Ученые смоделировали квантовый апокалипсис. Затем Вселенная исчезла.

 К счастью, «распад ложного вакуума» произойдет через миллионы лет, если он вообще произойдет

Вселенная может закончиться не взрывом, а скрежетом, известным как «распад ложного вакуума».

В новом исследовании ученые использовали возможности квантового компьютера для изучения космических пузырей, которые образовались бы, если бы Вселенная перешла в истинное основное состояние.

Хотя смерть от подобного рода квантовых махинаций маловероятна, исследование является ярким примером того, как квантовые компьютеры могут помочь ученым исследовать вопросы, которые ранее считались невозможными для изучениАмериканский поэт Роберт Фрост, как известно, размышлял о том, какой вариант конца света был бы наиболее предпочтительным: огонь или лед. Однако мир квантовой механики рассматривает еще более странный и всесторонне более ужасающий конец — квантовый процесс, известный как «распад ложного вакуума».

Впервые предложенная физиком-теоретиком Сидни Коулменом в 1977 году, эта идея предполагает, что Вселенная может быть заперта в ложном вакууме, то есть она кажется стабильной, но может перейти в состояние истинного вакуума в любой момент. Этот переход фундаментально изменил бы структуру Вселенной, образовав космические пузыри, которые изменяют Вселенную по мере своего увеличения. По сути, наша известная Вселенная исчезла бы.я.Учитывая экзистенциальную угрозу «ложного распада вакуума», группа международных ученых под руководством экспертов из Университета Лидса в Великобритании использовала квантовую машину, называемую отжигом, для моделирования создания этих космических пузырей по мере их формирования. Хотя это исследование продвигает вперед наше понимание квантовой динамики, оно одновременно послужило примером для исследовательских применений новых квантовых компьютеров . Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature PhysicsМы говорим о процессе, в ходе которого Вселенная полностью изменит свою структуру», — сказал в пресс-релизе Златко Папич, ведущий автор исследования из Университета Лидса . «Фундаментальные константы могут мгновенно измениться, и мир, каким мы его знаем, рухнет, как карточный домик. Что нам действительно нужно, так это контролируемые эксперименты для наблюдения за этим процессом и определения его временных масштабов».

Хотя ученые знали о распаде ложного вакуума, они не совсем понимали его механизм. Чтобы ответить на этот вопрос, они обратились к 5564-битному квантовому компьютеру, созданному D-Wave Quantum Inc. (штаб-квартира которого находится в США и Канаде). Команда объясняет, что пузырьки ведут себя подобно пузырькам, которые образуются в водяном паре, охлажденном выше точки росы. С помощью квантового отжига ученые смогли наблюдать поведение этих пузырьков и то, как они образуются, взаимодействуют и растут с течением времени в одномерной модели.Это явление можно сравнить с американскими горками, у которых есть несколько долин вдоль траектории, но только одно «истинное» самое низкое состояние, на уровне земли», — сказал в пресс-релизе Жан-Ив Десоль, соавтор исследования. «Если это действительно так, то квантовая механика позволила бы Вселенной в конечном итоге туннелировать к самому низкому энергетическому состоянию или к «истинному» вакууму, и этот процесс привел бы к катастрофическому глобальному событию».

К счастью, это изменение не произойдет в одночасье, и, скорее всего, займет неисчислимые миллионы лет — если это вообще может произойти. Итак, хотя предчувствие Фроста о конце света гораздо более вероятно, чем смерть от любых универсальных квантовых махинаций, способность моделировать космические пузыри, образованные из «ложного вакуумного распада», дает краткий, но мощный взгляд на то, что квантовые компьютеры могут делать в мире исследований.

«Мы пытаемся разработать системы, в которых мы можем проводить простые эксперименты для изучения подобных вещей», — сказал Папич в пресс-релизе. « Временные масштабы этих процессов, происходящих во Вселенной, огромны, но использование отжигателя позволяет нам наблюдать их в реальном времени, так что мы можем фактически видеть, что происходит»

https://www.popularmechanics.com/science/a63758162/false-vacuum-decay-quantum-annealer/

Ученые обнаружили способность внутреннего ядра Земли менять форму

 Внутреннее ядро Земли оказалось более мягким и подверженным деформациям

Группа исследователей из университетов Южной Калифорнии, Юты и Корнелла выяснила, что внутреннее ядро Земли способно менять форму. Результаты работы опубликованы в научном журнале Nature.

В исследовании говорится, что внутреннее ядро может изменять скорость вращения или форму в течение десятилетий. Такие выводы ученые сделали, изучив изменения сейсмических волн, проходящих через ядро во время повторяющихся землетрясений. 

Участник исследования Джон Вайдел рассказал телеканалу CNN, что прежние данные о вращении ядра помогли определить, что изменения высоты сейсмических волн связаны с деформацией поверхности внутреннего ядра.

Читайте также

«Джеймс Уэбб» изучит астероид 2024 YR4, который может столкнуться с Землей в 2032 году

Исследователи сообщили, что в период с 2004 по 2008 год признаки деформации были обнаружены только в одном месте внутреннего ядра, однако исследователи предполагают, что подобных зон может быть больше. Уточняется, что анализ проводился на основе данных о землетрясениях, зафиксированных в южной части Атлантического океана с 1991 по 2023 годы.

Внутреннее ядро является самой глубокой частью Земли. Его радиус достигает 1220 километров, а состав в основном включает железо, никель и ряд легких элементов. На границе внутреннего ядра температура достигает около 5400 градусов Цельсия.

https://snob.ru/news/uchenye-obnaruzhili-sposobnost-vnutrennego-iadra-zemli-meniat-formu/

На древних фигурках из Египта нашли следы обучения О том, как оно проходило, рассказывают отпечатки пальцев на терракотах VII–II веков до н.э. из Гераклеона.

На древних фигурках из Египта нашли следы обучения

О том, как оно проходило, рассказывают отпечатки пальцев на терракотах VII–II веков до н.э. из Гераклеона.

В изготовлении греческих и египетских терракотовых статуэток из города Гераклеон в устье Нила участвовали не только мужчины, как считалось ранее, но и женщины, подростки и дети. Не исключено, что это ремесло было семейным, считает аспирантка Оксфордского университета Леони Хофф (Leonie Hoff). К такому выводу она пришла, изучая отпечатки пальцев на фигурках, её статья вышла в Oxford Journal of Archaeology.

Город Гераклеон (другое название – Тонис) основали в VIII веке до н.э. В Саисский и Птолемеевский периоды это был крупный порт для торговли с другими странами, в нём жило множество греческих торговцев и ремесленников. После основания Александрии (331 г. до н.э.) значение Гераклеона стало постепенно падать. С конца II в. до н.э. город начал погружаться под воду, но жизнь в нём продолжалась еще довольно долго. Потом город был забыт, его затопленные остатки были обнаружены только в 1990-х годах, и с тех пор их периодически исследуют.

Из этих раскопок происходят 60 терракотовых статуэток VII–II веков до н.э., на девяти из них сохранились отпечатки пальцев. Они остались из-за особенностей изготовления: слой влажной глины оттискивали в формах, а получившиеся половинки соединяли, в результате отпечатки могли оставаться на внутренней поверхности фигурки и в месте «стыка».

Автор статьи – аспирантка Оксфордского университета Леони Хофф (Leonie Hoff) – фотографировала отпечатки на терракотах, используя методику RTI (Reflectance Transformation Imaging). В этом случае камеру и объект съёмки закрепляют, но меняют освещение – источник света перемещается вокруг находки, описывая полусферу с постоянным радиусом. Затем снимки сводятся в одно изображение, которое позволяет подробно исследовать поверхность предмета, в том числе, проводить точные измерения. Если отпечаток «заходил» внутрь статуэтки, делались его слепки, которые фотографировались таким же образом. Снимки позволили измерить плотность и ширину эпидермальных гребней (папиллярных линий), а по ним определить пол и возраст: у женщин эти гребни расположены плотнее, а у детей они тоньше.

Судя по отпечаткам, в изготовлении девяти терракот из Гераклеона участвовали 14 людей: мужчин и женщин, подростков и детей. Интересно, как расположены отпечатки, в каких сочетаниях и на каких именно терракотах. Некоторые статуэтки достоверно сделаны в Египте, что понятно по глине и (или) изображению; другие относятся к группе «греческих», среди них точно есть импортные, но какие-то могли быть сделаны и местными мастерами-коропластами. Мужчин и женщин среди них было примерно одинаковое количество, но на «египетских» отпечатки женских пальцев встречаются чаще. Расположение «взрослых» отпечатков на фигурке не зависит от пола, при этом взрослые женщины и мужчины никогда не работали совместно над одной и той же статуэткой из гераклеонской выборки. Вероятно, женщины обладали достаточным опытом, чтобы самостоятельно изготавливать терракоты.

