Последние сообщения

Страницы: [1] 2 3 ... 10
1
литология
2
Ненаучные разговоры / Re: Общие закономерности в природе
« Последний ответ от ArefievPV Май 22, 2018, 20:05:03 »
Физики пообещали квантовым компьютерам проблемы с перегревом
https://nplus1.ru/news/2018/05/22/quantum-Landauer

Китайские физики впервые проверили на квантовом уровне принцип Ландауэра, утверждающий, что при стирании одного бита информации неизбежно выделяется небольшое количество тепловой энергии. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.

Цитировать
В 1961 году американский физик Рольф Ландауэр сформулировал (pdf) принцип, который утверждает, что при потере одного бита информации в вычислительной системе выделяется небольшое количество тепла, пропорциональное температуре системы. Если точнее, Ландауэр установил теоретический предел на это количество, который составил Q = k∙T∙ln2, где k — постоянная Больцмана, а T — температура системы; в реальных вычислительных системах тепловыделение в тысячи, а то и миллионы раз больше. Именно этот принцип заставляет разогреваться ваш компьютер, когда вы играете в компьютерную игру с тяжелой графикой или обрабатываете видео — хотя стирание отдельного бита производит всего 2,8×10−21 джоулей, процессор содержит миллиарды транзисторов и производит миллиарды операций в секунду, и в результате энерговыделение выходит на вполне осязаемый уровень. Конечно, инженеры стараются как можно сильнее уменьшить энергопотребление процессоров, и за последние двадцать лет им удалось добиться существенного прогресса. Тем не менее, полностью избавиться от разогревания классических вычислителей принципиально нельзя, и рано или поздно процессоры достигнут теоретического минимума энерговыделения, установленного Ландауэром.

Качественно принцип Ландауэра можно доказать следующим образом. Как утверждает второй закон термодинамики (или более общая H-теорема Больцмана), энтропия замкнутой системы не может уменьшаться со временем. С одной стороны, эта энтропия изменяется из-за обмена теплом между вычислителем и внешним резервуаром постоянной температуры: ΔST = Q/T (термодинамическая энтропия); с другой стороны, информация о состоянии системы тоже конвертируется в энтропию ΔSS (информационная энтропия Шеннона). Когда состояние бита заранее неизвестно, то есть с одинаковой вероятностью может равняться 0 или 1, информационная энтропия равна ΔSS = k∙ln2, а при стирании информации (переведении бита в конкретное состояние, например, в 0) она падает до нуля. В результате получается, что при стирании информации энтропия ΔSS уменьшается. Поскольку суммарная энтропия уменьшиться не может: S = Q/T + ΔSS ≥ 0, то получается, что вычислитель должен передать резервуару тепло Q ≥ k∙T∙ln2.

Однако с квантовыми системами (кубитами) подобные рассуждения работать не будут, поскольку они могут находиться одновременно в суперпозиции сразу нескольких состояний, и понятия энтропии, энергии и температуры необходимо переопределять. Обычно физики поступают следующим образом. Во-первых, они задают состояние квантовой системы с помощью матрицы плотности вероятности ρ, которая описывает, с какой вероятностью система находится в некотором смешанном состоянии, разложенном по базису из чистых состояний. Например, у кота Шрёдингера это состояния «жив» и «мертв». Когда смешанных состояний нет, матрица принимает диагональный вид и сводится к обычному набору вероятностей pi — скажем, состояние кота можно описать набором «с вероятностью 0,75 кот жив, а с вероятностью 0,25 мертв», — однако в квантовых системах возможны и более сложные конфигурации (кот ни «жив» ни «мертв»). Во-вторых, с помощью матрицы плотности можно вычислить среднее значение величины, задаваемой оператором Â. Так, чтобы найти энергию системы, нужно в качестве оператора Â взять гамильтониан Ĥ, а для вычисления энтропии положить Â = ln[ρ] (энтропия фон Неймана). Разумеется, в пределе больших квантовых систем определенные таким образом выражения переходят в свои классические аналоги.

В результате неравенство Ландауэра немного изменяется, и приходится учитывать так называемую взаимную энтропию между вычислителем и резервуаром D, а также изменение свободной энергии резервуара I. Тем не менее, суть принципа не меняется, и количество теплоты, выделяемой при стирании одного бита, по-прежнему оказывается ограничено снизу. К сожалению, проверить это утверждение на практике оказалось непросто, и до последнего времени «квантовый принцип Ландауэра» оставался только теорией. Группа ученых под руководством Миньцзы Фэна (Minzi Feng) впервые проверила его на практике, измерив производство тепла при стирании информации в отдельном кубите.

