1. Квантовая память: российские физики создали «оперативку» для кубитов
Разработка квантового компьютера упирается в несколько технических проблем. Одна из них — память. Кубиты, квантовые биты информации, живут недолго, и сохранять их состояние без потерь крайне сложно. Еще сложнее — извлекать эту информацию в нужный момент, не разрушив ее.
Ученые из МГТУ имени Баумана и ВНИИА имени Духова предложили решение. Они создали чип, который умеет останавливать, хранить и отпускать микроволновые фотоны по команде. Устройство работает как квантовая оперативная память: принимает сигнал, распределяет его по системе резонаторов (каждый «запоминает» свою частотную составляющую), а затем по запросу собирает всё обратно, формируя точную копию исходного импульса.
Эффективность разработки составила 57,5% — это в несколько раз выше мировых аналогов. Секрет в активном «ключе» на основе джозефсоновского перехода. Он соединяет память с внешней средой для записи и считывания, а во время хранения полностью изолирует систему, не внося дополнительных потерь.
Архитектура совместима со сверхпроводниковыми кубитами — основной платформой для квантовых вычислений. Это значит, что новую память можно интегрировать в существующие квантовые процессоры.
2. Сибирские физики научились видеть движения электронов внутри молекул
Движения электронов внутри атомов и молекул длятся фемтосекунды — миллионные доли миллиардной доли секунды. Увидеть их напрямую почти невозможно. Исследователи Сибирского федерального университета (Красноярск) вместе с коллегами из Швеции предложили обходной путь: при «просвечивании» молекулы рентгеновским лазером регистрировать не сам луч, а слабое вторичное излучение, испускаемое перпендикулярно основному пучку.
«Сегодня рентгеновские лазеры на свободных электронах — это гигантские установки, доступные лишь нескольким лабораториям мира, — объясняет Сергей Полютов из СФУ. —Но их потенциал огромен: рентген видит мир в масштабе отдельных атомов и фиксирует процессы длительностью в фемто- и аттосекунды».
Это как по отраженному звуку можно определять форму помещения, не видя его напрямую. Технологию можно внедрить уже сейчас на существующих рентгеновских лазерах, включая Европейский XFEL.
Понимание того, как движутся электроны в разных материалах, поможет создавать аккумуляторы с большей емкостью и скоростью зарядки, проектировать более эффективные лекарства и приблизит создание сверхпроводников, работающих при комнатной температуре.
3. Светящиеся растения показывают защитную реакцию
Как узнать, что растение атакуют вредители или бактерии? Обычно мы замечаем это, когда листья уже повреждены. Российские ученые из Института биоорганической химии РАН нашли способ увидеть защитную реакцию в реальном времени.
Они создали генетически модифицированные линии растений (Arabidopsis thaliana и Nicotiana benthamiana), которые экспрессируют грибную биолюминесцентную систему. Простыми словами: растения начинают светиться в тот момент, когда активируются их защитные механизмы — сигнальные пути, связанные с салициловой и жасмоновой кислотами.
Раньше для наблюдения за такими процессами требовалось внешнее облучение, добавление люциферина или инвазивный отбор материала. Новый подход позволяет видеть всё напрямую: при ранении, бактериальной инфекции, атаке насекомых и даже в ходе нормального развития. Для съемки достаточно обычной цифровой камеры.
Это первый случай, когда ученые могут наблюдать защитные ответы целостного организма растения напрямую. Метод неинвазивный, то есть не повреждает растение.
4. Гравитационные волны: новый способ ловить рябь пространства-времени
Гравитационные волны — это рябь пространства-времени от столкновения сверхмассивных объектов, например, черных дыр. Сейчас их ловят гигантскими установками вроде LIGO с 4-километровыми интерферометрами.
Физики из Стокгольмского, Тюбингенского университетов и Северного института теоретической физики предложили иной подход. Когда возбужденные атомы возвращаются в обычное состояние, они испускают фотоны строго определенной частоты. Гравитационные волны модулируют квантовое электромагнитное поле и тем самым сдвигают эту частоту.
Эффект зависит от направления: частота меняется в зависимости от того, куда летит фотон. Это позволяет определить, откуда пришла волна.
Авторы сравнивают такой детектор с музыкальным плеером, который играет ровную ноту. Гравитационная волна меняет ее звучание в зависимости от того, с какой стороны находится слушатель. Системы с холодными атомами имеют миллиметровый масштаб — это открывает путь к компактным детекторам вместо многокилометровых установок.
5. Дефекты в алмазах для квантового интернета
Немецкие ученые из Берлинского университета имени Гумбольдта нашли новый вариант квантовой связи: мельчайшие изъяны в структуре алмазов, называемые оловянными вакансиями. Эти дефекты могут служить квантовыми битами для хранения и передачи информации с помощью света.