Это особенно заметно, если посмотреть на следы детских пальцев. Они встречаются только со «взрослыми» отпечатками и только на внутренней стороне фигурок. Скорее всего, детям поручали более простые операции – вдавливание глины в формы, а извлечение оттисков из формы, их соединение и доработка, как более ответственные операции, брали на себя взрослые. Наставниками могли быть и женщины, и мужчины. К сожалению, пол детей установить по отпечаткам не удалось, так что неясно, учились ли мальчики у только у мужчин, а девочки – только у женщин. Зато выяснилось, что разница в возрасте между «египетскими» учениками и наставниками была небольшой: не исключено, что «учителями» были подростки, старшие братья или сёстры. Мастера, оставившие следы на «греческих» терракотах, были заметно старше своих подмастерьев.

Не исключено, что разные подходы к обучению и разная роль женщин, – следы разных ремесленных традиций. То, что статуэтки делали и взрослые, и дети, независимо от пола, может говорить о семейном характере ремесла. Впрочем, как отмечает и сам автор, размер выборки очень небольшой. Очевиден и значительный хронологический разброс находок. Так что исследование пока ставит гораздо больше вопросов, чем даёт ответов.

По материалам Phys.org и Oxford Journal of Archaeology

Профессор бразильского университета вывел формулу идеального бокала для пива

 Клаудио Пеллегрини, профессор Федерального университета Сан-Жуан-дель-Рей в Бразилии, завершил исследование по поиску оптимальной формы для бокала пива. Он поставил задачу привлечь внимание студентов к скучным математическим расчетам через решение практической задачи, понятной всем. Открытия не произошло — профессор лишь математически подтвердил преимущества уже существующих бокалов для пива.

В своих расчетах Пеллегрини отталкивался от необходимости сохранить комфортную температуру пива как можно дольше. Причем пассивным способом, через снижение обмена теплом с окружающей средой, для чего и важна форма бокала. Для жаркой Бразилии это насущная проблема — например, в курортных прибрежных зонах, когда воздух прогревается выше +38℃ и поднимается ветер, пиво становится теплым и невкусным всего за три минуты.

Профессор отталкивался от того, что у бокала будет толстое дно или некая подставка с изолирующими свойствами. Он исключил сложные факторы, такие как влияние пены или тепла человеческих рук. В своем исследовании он моделировал тепловые процессы с классическими бокалами – вайцен, бразильский тюльпан, имперская пинта, прямой бокал.

В итоге Пеллегрини пришел к выводу, что бокал должен иметь узкое основание и расширяться кверху с определенным коэффициентом изгиба стенок. При такой форме нагрев пива будет происходить максимально медленно. Эта форма давно известна под названием пилснер – высокий и тонкий стакан, который создавался для формирования правильной пенной шапки в верхней части емкости.

В Гибралтаре нашли потенциальный неандертальский очаг для получения дегтя Археологи раскопали его в пещере Вангард

 Хуан Очандо (Juan Ochando) из Университета Мурсии совместно с коллегами сообщил о необычном открытии, сделанном во время раскопок в пещере Вангард, которая находится в Гибралтарской скале и в составе комплекса пещеры Горама входит в список объектов Всемирного наследия ЮНЕСКО. В культурном слое, связанным с неандертальцами, они обнаружили структуру, возраст которой составляет от 60,8 ± 11 до 67,6 ± 5,3 тысячи лет. Многочисленные анализы показали, что, возможно, она представляет собой очаг, который архаичные люди использовали для получения дегтя из ладанника (Cistus). Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Quaternary Science Reviews.

Ученые полагают, что обнаруженная структура подтверждает теоретические предсказания археологов о том, как неандертальцы изготавливали березовый деготь — древнейший известный искусственный материал, созданный людьми. Чтобы подтвердить свои предположения, касаемые очага из пещеры Вангард, исследователи также провели эксперименты, во время которых, используя доступные неандертальцам орудия и методы, они получили деготь из листьев одного из видов ладанника (С. ladanifer), собранных в Португалии. Полученные результаты говорят о том, что всего за несколько часов работы, включая сбор листьев, архаичные люди могли сделать достаточное количество дегтя, с помощью которого можно было прикреплять наконечники к древкам.

Мини-вихри света могут переносить огромные объемы данных

Мини-вихри света могут переносить огромные объемы данных

Исследователи разработали квазикристаллическую структуру, генерирующую световые мини-вихри, способные переносить огромные объемы данных. Она состоит из металлических наночастиц, очень точно расположенных для создания любого типа вихрей — путем взаимодействия с пучком света, находящимся в электрическом поле. Если применить эту структуру к оптическим волокнам, то она сможет передавать в 8-16 раз больше информации, чем существующие системы.

Передача информации в цифровую эпоху во многом основана на кодировании фотонных данных. В настоящее время оптоволокно является наиболее широко используемой инфраструктурой для этих целей. Однако растущий спрос на информационные мощности требует разработки систем, способных кодировать и передавать большие объемы данных.

В последние годы в качестве средства оптимизации фотонного транспорта информации изучаются световые вихри. Цель таких вихрей — манипулировать топологическими дефектами в свете, чтобы контролировать способ его отражения и информацию, которую он несет. В то время как некоторые топологические дефекты образуются спонтанно и повсеместно распространены в природе, другие могут возникать из-за симметрии в структуре материалов, с которыми взаимодействует свет. Это влияет на форму и структуру образующегося вихря.

Например, материалы со структурой в виде квадратов (или булыжников) генерируют простые вихри, шестиугольные — двойные и так далее. Более сложные вихри требуют как минимум восьмиугольных структур. Однако создание вихрей, достаточно сложных для кодирования данных, представляет собой серьезную проблему.

Новая разработка команды из Университета Аалто (Финляндия) преодолевает эти трудности и может генерировать вихри любого типа. «Это исследование посвящено взаимосвязи между симметрией и вращением вихря, т.е. какие типы вихрей могут быть сгенерированы с теми или иными типами симметрии. В нашем представлении квазикристалл находится на полпути между порядком и хаосом», — поясняет Пяйви Тёрмя, руководитель исследования, опубликованного в журнале Nature Communications.

На пути к телекоммуникационным инфраструктурам следующего поколения

Конструкция представляет собой квазикристалл, состоящий из металлических наночастиц. Как и классические кристаллы, квазикристаллы имеют дискретный дифракционный спектр, но, в отличие от классических кристаллов, их структура не является периодической. Для создания квазикристалла исследователи манипулировали 100 000 металлических наночастиц диаметром не более одной сотой человеческого волоса. Они взаимодействовали с пучком света в контролируемом электрическом поле.

Структура образовавшегося светового вихря сравнима с циклоном. В его центре находится спокойный темный «глаз», окруженный кольцом яркого света, состоящим из потоков, направленных в разные стороны. Чтобы определить оптимальное расположение для генерации сложных вихрей, команда применила контринтуитивный подход, заключающийся в определении точек, в которых частицы меньше всего взаимодействуют с электрическим полем.

«Электрическое поле имеет горячие точки сильных колебаний и точки, где оно практически не действует. Мы ввели частицы в мертвые зоны, что деактивировало все остальное и позволило нам выбрать поле с наиболее интересными свойствами для применения», — объясняет Яни-Матти Таскинен, соавтор исследования.

Эта техника позволяет настраивать узоры для создания сложных вихревых структур по мере необходимости. «Наша квазикристаллическая конструкция использует теорию групп для определения узлов электромагнитного поля, где плазмонные наночастицы располагаются для максимального усиления», — пишут эксперты в своей работе. Теория групп — это метод расчета, используемый для предсказания типа деформации, которой может подвергнуться структура материала.

Эти сложные вихри позволят хранить большие объемы информации в ограниченном пространстве. Их можно было бы транспортировать по оптическому волокну, а затем распаковывать, когда они достигнут места назначения. По оценкам команды, в лучшем случае эти волокна смогут переносить в 8-16 раз больше информации, чем это возможно в настоящее время.

Такой подход может проложить путь к новому поколению телекоммуникационных инфраструктур. Однако необходимые усовершенствования концепции для практического применения потребуют еще нескольких лет исследований, считают ученые

КИТАЙЦЫ УЛУЧШИЛИ КАЧЕСТВО БЕГА ДВУНОГОГО РОБОТА 🧮

 Исследователи из Китая разработали новый тип человекоподобного робота, который может ходить и бегать по различным поверхностям, развивая скорость около 7,2 километра в час.

Передвижение и ходьба всегда были сложной задачей для двуногих роботов, поскольку передвижение на двух ногах — процесс нестабильный. При ходьбе мы позволяем себе упасть вперёд с одной ноги, затем ловим себя другой ногой и повторяем это действие. Однако разработчикам с трудом удаётся воспроизвести этот тип движения в программах для роботов, поскольку он противоречит необходимости сохранять равновесие.

