже обращает внимание на боковую панель или всплывающую рекламу, которую мы видим в наших любимых социальных сетях. Но онлайн-реклама и технология, которая заставляет ее работать, сыграли значительную роль в развитии почти каждого аспекта того, что мы привыкли видеть как бесплатный и открытый Интернет сегодня.

Кевин был одним из пионеров интернет-рекламы, которая не является фаворитом современного интернет-пользователя. Когда он работал в Google, он был одним из инженеров, которые разрабатывали технологию рекламы Google, создавая сложные системы, которые сортируют, идентифицируют и ориентируют пользователей на рекламу, соответствующую их потребностям. Он говорит, что проекты, над которыми он работал в те времена, были крупнейшими в своем роде на тот момент.

Те же самые модели и принципы были применены различными способами для технологических достижений сегодняшнего дня, включая ИИ и системы машинного обучения (МО).

Кевин предпочитает фразу «машинное обучение» термину «ИИ» - он считает, что это более точное описание того, как технология используется и развивается. И он считает, что эта технология является одной из самых перспективных для образования в будущем. Наступает день, когда МО будет использоваться для разработки образовательных моделей, которые бросают вызов учащимся новыми и лучшими способами, ускоряющими обучение и ускоряющими накопление знаний.

Сегодня известен целый ряд материалов, которые при определенных условиях проводят электрический ток совершенно без сопротивления. Это явление называется сверхпроводимостью. Тем не менее, для все этих материалов существует общая проблема: они становятся сверхпроводящими только при чрезвычайно низких температурах. Поиск теоретических вычислительных методов для представления и понимания этого факта ведется уже много лет. Пока еще никому не удалось найти решение. Однако в настоящее время Венский технический университет (TU Wien) разработал новый метод, который позволяет значительно лучше понять сверхпроводимость.

«На самом деле, удивительно, что сверхпроводимость возникает только при очень низких температурах, - говорит проф. Карстен Хельд (Karsten Held) из Института физики твердого тела в TU Wien. - Когда вы рассматриваете энергию, выделяемую электронами, участвующими в сверхпроводимости, вы фактически ожидаете, что сверхпроводимость будет возможна и при гораздо более высоких температурах».

Для решения этой загадки он и его команда занялись поиском лучшего метода теоретического представления сверхпроводимости.
Д-р Мотохару Китатани (Motoharu Kitatani) является ведущим автором новой публикации, которая предлагает значительные улучшения и позволяет более глубоко понять высокотемпературную сверхпроводимость.

Невозможно понять сверхпроводимость, представив, что электроны в материале похожи на крошечные сферы и следуют определенными траекториями, подобной шарам на столе для снукера. Единственный способ объяснить сверхпроводимость - это применить законы квантовой физики. «Проблема в том, что многие частицы вовлечены в явление сверхпроводимости одновременно, - объясняет проф. Хельд. - Это делает вычисления чрезвычайно сложными».

Отдельные электроны в материале не могут рассматриваться как объекты, которые не зависят друг от друга; они должны рассматриваться вместе. Но эта задача настолько сложна, что ее невозможно точно решить, даже используя самые большие компьютеры в мире.

«Однако существуют различные методы приближения, которые могут помочь нам представить сложные квантовые корреляции между электронами», - говорит проф. Хелд. Одной из них является теория динамического среднего поля, или метод самосогласованного поля, которая идеально подходит для ситуаций, когда вычисления квантовых корреляций между электронами является особенно трудными.

Исследовательская группа из TU Wien в настоящее время представляет дополнение к существующей теории, которая опирается на новый расчет диаграмм Фейнмана. Диаграммы Фейнмана, разработанные лауреатом Нобелевской премии Ричардом Фейнманом, представляют собой графический способ представления взаимодействия между частицами. Все возможные взаимодействия - например, когда частицы сталкиваются, а также испускание или поглощение частиц, - представлены на диаграммах и могут использоваться для очень точных расчетов.

Фейнман разработал этот метод для использования при исследовании отдельных частиц в вакууме, однако он также может быть использован для изображения сложных взаимодействий между частицами в твердых телах. Проблема в физике твердого тела состоит в том, что вам нужно учитывать огромное количество диаграмм Фейнмана, потому что взаимодействие между электронами очень интенсивно. «В методе, разработанном профессором Тоши (Toschi) и мной, мы больше не используем диаграммы Фейнмана исключительно для изображения взаимодействий, но также используем комплексную, зависящую от времени вершину в качестве компонента, - объясняет проф. Хельд. - Эта вершина сама состоит из бесконечного числа диаграмм Фейнмана, но с помощью хитроумного приема она все еще может использоваться для вычислений на суперкомпьютере».

Это создало расширенную форму динамической теории среднего поля, которая позволяет рассчитать хорошее приближение сложного квантового взаимодействия частиц. «Захватывающая вещь с точки зрения физики состоит в том, что мы можем показать, что на самом деле означает зависимость вершины от времени, что сверхпроводимость возможна только при низких температурах». После большой кропотливой исследовательской работы д-р Мотохару Китатани и проф. Хельд даже смогли определить диаграмму Фейнмана для ортодоксальной квантовой теории, которая показывает, почему обычные материалы становятся сверхпроводящими только при -200 ° C, а не при комнатной температуре.

В сочетании с экспериментами, проводимыми в настоящее время в Институте физики твердого тела рабочей группой, возглавляемой проф. Баришичем (Barisic), новый метод должен внести значительный вклад в лучшее понимание сверхпроводимости и, таким образом, дать возможность разработки еще лучших сверхпроводящих материалов. Определение материала, который также является сверхпроводящим при комнатной температуре, было бы огромным прорывом и позволило бы провести целый ряд революционных технологических инноваций.