Раньше управлять такими битами и регистрировать испускаемые фотоны было сложно — требовались громоздкие фильтры, что замедляло процесс. Исследователи применили очень короткие лазерные вспышки. Метод позволяет выполнять операции быстрее и обеспечивает чистоту испускаемых фотонов.
Результат может стать рабочим инструментом для создания квантовых повторителей и распределенных квантовых компьютеров.
6. Моральная непоследовательность: почему люди изменяют своим принципам
Китайские ученые открыли нейробиологическую основу двуличия. Участников сканировали с помощью фМРТ, пока они делали выбор между честностью и денежной выгодой.
За принятие моральных решений отвечает вентромедиальная префронтальная кора (vmPFC). У последовательных людей — тех, кто одинаково судит себя и других — эта зона активировалась одинаково при собственном выборе и при оценке чужих действий. У лицемеров — кто осуждал чужое мошенничество, но мягко относился к своему — vmPFC была менее активна.
Когда исследователи стимулировали vmPFC неинвазивным методом, уровень моральной непоследовательности у участников вырос. Авторы предлагают рассматривать моральную последовательность как навык, который можно тренировать.
7. Биосинтез хинина: раскрыта тайна 350-летнего лекарства
Кора хинного дерева служила единственным эффективным средством от малярии более 350 лет. До недавнего времени никто не знал, как именно хинин возникает в природе.
Международная группа ученых под руководством Института химической экологии Общества Макса Планка добавила в растение специальные метки и отследила их перемещения. Так они нашли три неизвестных ранее промежуточных продукта. Самым сложным оказался поиск фермента, превращающего это вещество в следующее соединение. Им оказалась трансфераза — фермент, которого никто не ожидал увидеть в этой роли.
Ученым удалось воспроизвести открытый механизм в лаборатории. Сейчас хинин получают экстракцией из коры. Новое открытие может перевести производство на методы синтетической биологии.
8. Магнитное трение: закон Амонтона не работает в микромире
300 лет назад французский физик Гийом Амонтон сформулировал закон: чем сильнее прижать поверхности, тем выше трение. В магнитных материалах это не так.
Исследователи из Университета Констанца (Румыния) создали модель из двух магнитных слоев, не касающихся друг друга. Верхний слой двигался над нижним, связь обеспечивало только магнитное поле. Трение почти отсутствовало при малом и большом расстоянии, но достигало максимума на промежуточных значениях.
Причина — в несовместимости магнитов: один слой «стремится» к одинаковому направлению магнитных моментов, другой — к противоположному. Из-за этого система перестраивается во время движения, элементы многократно переключаются, тратя энергию и создавая трение без контакта и износа.
Открытие позволяет управлять трением бесконтактно — например, в микроустройствах и магнитных подшипниках.
9. Новый материал на основе лития решит проблему хранения водорода в самолетах
Водород считают экологичным топливом будущего. Но его хранение — проблема: нужны тяжелые баллоны под высоким давлением или криогенные температуры. Для авиации это неприемлемо.
Сотрудники НИЯУ МИФИ предложили использовать материалы на основе лития толщиной в один атом. Было проверено пять вариантов соединений. Лучшим оказался карбид лития Li₃C. Его энергия связи с водородом составила 228 мэВ — исследователи называют это значение идеальным для хранения.
Один килограмм такого «губчатого» листа способен накопить 60−80 г водорода. Для сравнения: современные баллоны высокого давления дают 40−50 г на кг веса системы. Температура отпускания водорода у Li₃C близка к комнатной. Авторы называют материал перспективным именно для водородной авиации, где важен каждый килограмм.
10. «Каменные часы» уточнили время зарождения животной жизни
В древних осадочных породах возрастом свыше 500 млн лет не хватает четких временных ориентиров. Геологи из Лозаннского университета нашли способ точнее измерять время в таких пластах.
Ученые изучили хорошо сохранившиеся слои пород на юге Швеции — они непрерывно накапливались на морском дне и сохранили химические следы прошлых условий. Исследователи проанализировали изотопы углерода, которые чутко реагируют на перемены климата, и сопоставили данные с орбитальными ритмами Земли. Эти ритмы отпечатываются в породах как регулярные изменения состава.
Выделив такие циклы, ученые создали непрерывную временную шкалу и впервые точно установили длительность Драмского изотопного сдвига углерода — значимого климатического события кембрия. Методика позволяет сопоставлять геологические данные из разных регионов и лучше понимать, как древние экосистемы реагировали на климатические перемены.
Ранее Наука Mail рассказывала о главных открытиях февраля.