Китайская робототехническая компания Unitree решила эту проблему в своём роботе G1 Bionic с помощью лидарных датчиков и камер, определяющих расстояние до объектов, которые позволяют роботу воспринимать окружающую среду в режиме реального времени и постоянно корректировать свою позу в соответствии с ней. Суставы робота также используют технологию контроля силы для динамической регулировки мощности, что позволяет ему сохранять равновесие.

Недавно компания Unitree выпустила видеоролик, демонстрирующий, как G1 Bionic ходит и бегает по холмам, по железнодорожным шпалам и по камням. Однако на видео не видно, как робот начинает бежать или меняет скорость, поэтому неясно, насколько хорошо он справляется с этими задачами.

Разработчики создали управляющий ИИ робота, чтобы он имитировал движения человека на различных участках местности, обучая его на базе данных видеозаписей движения всего человеческого тела.

Многие современные промышленные роботы требуют либо регулярной подзарядки аккумуляторов, либо прямого подключения к источнику питания. Учитывая, что Unitree демонстрирует своего проворного робота на открытом воздухе, а также отсутствие каких-либо очевидных проводов питания, можно предположить, что G1 Bionic также полагается на аккумулятор. Однако неизвестно, насколько длительным может быть время автономной работы.

Гуманоидный робот, вероятно, будет иметь естественное преимущество в среде, предназначенной для передвижения людей, например, в городах и зданиях. Если робот сможет нести что-то во время бега, он может оказаться полезным, например, для помощи аварийным службам в опасных ситуациях.

Источник: Хабр

В РОСАТОМЕ ПОСТРОИЛИ ПЛАЗМЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ ДАЛЬНИХ КОСМИЧЕСКИХ ПЕРЕЛЁТОВ 🔬

 Учёные Росатома разработали плазменный двигатель для дальних космических перелётов. По данным пресс-службы госкорпорации, уже завершена работа над лабораторным прототипом установки.

Прототип двигателя, основанного на магнитно-плазменном ускорителе, демонстрирует улучшенные характеристики тяги (не менее 6 Н) и удельного импульса (не меньше 100 км/с), сообщает пресс-служба Росатома. Средняя мощность устройства в импульсно-периодическом режиме составляет 300 кВт. 

Этот двигатель позволит разгонять космические аппараты в открытом космосе до скоростей, которых невозможно достичь с помощью химических ракет, а также эффективнее расходовать запасы топлива.

«Сейчас полёт на Марс на обычных двигателях может занимать почти год в одну сторону, что опасно для космонавтов из-за космического излучения и воздействия радиации. Использование же плазменных двигателей может сократить миссию до 30-60 дней, то есть можно будет отправить космонавта к Марсу и обратно», — рассказал первый заместитель генерального директора по науке научного института «Росатома» в Троицке Алексей Воронов.

Для проведения испытаний разрабатываемого прототипа плазменного ракетного двигателя и аналогичных систем на площадке в Троицке строится масштабный экспериментальный стенд. Диаметр вакуумной камеры стенда равен 4 м, а её длина — 14 м. Она оборудована уникальными высокопроизводительными системами вакуумной откачки и охлаждения, которые позволяют воспроизвести условия космического пространства, необходимые для испытаний нового прототипа двигателя.

Источник: Хабр

BOEING ПРЕДУПРЕДИЛА СОТРУДНИКОВ ПРОЕКТА РАКЕТЫ SLS О ГРЯДУЩИХ УВОЛЬНЕНИЯХ

 Компания Boeing готовится к тому, что НАСА отменит программу сверхтяжёлой ракеты Space Launch System. На фоне этого основной подрядчик американского космического агентства предупредил сотрудников, занятых в проекте ракеты, о грядущих увольнениях.

Вице-президент Boeing и руководитель программы SLS Дэвид Датчер провёл шестиминутное собрание для примерно 800 сотрудников программы ракеты. Руководитель поделился с персоналом, что контракты компании на SLS могут закончиться в марте этого года. По словам Датчера, Boeing готовится к увольнениям в случае, если договоры с НАСА не будут продлены.

Кроме того, компания выпустила оповещение для сотрудников в рамках Закона об уведомлении, направленного на защиту увольняемого персонала в организациях с более чем 100 работниками. Положение требует выпускать подобные уведомления за 60 суток до массовых сокращений и закрытия предприятия.

Представитель Boeing рассказал, что для соответствия изменениям в программе «Артемида» компания проинформировала команду SLS о возможности сокращения примерно 400 человек к апрелю 2025 года. Он добавил, что руководство ищет возможности для перераспределения сотрудников по всей компании, чтобы минимизировать потери рабочих мест и сохранить талантливые кадры.

Источники Ars Technica поделились, что между Белым домом США и высшим руководством НАСА состоялось обсуждение будущего SLS и программы «Артемида». Некоторые сторонники коммерческой космонавтики настаивают на отмене ракеты. Исполняющая обязанности администратора космического агентства Джанет Петро призывала администрацию президента США разрешить запустить миссии «Артемида-2» и «Артемида-3» с использованием SLS до того, как программу ракеты отменят.

Стоимость одного запуска SLS превышает $2 млрд, не считая полезной нагрузки и цены наземных систем. Критики указывают, что НАСА следует сократить свои расходы. Сохранение SLS для посадки на Луну затормозит прогресс, поскольку крупные подрядчики, включая Boeing, будут заинтересованы в замедлении работы и затягивании финансирования, уверены противники ракеты Boeing.

Позже НАСА сообщило, что SLS остаётся «важнейшим компонентом» миссии «Артемида».

В Boeing считают, что новая администрация президента США предложит прекратить разработку SLS в будущем проекте бюджета. В 2011 году Конгресс США и высшее руководство НАСА поручили разработать SLS. Ракета создана в значительной степени из компонентов космического челнока, включая основные двигатели и боковые ускорители. Изначально SLS планировали запустить к концу 2016 года, однако первый полёт состоялся только в конце 2022 года.

НАСА тратило около $3 млрд ежегодно на разработку ракеты и её наземных систем в течение всего срока действия программы. SpaceX разработала две тяжёлые ракеты за последнее десятилетие, а Blue Origin в начале 2025 года запустила свою New Glenn. Каждая из этих ракет частично многоразовая и стоит менее одной десятой цены SLS.

Источник: Хабр

Сверхпроводниковый квантовый вычислитель собрали из четырех отдельных модулей Точность двухкубитного вентиля на устройстве составила около 96 процентов

 Сверхпроводниковый квантовый вычислитель собрали из четырех отдельных модулей

Точность двухкубитного вентиля на устройстве составила около 96 процентов

Физики реализовали квантовое вычислительное устройство на сверхпроводниках с помощью модульного принципа, разместив на плоской подложке четыре отдельных узла, конфигурацию которых можно менять произвольным образом. Ученые добились средней степени совпадения (fidelity) результатов работы двухкубитных вентилей в 96 процентов и качества приготовления запутанного двухкубитного состояния в 98,74 процента. Новый метод создания квантовых устройств будет полезен для эффективного масштабирования систем неограниченного размера. Результаты исследования опубликованы в Physical Review X.

Чтобы квантовые вычисления принесли практическую пользу, ученым необходимы устройства, содержащие большое количество кубитов, каждый из которых в свою очередь должен быть связан со всеми остальными. Однако реализация полноценного устройства подобной архитектуры на сегодняшний день до сих пор не представлена: например, в случае сверхпроводников физически невозможно соединить все кубиты друг с другом на одной плоскости — в дело вмешивается потеря когерентности и эффект дефазировки.

При этом исследователи не оставляют попыток обойти физические ограничения и используют для этого подход, схожий с организацией сети Ethernet — сверхпроводниковые кубиты связывают с помощью центрального элемента маршрутизации. Для этого физики используют общую резонаторную шину или соединяют вычислительные модули многомодовым кольцевым резонатором. Подобные подходы страдают уже от других недостатков — например, большого времени переключения между узлами, которое по порядку величины приближается ко времени когерентности сверхпроводниковых кубитов.

Американские физики под руководством Эндрю Клеланда (Andrew Cleland) из Университета Чикаго предложили новую модульную архитектуру квантового процессора, соединив каждый кубит системы со сверхпроводящим квантовым интерференционным устройством.

Для этого ученые составили схему из четырех сверхпроводниковых кубитов и четырех независимо управляемых узлов, которые гальванически соединили с центральным конденсатором. Это обеспечило связь кубитов типа «все со всеми» благодаря выборочному соединению пар кубитов через соответствующие переключатели, контролируемые с помощью динамической настройки магнитного потока. Модули отдельных кубитов, изготовленные на сапфировых подложках, снабдили индивидуальными выводными контактами и расположили на общей материнской плате, которую охладили до 10 милликельвин.