Расположение энергетических уровней, моделирующих кубит (слева) и схема опыта (справа)

В данном эксперименте физики моделировали простейший двухуровневый кубит с помощью ультрахолодного иона кальция-40, пойманного в линейную электромагнитную ловушку (linear Paul trap). Состояние кубита задавалось значением магнитного квантового числа электронов, находящихся на двух внутренних уровнях, а тепловым резервуаром, в который отводилось тепло, служили колебательные степени свободы иона. Стирать и записывать информацию в такой кубит можно с помощью лазерных импульсов, а определять температуру теплового резервуара можно по числу фононов, которые отвечают колебаниям иона. В эксперименте температура резервуара изменялась от 15 до 30 микрокельвинов.

Переводя кубит в суперпозицию между двумя состояниями, а затем «стирая» его, ученые измерили каждый из четырех параметров «квантового неравенства Ландауэра» (Q, S, D, I) по отдельности и сравнили их друг с другом. В результате физики пришли к выводу, что неравенство действительно выполняется, то есть при стирании информации тепловой резервуар действительно получал количество тепла, пропорциональное температуре и изменению энтропии системы. Ученые надеются, что их эксперимент поможет лучше разобраться в выделении тепла в квантовых компьютерах и научиться более эффективно охлаждать кубиты и контролировать возникающие в них ошибки.

В октябре 2017 года бразильские ученые показали, что кубиты, созданные на основе джозефсоновского контакта, можно рассматривать как тепловые машины, выделяющие тепловую энергию при стирании информации. А в марте этого года физики из Швеции и Японии исследовали, как взаимодействие между бозонами сказывается на работе двигателя Силарда, который использует похожие принципы и «перерабатывает» информацию о системе в работу, — оказалось, что работа производится тем эффективнее, чем больше частиц входит в систему и чем сильнее они притягиваются друг к другу.
3
Находки / Отпечаток в каменноугольных отложениях, Хакасия
« Последний ответ от Canis_L Май 22, 2018, 19:12:51 »
Всем вечер добрый. О чего нашёл в песчанниках, Боградский район, Республика Хакасия. По геологической карте это нижний карбон, на границе турне и визе. Какие будут мнения?
4
Находки / Re: Кость? Если да, то чья?
« Последний ответ от ЭДВАРД Май 22, 2018, 19:07:43 »
Найдена  в Москве , при наблюдении за рытьем песочной почвы в усадьбе Архангельское ,  на глубине 2 метра . Размер 6х 10 см.    P.S. Искал глазами исторический артефакт ,  нашел  )))
5
Продублирую сюда для порядка...
Физики нашли кота Шредингера внутри листьев растений
https://ria.ru/science/20180522/1521088932.html?referrer_block=index_archive_2
.....
Физики раскрыли один из квантовых секретов фотосинтеза
https://ria.ru/science/20170909/1502118808.html?inj=1
6
Ненаучные разговоры / Re: Общие закономерности в природе
« Последний ответ от ArefievPV Май 22, 2018, 16:11:49 »
Подача материала, конечно, довольно-таки вольная, но информация любопытная... ::)

Физики нашли кота Шредингера внутри листьев растений
https://ria.ru/science/20180522/1521088932.html?referrer_block=index_archive_2
Ученые нашли свидетельства того, что квантовые эффекты и своеобразный "кузен" кота Шредингера играют важную роль в работе фотосинтеза в клетках растений, что может объяснять его аномально высокую эффективность, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Chemistry.

"Наши коллеги в прошлом показывали, что в светочувствительных пигментах микробов могут возникать колебания, имеющие квантовую природу. К сожалению, они оказались простыми вибрациями молекул. Мы продолжили поиски и проверили, существуют ли в молекулах хлорофилла состояния, подобные коту Шредингера", — заявил Томас Янсен (Thomas Jansen) из университета Гронингена (Нидерланды).

Растения и бактерии умеют превращать энергию света в питательные вещества при помощи так называемых фотосистем I и II. Вторая система захватывает фотоны света и преобразует их в свободные электроны, а первая расщепляет молекулы воды на кислород и ионы водорода и использует последние для сборки молекул питательных веществ. Работа и структура этих систем хорошо изучена, однако их взаимодействие и расположение внутри клетки оставались загадкой для ученых.

Первые наблюдения за их работой на уровне отдельных молекул и атомов показали, что ее "антенны" они поглощают энергию света и используют ее для производства молекул АТФ, клеточной энерговалюты, и свободных электронов, намного эффективнее, чем предсказывает классическая физика. Это заставило ученых задуматься о том, не используют ли растения и бактерии квантовые эффекты для повышения КПД фотосинтеза.