Физики продемонстрировали функциональность и протокол работы переключателей на примере квантового CZ-вентиля. Результаты теста показали, что среднее время выполнения вентиля оказалось примерно 46 наносекунд при степени совпадения (fidelity) 96 процентов с погрешностью около 0,08 процента. Затем ученые провели численное моделирование и выяснили, что теоретический предел точности работы двухкубитных вентилей на их устройстве приближается к 99 процентам. После этого исследователи сгенерировали запутанные состояния Гринбергера — Хорна — Цайлингера с участием сначала двух, а затем трех и четырех кубитов. Итоговая степень совпадения состояния для первого случая составила 98,74 процента, для второго — 88,15 процента и для третьего уже 75,18 процента. Такое снижение результата физики связали с декогеренцией отдельных кубитов в периоды их простоя, пока алгоритм работал с другими элементами схемы.

Авторы работы отметили, что предложенный ими метод соединения может быть улучшен за счет увеличения времени когерентности кубитов и в дальнейшем использован для соединения более четырех модулей одновременно в звездоподобные структуры.

Когда речь заходит о соединении ионных устройств в единый квантовый вычислитель, ученые используют несколько другие подходы, в основном, связанные с физическим перемещением ионов. Например, мы уже писали о том, как физики научились переносить ионы между чипами с рекордной скоростью.

О МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОХОДИМЫХ ЧЕРВОТОЧИН

 Запись на стене

Азимов Учит | Наука и научная фантастика

сегодня в 15:02

О МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОХОДИМЫХ ЧЕРВОТОЧИН

Летом 2022 года я опубликовал на Хабре статью « Как и зачем создавать вселенную в лаборатории», которую задумывал исключительно в качестве оммажа великому космологу и мыслителю Андрею Дмитриевичу Линде, сыну одной из последних ночных ведьм, покинувших наш мир. Но с тех пор я иногда возвращался к мыслям о том, насколько сложные физические процессы в принципе поддаются лабораторному моделированию, и что нам могут подсказать такие опыты. Сегодня я расскажу об амбициозных и пока не слишком удачных попытках смоделировать проходимую червоточину в виде компьютерной симуляции. Червоточина (wormhole), также называется «кротовая нора» или « мост Эйнштейна-Розена». Такая гипотетическая структура могла бы связывать произвольно удалённые друг от друга точки пространства-времени, если бы была проходимой. При этом, искусственная червоточина была бы очень интересна сама по себе, так как могла бы подсказать способ унифицировать гравитацию с другими взаимодействиями Стандартной Модели, в конечном счёте — объединить квантовую и классическую физику.

➤ Некоторые варианты червоточин

Это упрощённое изображение червоточины. Её можно сравнить с двусторонней воронкой, пронизывающей пространство и время и позволяющей преодолевать космические расстояния очень быстро или вообще мгновенно (без затрат времени). Червоточина является одним из решений эйнштейновских уравнений из теории относительности, но к настоящему времени её не удавалось наблюдать ни в природе, ни в лабораторных условиях. Вот расширенное объяснение устройства червоточины, приведённое на Хабре в статье « Квантовая запутанность и червоточины, возможно, являются одним физическим явлением» уважаемого @Exolife.

Червоточину можно сравнить с мостом или туннелем между двумя удалёнными областями пространства-времени.

Идея о червоточинах возникла вскоре после того, как в 1916 году Карл Шварцшильд предложил первое решение уравнений для общей теории относительности. Как известно, это решение сводится к получению объекта с бесконечно малым объёмом, но с конечной массой. Далее объект помещается в плоском пространстве — и у этой «гранулы» возникает горизонт событий, то есть, радиус, за пределы которого не может вырваться никакая материя, даже фотоны. Это было первое представление о чёрной дыре. Точнее, такой объект напоминает не дыру, а воронку в пространстве-времени и, как следствие, чем меньше чёрная дыра — тем сильнее она искривляет пространство вокруг себя. Отличную статью об этом на Хабре написал уважаемый @valisak.

  

Очевидно, что такая чёрная дыра обладает огромной для своего размера положительной массой. Если бы каким-то образом удалось вывести донышко этой дыры в другую точку Вселенной, где была бы сконцентрирована равная по модулю отрицательная масса/отрицательная энергия, то воронка превратилась бы в туннель или «мост» между двумя этими точками.

Уже в 1916 году Людвиг Фламм, изучавший теорию относительности Эйнштейна, предложил первое решение, напоминавшее червоточину, однако в его выкладках червоточина получалась по умолчанию нестабильной. О микроскопических червоточинах задумался в 1928 году Герман Вейль и описал их как «одномерные трубки», вероятно, сопоставимые по размеру с электронами. Концепцию червоточин в их современном макроскопическом понимании сформулировали в 1935 году Альберт Эйнштейн и Натан Розен. Термин «червоточина» (wormhole) придумал в 1950 году Джон Уилер.

Такое решение теории относительности, которое описывает мост Эйнштейна- тоннель с двумя воронкообразными входами с разных сторон. Согласно некоторым предположениям, вход в червоточину может быть неотличим от чёрной дыры, а выход из неё имел бы вид «белой дыры».

Также существуют модели, в соответствии с которыми червоточина может быть разветвлённой. О подобных конфигурациях написали в 2021 году калифорнийские и испанские учёные, предложив такие возможные конфигурации червоточин:

Червоточина должна быть похожа на чёрную дыру, поскольку, как и у чёрной дыры, у неё есть горизонт событий. Но развитие идей, которые будут рассмотрены далее в этой статье, восходит к 2013 году, когда Хуан Малдасена и Леонард Сасскинд впервые предположили, что червоточина может представлять собой квантовый объект. В таком случае, её горловины должны находиться в состоянии квантовой запутанности, и червоточина является по определению непроходимой, поскольку при взаимодействии с обычной материей она сколлапсирует. Развитие этой идеи в русле научной фантастики потребовало бы привлекать для «стабилизации» червоточины столь же гипотетическую отрицательную энергию и экзотическую материю. Однако, сама эта идея впервые позволила предположить, что для поддержания «просвета червоточины» открытым нужен механизм, который работал бы именно по принципу квантовой гравитации — и, следовательно, объединял гравитацию и квантовую физику. Более подробный обзор проходимости червоточин Хуан Малдасена написал в 2021 году. Мы же далее обсудим возможную физику подобных тоннелей и их место в истории физических идей.

➤ Физика проходимых червоточин

Итак, с практической точки зрения червоточина интересна как средство для телепортации, а значит, интересна именно проходимая червоточина. В качестве минимального результата хотелось бы получить червоточину, через которую мгновенно передавалась бы информация. Проброс обычного вещества или тем более пилотируемого космического корабля в условиях нашей Вселенной кажется невозможным, если не привлекать для поддержания её стабильности экзотическую материю или энергию, о чём я писал выше. Существует предположение, что держать просвет червоточины открытым позволила бы сила, аналогичная эффекту Казимира. Но также возможно, что для создания стабильных червоточин нам просто не хватает макроскопической модели квантовой запутанности. Если между двумя горловинами червоточины существует квантовая запутанность, а сами такие «одномерные трубки» спонтанно образуются в микромире, то микроскопическая червоточина уже позволила бы серьёзно продвинуться в понимании телепортации — для начала лишь передачи данных, а не физических тел. 

В конце 2022 года группа физиков из Калифорнийского университета под руководством Марии Спиропулу поставила квантовый эксперимент, впервые позволивший изучать динамику (поведение) гипотетической червоточины, через которую транслируется информация между кубитами. Ранее на Хабре этот опыт тщательно разобрал уважаемый @dionisdimetor в статье « Решение информационного парадокса чёрных дыр: квантовые волосы или реплики червоточин?». Никаких разрывов и туннелей в ходе этого эксперимента не возникало — он представляет собой обычную симуляцию, позволяющую проверить взаимосвязи между квантовой и классической физикой и предложить базис, на основе которого можно было бы сформулировать теорию квантовой гравитации.

Эксперимент строился на основе голографического принципа, который в современной формулировке предложил в 1993 году нидерландский физик Герард т’Хоофт. Голографический принцип пока не доказан, но теоретически может быть одним из свойств квантовой гравитации. Согласно этому принципу, информация, необходимая для описания некоторого объёма пространства, может быть закодирована на плоской поверхности, охватывающей этот объём. Поскольку объём трёхмерен, а плоскость двумерна, свойства червоточины и её поведение также можно описать с таким понижением измерений. Эта идея позволяет математически увязать классическую физику теории относительности и квантовую механику. Если голографический принцип верен, то поведение червоточины можно проиллюстрировать на квантовом компьютере. Здесь область пространства, занимаемая червоточиной (3D) описывается системой квантовых частиц на исследуемой поверхности (2D).

Здесь мы касаемся гораздо более обширной темы голографического дуализма, рассмотренной на Хабре, например, в этой статье уважаемого @SLY_G Теоретически этот принцип означает, что можно создавать такие квантовые системы, которые были бы эквивалентны макроскопическим структурам в пространстве-времени. Именно так и поступили Спиропулу с коллегами, смоделировав проходимую червоточину на квантовом компьютере Sycamore в схеме из девяти кубитов. Результаты этого эксперимента были описаны в журнале Nature .

➤ Информационные аспекты эксперимента

Авторы полагают, что два набора частиц, запутанных определённым (математически проверяемым) образом будут эквивалентны паре чёрных дыр, представляющих собой горловины червоточины. Проверяя эту гипотезу, они стали передавать информацию бит за битом во «входную» группу запутанных кубитов, после чего наблюдали восстановление этой информации во второй группе запутанных кубитов. В динамике этот процесс выглядел именно так, как должно выглядеть прохождение физического тела через червоточину.

 

По словам Спиропулу, «была найдена квантовая система, которая проявляет ключевые свойства гравитационной червоточины, но при этом настолько мала, что её можно реализовать на современном квантовом компьютере». Эта работа не заменяет опытов по непосредственному поиску квантовой гравитации с использованием квантового зондирования, но демонстрирует, как можно достоверно моделировать другие гипотетические явления, связанные с квантовой гравитацией.

На приведённом выше рисунке есть аббревиатура SYK, означающая «Садчев-Йе-Китаев», о которой я расскажу подробнее. В 2015 году профессор Калифорнийского технологического института Алексей Юрьевич Китаев показал, что простая квантовомеханическая система фермионов проявляет голографический дуализм, то есть, эффекты, напоминающие проявление квантовой гравитации. Именно он впервые предположил, что эксперименты по квантовой гравитации можно моделировать на квантовом процессоре.  

В 2019 году Пинь Гао и Даниэль Джафферис предложили протокол эксперимента по запутыванию двух SYK-моделей, который обеспечивал бы телепортацию информации и одновременно помог исследовать динамику червоточин. Тремя годами ранее Гао, Джафферис и Уолл показали, что открыть проходимую червоточину может поток отрицательной энергии, напоминающий ударную волну. Источники отрицательной энергии пока достоверно не известны, однако существует версия, что хокинговское излучение, приводящее к медленному испарению чёрных дыр, представляет собой всплески отрицательной энергии, а сами чёрные дыры могут быть резервуарами отрицательной энтропии.

В такой трактовке механизм передачи информации сквозь червоточину сближается с информационным парадоксом чёрных дыр. На Хабре информационный парадокс червоточин разобран в недавней статье уважаемого @dionisdimetor « Решения информационного парадокса чёрных дыр: квантовые волосы или реплики червоточин?» Обратите внимание на приведённый в ней пример с Алисой и Бобом, знакомыми большинству хабровчан по примерам из криптографии и передачи данных. В свою очередь, уже в 2024 году Спиропулу и Джафферис подготовили новую статью о дальнодействующей телепортации, где делают важную оговорку о сути эксперимента, поставленного ранее на процессоре Sycamore.

Телепортация информации через импровизированную «червоточину» возможна только в запутанной системе, тогда как классическая передача информации между Алисой и Бобом, во-первых, осуществляется между разными системами, во-вторых, может быть двунаправленной. В квантовой телепортации через червоточину участвуют пары Белла (максимально запутанные состояния), и, в соответствии с экспериментом, Алиса одновременно измеряет состояние Белла как у своего кубита, так и у второго кубита, участвующего в передаче информации. При этом прямого взаимодействия между Алисой и Бобом не происходит, поэтому в червоточине Sycamore нет классического канала, есть только квантовый.   

Таким образом, описанный эксперимент действительно ничего не говорит о возможности создания проходимой червоточины в рамках классической физики. Он лишь показывает, как могла бы вести себя классическая червоточина при наличии отрицательной энергии, позволяющей её открыть. Однако этот эксперимент важен при поисках способов мгновенной передачи информации, а также заставляет переосмыслить тезис Джона Уилера « Всё из бита» и задуматься о том, насколько материальна информация.

➤ Решение для фридмановской Вселенной

На фоне подробного разбора этого калифорнийского эксперимента и спровоцированных им дискуссий в 2023 году было предложено ещё одно решение, допускающее возникновение проходимых червоточин во фридмановской Вселенной. Оно описано в статье астрофизиков из РУДН и подготовлено под руководством Кирилла Александровича Бронникова.

Группа Бронникова исследовала обобщённый вариант известного решения, предложенного Леметром, Толменом и Бонди и описывающего эволюцию симметричных сферических распределений электрически нейтральной пыли в соответствии с общей теории относительности. Был рассмотрен случай, в котором космическая постоянная является ненулевой (по-видимому, в нашей Вселенной значение космологической постоянной является переменным, но в текущий момент - положительным), а также существует внешний источник электрического или магнитного поля.

При таких условиях им удалось получить решения, допускающие возникновение таких червоточин, которые могут соединять как разные фридмановские вселенные, так и разные регионы одной и той же Вселенной. Такие червоточины должны быть проходимы, как минимум, для фотонов. При этом смоделированная ими червоточина должна иметь один выход из материнской Вселенной, но может иметь множество выходов в дочерние вселенные (регионы). Заряды на противоположных горловинах червоточины должны быть противоположными, а способы поддержания такой червоточины в раскрытом состоянии можно проверить экспериментально. Бронников считает, что поиск подобных червоточин связан с исследованиями неоднородностей реликтового излучения и войдов, то есть, практически пустых областей Вселенной, в которых встречаются единичные галактики, либо наблюдается абсолютная пустота. Факт наличия внешнего источника энергии указывает, что именно такие червоточины можно было бы контролируемо создавать и закрывать, но пока это решение также существует лишь на кончике пера.

Источник: Хабр

В БОЛЬШОМ МАГЕЛЛАНОВОМ ОБЛАКЕ ЗАПОДОЗРИЛИ ЧЕРНУЮ ДЫРУ, КОТОРАЯ ВЫБРАСЫВАЕТ ЗВЕЗДЫ ИЗ ГАЛАКТИКИ

 Запись на стене

Азимов Учит | Наука и научная фантастика

сегодня в 16:02

В БОЛЬШОМ МАГЕЛЛАНОВОМ ОБЛАКЕ ЗАПОДОЗРИЛИ ЧЕРНУЮ ДЫРУ, КОТОРАЯ ВЫБРАСЫВАЕТ ЗВЕЗДЫ ИЗ ГАЛАКТИКИ 🔭

На окраинах нашей галактики наблюдают звезды, которые ей не принадлежат: они разогнались до таких скоростей, что преодолели притяжение Млечного Пути и летят сейчас в межгалактическое пространство. Недавно астрономы рассмотрели их траектории и обнаружили, что многие из них «родом» из крупнейшей галактики-спутника Млечного Пути — Большого Магелланова Облака. Это рождает подозрения, что в нем скрывается источник такого необычного ускорения.

Солнце в сопровождении своих планет и всего прочего обращается вокруг центра Млечного Пути со скоростью немногим более 200 километров в секунду. На похожих размеренных скоростях движется и остальное «население» гигантских галактических рукавов.

Но за последние двадцать с лишним лет в окрестностях нашей галактики насчитали десятки таких звезд, которые к этому «населению» явно не относятся: их скорости достигают тысячи километров в секунду и выше, и это дает им свободу от гравитации Млечного Пути и позволяет перемещаться между галактиками. Их называют сверхскоростными или гиперскоростными.

Самый большой вопрос насчет этих звезд: что их такими делает? И главный подозреваемый — сверхмассивная черная дыра в центре галактики. По расчетам, она может отправить звезду в межгалактическое путешествие, если эта звезда была в двойной системе, то есть у нее был компаньон. Когда такая пара оказывается очень близко к бездне, гравитация срабатывает так, что одну звезду «затягивает» в черную дыру, а другую при этом, наоборот, отбрасывает прочь с огромной скоростью. Этот сценарий назвали механизмом Хилла в честь астронома Джеймса Хилла, который его предложил в 1980-х годах.

Поэтому самой очевидной причиной такого гравитационного разгона звезд считают черную дыру массой в четыре с лишним миллиона Солнц, которая расположена в центре Млечного Пути в 26 тысячах световых лет от нас. Но недавно команда астрофизиков из США и Израиля пришла к выводу, что больше десятка таких гиперскоростных звезд ускорились не из-за нее. Свои подозрения ученые изложили в статье, доступной на сервере препринтов Корнелльского университета (США).