Как рассказывает Янсен, одна из таких идей заключается в том, что часть ученых считает, что эти свободные электроны ведут себя подобно "коту Шредингера" из знаменитого мысленного эксперимента 1936 года и могут находиться в двух разных состояниях (и точках пространства) одновременно.
Его команда проверила, существуют ли подобные растительные "кошки" на самом деле, наблюдая за взаимодействием молекул хлорофилла со светом при комнатных температурах и при температуре кипения жидкого азота при помощи сканирующего электронного микроскопа.

Для получения ответа на этот вопрос ученые пошли на хитрость – они обстреливали хлорофилл не при помощи обычного, а поляризованного света. Дело в том, что фотосистемы бактерий содержат в себе не одну, а сразу семь молекул, две из которых реагируют на поляризованный свет. Бомбардируя их поляризованными фотонами, Янсен и его коллеги пытались определить, будут ли они реагировать на них по-отдельности, или же, если они являются общим квантовым целым, будут совместно генерировать свободные электроны.

Как показали эти опыты, частицы света действительно взаимодействовали только с одной из двух молекул, воспринимающих подобный свет, но при этом энергия фотона равномерно "размазывалась" и по той, и по другой световой "антенне". При этом внутри них возникали характерные осцилляции, хорошо знакомые физикам, занимающимся "разведением" котов Шредингера.

"Нам удалось увидеть эти квантовые колебания, и показать, что они существуют ровно столько времени, как предсказывает теория. Это доказывает, что энергия фотона "накладывается" сразу на две молекулы. Дальнейшее изучение этого феномена поможет нам улучшить работу солнечных батарей и ускорить создание квантовых компьютеров", — заключает Янсен.

P.S. Подобная информация уже проскакивала...
Физики раскрыли один из квантовых секретов фотосинтеза
https://ria.ru/science/20170909/1502118808.html?inj=1
7
Ненаучные разговоры / Re: Новое средневековье?
« Последний ответ от IrishkaKlim Май 22, 2018, 15:44:56 »
Ученые России призвали остановить «вредоносную деятельность» Роскомнадзора
Заодно бы призвали остановить деятельность подобных типов https://kapper-ratings.ru/adel-suleymanov/ Сколько семей остается без копейки, когда мужья проигрывают последние деньги. А то как-то все однобоко у нас получается, игровые автоматы запретили, а букмекерам зеленый свет. А ведь все дно - беда для простых людей.
8
Ненаучные разговоры / Re: Общие закономерности в природе
« Последний ответ от Nur 1 Май 22, 2018, 11:53:42 »
И еще, глубокоуважаемый Cow,

предположу, что правильно понял Ваш намек на продуктивность. Наука, реально, самая эффективная форма познания. Но тот же вопрос? Специалистам также деньги нужно зарабатывать. В особенности, в наши непростые времена. А ежели не помнить о новизне, а говорить об обыденном, кто же из заинтересованных на обыденность-то раскошелится, а-ааа? Вот и выходит, что весь вопрос - в его, вопроса, цене.
9
Ненаучные разговоры / Re: Общие закономерности в природе
« Последний ответ от Nur 1 Май 22, 2018, 11:33:21 »
Я, вот, и о женщинах говорил, как о среде. Аналогия с водой, опять-таки...
10
Ненаучные разговоры / Re: Общие закономерности в природе
« Последний ответ от Nur 1 Май 22, 2018, 11:30:41 »
И это не все, уважаемый Micr, еще более поразительны, чем нелокальность, следствия из гравитационной теории. Приведу только одно, принципиально важное, с моей точки зрения.
Известно, что сила гравитационного взаимодействия между материальными объектами падает с расстоянием. По аналогии, можно сказать, что падает давление, с каким тела притягиваются друг к другу. Я не зря выбрал именно давление в качестве аналогии, поскольку склонен рассматривать гравитацию не как проблематичное, с физической точки зрения, притяжение, а как давление среды, усиливающееся по мере приближения к центру тяжести. Но это мой бзик и не в нем дело. В другом - в том, что  н е т  п р е д с т а в л е н и я  о  г р а д и е н т е  п л о т н о с т и  г р а в и т а ц и о н н о й  э н е р г и и  в  р а з л и ч н ы х  т о ч к а х  п р о с т р а н с т в а, она во вселенной  р а с п р о с т р а н е н а  р а в н о м е р н о (!). То есть нет смысла говорить о том, в какой области наблюдаемого мира она локализована более, чем в других.
Что это напоминает? Толщу воды в водоеме. Давление с глубиной растет, плотность остается постоянной. Почему жизнь обнаруживается даже на дне океанов. Говоря о физическом смысле той же волновой функции (запутанности), специалисты также говорят о плотности. Не в этом ли основной вопрос? 
Страницы: [1] 2 3 ... 10