Исследователи объяснили, что важной подсказкой в этом деле оказалась масса звезды. Дело в том, что светила во много раз массивнее Солнца не «горят» долго: всего за пару десятков миллионов лет они полностью растрачивают свое термоядерное топливо и взрываются сверхновыми, после чего от них остается только сжавшееся ядро — нейтронная звезда или даже черная дыра звездной массы. Значит, если мы видим еще «живую», то есть остающуюся на так называемой главной последовательности массивную звезду, мы можем понимать, что она появилась на свет там, откуда она успела бы долететь за 10-20 миллионов лет.

Астрономы привели показательный пример — звезду HE 0437-5439, расположенную примерно в 200 тысячах световых лет от центра Млечного Пути, то есть уже далеко за пределами основной части Галактики: напомним, диск Млечного Пути занимает пространство диаметром порядка сотни тысяч световых лет.

Звезда эта тоже летит с «турбо-скоростью»: больше 700 километров в секунду. Так вот, масса ее при этом составляет девять Солнц, то есть она совершенно точно не могла возникнуть как таковая раньше чем пару десятков миллионов лет назад. Именно поэтому ученые сильно сомневаются, что она разогналась под действием сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути: ей просто не хватило бы времени всей «жизни», чтобы к настоящему моменту оказаться так далеко.

В то же время от Большого Магелланова Облака эта звезда удалена менее чем на 50 тысяч световых лет. Напомним, крупнейшая галактика — спутник Млечного Пути расположена в 158 тысячах световых лет от нас. То, что «гонщица» явилась именно оттуда, гораздо больше похоже на правду.

Астрономы проанализировали 21 массивную гиперскоростную звезду за пределами диска Млечного Пути и по траекториям их движения вычислили, что «следы» 11 из них тоже ведут в Большое Магелланово Облако. По мнению ученых, именно этим объясняется еще один феномен — гиперскоростные звезды почему-то группируются в окрестностях созвездия Льва. Исследователи пришли к выводу, что выброшенные из Большого Магелланова Облака звезды часто должны оказываться именно там из-за орбитального движения карликовой галактики.

По мнению астрофизиков, все это автоматически означает, что в карликовой галактике должен находиться самый вероятный ускоритель звезд — сверхмассивная черная дыра. Удалось даже рассчитать ее примерную предполагаемую массу — 600 тысяч масс Солнца.

Рассматриваются, правда, и другие варианты появления гиперскоростных звезд: например, разгон ударной волной в тот момент, когда близко расположенная звезда-компаньон взрывается сверхновой. Проблема в том, что, по расчетам, это не даст такой скорости, какая наблюдается у HE 0437-5439 и многих других.

Источник: Naked Science

НОВЫЙ ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЙ КВАНТОВЫЙ СИМУЛЯТОР ОТ GOOGLE И PSI: ПРОРЫВ В КВАНТОВЫХ ВЫЧИСЛЕНИЯХ 📜

 Команда исследователей из Google и Института Пауля Шеррера (PSI) представила уникальный цифро-аналоговый квантовый симулятор на основе 69 сверхпроводящих кубитов (что дает увеличение вычислительной мощности или точности моделирования). Это устройство объединяет преимущества цифровых и аналоговых подходов, позволяя с беспрецедентной точностью моделировать сложныефизические процессы, которые недоступны даже самым мощным суперкомпьютерам.

Андреас Лойхли и Андреас Элбен, физики-теоретики из Института Пауля Шеррера (PSI), совместно с исследователями из Google и университетов пяти стран разработали и успешно протестировали новый цифро-аналоговый квантовый симулятор. Достижение стало важной вехой в области квантовых технологий: симулятор не только вычисляет физические процессы с беспрецедентной точностью, но и отличается высокой гибкостью, что позволяет применять его для решения широкого круга задач — от физики твердого тела до астрофизики. Результаты исследования были опубликованы 5 февраля в журнале Nature.

➤ Преимущества цифро-аналогового подхода

Цифровой режим симулятора обеспечивает гибкость в задании начальных условий, например, точное управление расположением частиц в системе. Аналоговый режим, в свою очередь, имитирует естественное взаимодействие частиц, что делает его идеальным инструментом для изучения таких процессов, как термализация (например, распределение холодного молока в горячем кофе) или формирование магнитных доменов в твердых телах.

«Мы можем наблюдать, как квантовый симулятор достигает теплового равновесия — или, если использовать аналогию с кофе: молоко распределяется в кофе, и температура выравнивается в процессе», — поясняет Андреас Элбен, научный сотрудник PSI.

➤ Практическое применение симулятора

Новый симулятор открывает широкие возможности для исследований в различных областях:

• Магнетизм : изучение фрустрированного магнетизма, что может привести к созданию новых типов компьютерных чипов.

• Материаловедение : разработка высокотемпературных сверхпроводников, способных привести к революции в энергетике.

• Фармакология : моделирование молекулярных взаимодействий для создания более эффективных и безопасных лекарств.

• Астрофизика : исследование информационного парадокса черных дыр.

➤ Перспективы для IT и науки

Квантовый симулятор имеет практическое применение в IT. Он может стать ключевым инструментом для разработки новых технологий, улучшения существующих решений и ускорения инноваций в области вычислений, криптографии, машинного обучения и материаловедения.

Исследователи планируют использовать симулятор для изучения новых физических явлений и поддержки экспериментов в крупных научных центрах. В Quantum Computing Hub ETHZ и PSI, а также за их пределами, разрабатываются квантовые компьютеры и квантовые симуляторы на различных технологических платформах, включая захваченные ионы, сверхпроводящие кубиты иатомы Ридберга.

Источник: Хабр

ОПИСАН СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ СФЕРЫ ДАЙСОНА ИЛИ КОЛЬЦЕВОГО МИРА

 Идея сферы Дайсона существует уже несколько десятилетий. Когда Фримен Дайсон исследовал эту концепцию, он уточнил, что это может быть не полная сфера, а рой спутников в сферической конфигурации вокруг звезды. Проблема с твёрдой сферой заключается в том, что её орбита не будет стабильной, что приведёт к её разрушению.

В последние годы идея твёрдой сферы отошла на второй план, и исследования сосредоточились на поисках спутниковых роёв. То, что такая твёрдая структура не является стабильной, подтверждается и другими исследованиями. В 1856 году Джеймс Кларк Максвелл показал, что кольца Сатурна тоже не могут быть сплошной однородной структурой. Взаимодействие гравитации между кольцом и планетой привело бы к неустойчивости. То же самое считалось справедливым и для сферы Дайсона. Так было до тех пор, пока Колин Р. МакИннес не опубликовал свои выводы в ежемесячном бюллетене Королевского астрономического общества.

Новая статья позволяет по-новому взглянуть на эту проблему и предложить способ, при котором твёрдая сфера всё-таки может быть стабильной. Идея предполагает, что в бинарной звёздной системе, где отношение масс двух объектов невелико, сфера может быть стабильной.

Макиннес утверждает, что решение находится в рамках круговой ограниченной задачи трёх тел. Это классическая задача из небесной механики. По своей сути она описывает движение малого тела (например, астероида) под гравитационным воздействием двух больших объектов (например, Солнца и Юпитера), которые движутся по круговым орбитам вокруг общего центра масс. Присутствие меньшего объекта, обладающего ничтожной массой, не оказывает существенного влияния на движение двух больших тел.

В такой системе будет пять точек равновесия, известных как точки Лагранжа. Две из них будут неустойчивыми, а две (L4 и L5) — устойчивыми, но только если отношение масс мало, как, например, у Юпитера и Солнца. Здесь объект будет оставаться на стабильной орбите. Существуют расширения и более сложные модели, в которых, например, давление излучения влияет на стабильность системы.

Макиннес обнаружил, что существуют конфигурации сферы или кольца, которые могут быть стабильными, но только при определённых условиях. Одно из них выполняется, если две основные массы в системе находятся на орбите вокруг их общего центра масс, а большое однородное кольцо окружает меньшую массу. Также Макиннес предполагает, что в такой конфигурации даже сфера может быть стабильной.

Результаты исследования позволяют нам представить вселенную, в которой сферы Дайсона могут быть не только предметом научной фантастики. Возможно, по всему космосу разбросаны звёздные системы, в которых развитые цивилизации используют энергию одной из местных звёзд.

Источник: Хабр

ИНЖЕНЕРЫ ДУМАЮТ, КАК УСКОРИТЬ ПОЛЁТЫ НА МАРС С ПОМОЩЬЮ ЯДЕРНО-ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ

 Запись на стене

Азимов Учит | Наука и научная фантастика

сегодня в 1:02

ИНЖЕНЕРЫ ДУМАЮТ, КАК УСКОРИТЬ ПОЛЁТЫ НА МАРС С ПОМОЩЬЮ ЯДЕРНО-ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ 🚀

Космическому кораблю требуется от семи до девяти месяцев, чтобы добраться до Марса. Это время зависит от космического аппарата и расстояния между двумя планетами, которое меняется по мере того, как они движутся по своим орбитам вокруг Солнца. Пока последнием это путешествие совершил космический аппарат НАСА Perseverance, и оно заняло около семи месяцев.

Если бы эти перелёты не были такими долгими, человечество освоило бы Марс гораздо быстрее. НАСА изучает идею использования ядерной электрической тяги, чтобы сократить время путешествия.

Отправить экипаж на Марс гораздо сложнее, чем отправить туда такого робота-исследователя, как Perseverance. Perseverance останется там после завершения своей миссии. Но люди должны вернуться на Землю. Одно из главных ограничений — это окна запуска. Они происходят каждые 26 месяцев, когда планеты находятся ближе всего друг к другу, что делает путешествие короче и удобнее. Таким образом, возвращение на Марс в составе экипажа может занять около четырёх лет, в зависимости от разных факторов, таких как время пребывания экипажа на планете.

Разрабатываемая в настоящее время более эффективная двигательная система может доставить экипаж на Марс и обратно всего за два года, утверждают её сторонники. Инженеры Исследовательского центра НАСА в Лэнгли работают над ядерно-электрической двигательной системой, которая сможет доставить экипаж на Марс в эти сроки. Система использует ядерный реактор для выработки электроэнергии, которая ионизирует газообразное топливо, создающее тягу.

Но есть одна загвоздка: систему придётся собирать в космосе.

Технологию назвали «модульная сборка радиаторов для ядерных электроракет», или MARVL [Modular Assembled Radiators for Nuclear Electric Propulsion Vehicles]. MARVL – одна из попыток НАСА разработать в ближайшие 10-15 лет транзитный корабль для полётов на Марс — Deep Space Transport.

Одним из компонентов системы является система рассеивания тепла. В развёрнутом виде система представляет собой массив размером с футбольное поле. Идея состоит в том, чтобы разбить систему на отдельные компоненты, которые можно будет роботизированно собирать в космосе.

«Благодаря этому мы избавимся от необходимости встраивать всю систему в один ракетный обтекатель», — говорит Аманда Старк, инженер по теплообмену в НАСА Лэнгли и главный исследователь MARVL. «В свою очередь, это позволяет нам немного ослабить конструкцию и реально оптимизировать её».

Вариант впихнуть всю систему в слишком маленький объём и доступный вес полезной нагрузки, вмещающийся в обтекатель ракеты, не рассматривался. До этого инженеры успешно «сворачивали» другие космические аппараты в размер, подходящий для носовых обтекателей, а затем разворачивали их после выхода в космос. Лучшим примером такого подвига, вероятно, будет зеркало «Уэбба». Но у главного зеркала «Уэбба» диаметр всего 6,5 метра. Это намного меньше, чем система теплоотвода MARVL, при том, что уже с зеркалом пришлось мучаться.

Создание модульной системы теплоотвода и её сборка в космосе с помощью роботов открывают новые возможности. Компоненты можно запускать в космос в любом порядке и в любом сочетании, какие только будут необходимы.

Космическая робототехника развивается и будет играть всё большую роль в будущем. Вся идея представляет собой определённый вызов для инженеров, но эту задачу не так уж и сложно решить. Исследовательский центр НАСА в Лэнгли работает над подобными проблемами уже несколько десятилетий.

Лэнгли — это огромный комплекс площадью почти в 3 кв.км., в котором работают тысячи инженеров, техников и учёных. Он внёс новаторский вклад в развитие полётов в воздухе и в космосе. Центр сыграл важную роль в разработке лунного модуля «Аполлон» и внёс свой вклад в другие проекты, такие как космический телескоп «Хаббл» и марсоход «Викинг». Космические технологии и исследования являются одним из основных направлений деятельности Центра.

Теперь у инженеров появилась возможность с нуля создать транспортное средство, предназначенное для запуска по частям и сборки в космосе.

«Существующие аппараты ранее не рассматривали возможность сборки в космосе в процессе проектирования, поэтому у нас есть возможность сказать: Мы собираемся построить этот аппарат в космосе. Как мы это сделаем? И как будет выглядеть этот аппарат, если мы это сделаем? Я думаю, что это расширит наши представления о ядерных силовых установках», — говорит Джулия Клайн, куратор проекта в Исследовательском управлении НАСА в Лэнгли. Клайн руководила участием центра в разработке плана технического совершенствования ядерных электроракет, который предшествовал проекту MARVL.

Ядерная электродвигательная установка ( ЯЭДУ) была не единственной рассматриваемой системой. НАСА также рассматривало систему ядерной тепловой тяги ( NTP). Кроме того, рассматривалась конструкция «четырехкрыла» для системы ЯЭДУ, поскольку её можно было сложить в обтекатель полезной нагрузки Space Launch System (SLS) от НАСА. Однако такая система требовала большей площади поверхности, а системы развёртывания в этом варианте были тяжёлыми и сложными. Кроме того, для неё требовалось больше топлива.

Двухкрылая конструкция имеет ряд преимуществ перед четырехкрылой. Её можно запускать по частям на коммерческих ракетах-носителях без использования SLS. Обтекатель полезной нагрузки ракеты не ограничивает размер радиатора и позволяет избежать солнечного потока, который препятствует охлаждению.

НАСА дало команде проекта MARVL два года на разработку идеи. К этому времени команда надеется подготовить небольшую наземную демонстрацию.

«Один из наших наставников сказал: ‘Именно поэтому я и хотел работать в НАСА, ради таких проектов’», — говорит Старк, — «Это потрясающе, потому что я очень рад, что участвую в проекте, и чувствую то же самое».

Источник: Хабр

ИНДИЙСКИЙ СТАРТАП СНИМАЕТ ПЕРВЫЙ ИИ-ФИЛЬМ. БЕЗ АКТЕРОВ, КАМЕР И РЕЖИССЕРОВ

 Запись на стене

Азимов Учит | Наука и научная фантастика

четыре часа назад

ИНДИЙСКИЙ СТАРТАП СНИМАЕТ ПЕРВЫЙ ИИ-ФИЛЬМ. БЕЗ АКТЕРОВ, КАМЕР И РЕЖИССЕРОВ

Нейросети — это уже не будущее, а вполне себе настоящее. Каждый день появляются новости о каком-нибудь стартапе (сразу приходит на ум китайская DeepSeek), новом научном прорыве или очередном способе заменить человеческий труд.

В кино ИИ тоже давно прижился. Он помогает писать сценарии, озвучивать актеров, делать спецэффекты и даже превращать одного человека в другого. Вспомнить хотя бы фильм Бруталист, где нейросети использовали для стилизации изображения, или Эмилию Перес, где ИИ преобразил главную героиню.

Нейросети уже создавали трейлеры для фильмов, как это было с Морган от 20th Century Fox, но теперь речь идет о том, чтобы доверить им весь процесс. Индийский стартап Intelliflicks Studios заявил, что в 2025 году они выпустят первый полнометражный фильм, сделанный ИИ от начала до конца. И, конечно, в лучших традициях Болливуда — с песнями, танцами и кучей спецэффектов (ну а как иначе в Индии).

➤ Что за фильм планируют снять

Кто-то читал произведение Хушванта Сингха «Махараджа в джинсах» (2014) (не путать вот с этим писателем)? Нет? А между прочим, эта книга невероятно популярна в Индии. Студии Болливуда дважды покупали права на ее экранизацию, но каждый раз отказывались от проекта. По словам автора, производство оказалось слишком сложным и дорогим.

Что же в этой истории такого необычного? Это историческая фантастика о Хари Сингхе Сандху — подростке, который считает себя реинкарнацией Махараджи Ранджита Сингха. Немного контекста: Ранджит Сингх — исторический правитель, основатель сикхской империи, один из самых почитаемых сикхов (последователей сикхизма — религии, возникшей в Индии в XV веке). За свои заслуги он получил прозвище «Лев Пенджаба».

Главный герой — молодой и обеспеченный Хари Сингх, который живет в современном Чандигархе, пока однажды не начинает видеть странные видения. В этих воспоминаниях он — не кто иной, как сам Махараджа Ранджит Сингх, легендарный правитель, основавший Сикхскую империю.

Его подруга пытается разобраться, что происходит, но чем дальше, тем больше реальность Хари переплетается с историей. На контрасте показано, как современные ценности отличаются от «Золотого века» Пенджаба.

И вот тут-то начинается самое интересное. Чтобы снять эту историю, нужно было воссоздать сразу три эпохи — а это уровень «Гладиатора» или «Трои». Настолько масштабный проект, что Болливуд дважды от него отказывался, решив, что слишком дорого. Но теперь за дело взялись нейросети.

➤ Что за стартап Intelliflicks Studios

В 2022 году Хушвант Сингх случайно встретил старого друга — Гурдипа Палла. Тот успел поработать вице-президентом Microsoft, приложил руку к созданию Skype и Teams, а в последние годы увлекся ИИ-проектами. Узнав о проблемах с экранизацией «Махараджи в джинсах», он предложил нестандартное решение: раз уж обычные студии не справляются, почему бы не снять фильм при помощи нейросетей?

«И мы решились сделать новаторский шаг, чтобы показать возможности технологии», — говорит Сингх.

Так и родился стартап Intelliflicks Studios, который решил поставить настоящий эксперимент — сделать первый в истории полностью ИИ-сгенерированный фильм. Никаких актеров, операторов, гримеров и осветителей — весь процесс создания доверят алгоритмам.

«Мы считаем, что наш фильм — это переломный момент в истории кинематографии», — делится своими мыслями Полл.

Сколько стоит такой эксперимент создатели пока не говорят, но если смотреть на рынок Болливуда, средний фильм обходится примерно в 25 миллионов долларов, а самые дорогие проекты переваливают за 150 миллионов. Использование нейросетей явно сокращает затраты на съемочную группу, декорации и спецэффекты, но насколько именно — пока остается вопросом.

➤ Как нейросети создают фильм

Пока разработчики не раскрывают всех деталей проекта, но известно, что «Махараджа в джинсах» выйдет в 2025 году. Студия уже подготовила первый трейлер.

Гурдип Полл все же поделился некоторыми техническими нюансами. Intelliflicks Studios использует комбинацию коммерческих и открытых генеративных ИИ-решений. Сначала создаются статичные изображения, своего рода раскадровка, которые затем «скармливаются» самописной нейросети для генерации видеофрагментов. Постепенно короткие сцены собираются в полноценные ролики.

Затем вступает в дело ИИ-монтаж, который соединяет сгенерированные кусочки по четко прописанному сценарию. Дополнительно используются специализированные алгоритмы для создания звука, озвучки и синхронизации движений губ с речью.

Разумеется, процесс не обходится без вмешательства людей. В команде есть два специалиста, которые корректируют изображение, исправляют расхождения в цветах и освещении при смене сцен. Также разработчики вручную настраивают модели, учитывая особенности индийской культуры разных эпох. Например, костюмы и архитектуру еще можно воссоздать по историческим данным, но с более тонкими вещами возникают сложности.

Так, в одной из сцен героиня исполняет традиционный танец катхак. Однако данных по нему в открытых источниках оказалось недостаточно, чтобы нейросеть смогла правильно сгенерировать движение. Поэтому команда поступила нестандартно: пригласила профессиональную танцовщицу, записала ее выступление, а затем ИИ «заменил» ее лицо.

Но главная сложность в другом. Современные нейросети все еще не умеют поддерживать визуальную целостность персонажей. Один и тот же герой может выглядеть по-разному в разных сценах, потому что генерация работает на вероятностных алгоритмах. Та же проблема встречается у художников, использующих нейросети для создания изображений.

Чтобы справиться с этим, команда разработала систему цифровых тегов, которая помогает ИИ «узнавать» персонажей и сохранять их внешний вид при генерации новых сцен. Это не решает проблему полностью, но значительно упрощает монтаж.

➤ Как проект оценивают эксперты

Джейми Умферсон, руководитель стартапа Runway (нейросеть, генерирующая видео по запросу), говорит: наиболее успешные проекты в области генерации видеоконтента — те, которые понимают ограничения технологии и постоянно совершенствуются. Однако создание полнометражного фильмана 2–3 часа — немного натянутая история.

«Большинство наших клиентов, среди которых киностудии, рекламные агентства и независимые художники, используют эту технологию для быстрого прототипирования на ранних этапах творческого процесса или для создания визуальных эффектов, дополняющих живое действие. 

Создать полностью сгенерированный фильм, конечно, возможно — но по затратам времени и сил это может быть сопоставимо со съемкой настоящего фильма, на данном этапе развития технологии. А результат вряд ли будет качественным»

С ним согласен Эйб Дэвис, доцент кафедры компьютерным наук в Корнеллском университете. По его словам, проблема заключаются в том, что нейросетевые инструменты предполагают минимальное участие пользователя в процессе создания, и ограничиваются только текстовыми запросами. При этом упускаются важные детали, которые при просмотре фильма наверняка сразу бросятся в глаза. 

«Да, условно даже гаражный стартап, как в случае Intelliflicks, может создать полноценный фильм. Но чем он длиннее и чем больше деталей содержит, тем сложнее все контролировать на этапе производства. 

В обычной жизни всем этим занимается режиссер и другие люди на площадке. Создание фильма проходит много этапов. В случае ИИ всегда существует вероятность, что она выдаст ахинею, и это будет легко упустить»

Автор бестселлера «Махараджа в джинсах» и руководитель стартапа Хушвант Сингх понимает, что результат может сильно отличаться от современных фильмов. 

«Конечно, наш продукт будет сильно отличаться от обычных фильмов, к которым все привыкли. Но это — первый шаг, который сломает современную парадигму кинематографа: работаем, только если есть деньги и связи. Нейросети открывают возможности для обычных людей стать настоящими художниками, и значительно демократизируют всю отрасль»

➤ Как нейросети уже изменили кино (и что будет дальше?)

В кино нейросети уже давно стали незаменимыми. Они помогают улучшать спецэффекты, работать с голосами актеров, писать сценарии и даже управлять съемочным процессом. Но если говорить о цифровых технологиях в кинематографе, то все началось еще в 1973 году, когда в «Мире Дикого Запада» впервые использовали CGI.

Позже, в конце 70-х, элементы трехмерной графики появились в «Звездных войнах» (источник) и «Чужом». Но когда в 1982 году вышел «Трон»— первый фильм, полностью построенный на компьютерной графике, — зрители его не оценили, и голливудские студии на время потеряли интерес к этой технологии.

В 90-х вычислительная мощность компьютеров выросла, и CGI снова начали активно использовать. Прорывом стал «Парк юрского периода» (1993), где впервые убедительно «оживили» динозавров (источник). А после выхода «Истории игрушек» (1995) — первого полностью компьютерного мультфильма — стало ясно: за цифровыми технологиями будущее.

С начала 2000-х машинное обучение все глубже внедряется в киноиндустрию. Нейросети помогают захватывать движения актеров и создавать реалистичную анимацию персонажей. Сегодня без них уже сложно представить масштабные блокбастеры и VFX-индустрию в целом.

И за 20 с лишним лет, с развитием технологий, нейросети начали еще глубже проникать в процесс производства фильмов. Вот некоторые примеры того, как они используются:

ИИ-ассистенты для написания сценариев В 2016 году режиссер Оскар Шарп снял короткометражку Sunspring, сценарий которой полностью сгенерировал бот Benjamin. Он обучался на сценариях 80-х и 90-х годов, комбинировал фразы, создавал новые диалоги. Сейчас ChatGPT и его аналоги уже пишут куда более связные тексты, что привело к забастовкам сценаристов в Голливуде.

Кастинг актеров Нейросети помогают анализировать целевую аудиторию и прогнозировать, какие актеры лучше всего подойдут для ролей. Netflix, например, использует ИИ для оценки сценариев еще до начала съемок.

Омоложение и воскрешение актеров В «Ирландце» (2019) Роберта Де Ниро омолодили на 40 лет с помощью нейросетей. А Таноса в «Мстителях» (2018) анимировали, используя алгоритмы Masquerade.

ИИ-озвучка и копирование голосов ИИ может воссоздавать голоса актеров, даже если их уже нет в живых. Недавно разгорелся скандал вокруг фильма «Бруталист», где использовали голос покойного Лэнса Реддика без его участия.

Автоматизация съемок и монтаж трейлеров В 2016 году трейлер к фильму «Морган» полностью смонтировал ИИ. Сейчас существуют стартапы вроде Axibo, которые обучают нейросети предсказывать движения камер и автоматизировать съемочный процесс.

С одной стороны, автоматизация съемок — это просто следующий шаг в развитии технологий. Если можно ускорить процесс, сэкономить бюджет и минимизировать человеческий труд, почему бы не воспользоваться таким инструментом?

С другой стороны, пока ИИ-режиссеры вряд ли могут конкурировать с реальными. Нейросети умеют генерировать текстуры и сцены, но смогут ли они передать человеческие эмоции?

Источник: Хабр