Elétrons navega entre os qubits

Elétrons navegar entre os qubits

Surfando em uma onda sonora

Dois grupos independentes de cientistas deram um passo importante para a criação de um computador quântico prático, mostrando como a transferência de elétrons individuais através de distâncias relativamente longas entre os pontos quânticos. Ambos os esquemas envolvem o uso de ondas sonoras na superfície de um material para impulsionar elétrons entre os pontos quânticos - que são sub-micro-empresas pedaços de semicondutores. As equipes estão confiantes de que em breve será capaz de mostrar que os elétrons chegam ao seu destino com suas informações quantum intactas, tornando o sistema viável "quantum barramento de dados" para um computador quântico.

Computadores quânticos, que exploram fenômenos puramente quântica, tais como superposição e emaranhamento, deverá, em princípio, ser capaz de superar os computadores clássicos em determinadas tarefas. Mas construir um computador quântico prático ainda é um desafio porque a entidades físicas que armazenam e pedaços de transferência quânticos (qubits) de informação são difíceis de implementar e são facilmente destruídos.

A vantagem de usar os pontos quânticos como qubits é que eles podem segurar os elétrons zero, um ou dois, definindo assim o "estado da lógica" dos dados qubit. Além disso, dois elétrons em um ponto se misturam - uma condição que persiste mesmo que um elétron é cuidadosamente removido e transportado a alguma distância. Este processo, que é conhecido como "teletransporte quântico", pode desempenhar um papel importante em computadores quânticos.

Evitando decoerência

Enquanto os físicos podem confiável de transferência de um único elétron curtas distâncias entre pontos adjacentes quantum, movendo-o em torno de um circuito integrado contendo centenas ou milhares de qubits é um desafio significativo. O problema é que um elétron em um metal ou semicondutor viaja através de um "mar" de elétrons vasta outros que podem destruir o emaranhamento. Uma maneira de evitar esta "decoerência" é essencialmente drenar o mar de elétrons dos canais apropriados no circuito - efetivamente tornando-os isolantes. O desafio é, então, como dar a energia de elétrons o suficiente para enviá-la voar através do canal sem causar decoerência.

Agora, porém, Tristan Meunier e seus colegas do Institut Néel em Grenoble, da Universidade de Tóquio ea Universidade de Bochum, na Alemanha - e, independentemente, McNeil Rob e seus colegas da Universidade de Cambridge, no Reino Unido - criaram uma maneira de entregar que chute. Ambas as equipes fabricados dispositivos semicondutores semelhantes, cada uma com dois pontos quânticos separados por vários microns. Em ambos os casos os pontos são conectados por um canal de semicondutores estreito entre dois eletrodos.

SAWs apresentam um grande potencial para os elétrons em movimento

Para esgotar o canal de todos os elétrons sua condução, ambos os times aplicada uma tensão negativa para ambos os eletrodos. O pontapé é fornecida por um atuador piezoelétrico que injeta uma onda acústica de superfície (SAW) pulso ao longo do canal. A SAW é uma onda sonora que viaja sobre a superfície de um material, onde ele faz os íons positivos no canal a oscilar para trás e para frente. O resultado é um campo elétrico que leva o elétron para a frente.

Transferência extremamente rápido

Meunier e colegas empregados um atuador piezoelétrico, que foi capaz de conduzir um elétron a 3 mm entre os dois pontos em apenas ns 1. Este é muito mais rápido do que o microssegundos várias que leva para decoerência para destruir um quantum dot qubit, algo que é essencial para um computador quântico prático, de acordo com Meunier. Enquanto isso, em Cambridge, McNeil e seus colegas usaram dois opostos atuadores piezoelétricos para saltar um elétron e para trás entre os pontos quânticos separados por 4 mm. De fato, McNeil disse que eles foram capazes de fazer isso até 60 vezes, o que significa que o elétron percorrer um total de 0,25 mm.

Ambos os experimentos foram realizados em temperatura extremamente baixa, o que significa que há poucas ondas sonoras aleatórias no canal que causaria decoerência. A onda de SAW em si é coerente e não deve destruir emaranhamento, segundo McNeil. No entanto, nenhuma equipe confirmou que o elétron não sofre decoerência em sua jornada - algo que ambos os laboratórios estão investigando.

O trabalho de ambas as equipas é descrita em dois artigos separados na Nature .

El Niño marchas para a batida mesma mudança sazonal

Temperaturas da superfície do mar durante um evento El Niño em 2009

O El Niño-Oscilação Sul (ENOS) ocorre no Oceano Pacífico a cada poucos anos e as condições climáticas resultantes podem causar estragos nas pessoas e no ambiente, particularmente na América Latina e Sudeste Asiático. Prever quando um evento ENSO ocorrerá confundiu os cientistas porque o fenômeno não aparece em intervalos regulares. Mas um novo estudo realizado por pesquisadores de instituições em que os EUA poderiam fornecer um importante passo em nossa compreensão deste fenômeno, estabelecendo uma ligação direta entre ENSO eo ciclo anual do clima global.

El Niño, que significa "criança do Cristo", é assim chamado porque os primeiros sinais de sua aparência são marcadas por uma corrente quente no litoral do Equador logo após o Natal. Estas temperaturas do mar estão relacionadas a um enfraquecimento dos ventos alísios que normalmente o transporte das águas de superfície quente para a margem ocidental do Pacífico. Durante uma fase ENSO - que ocorrem a cada 2-7 anos - estas águas mais quentes se acumulam no Pacífico tropical.

Episódios individuais ENSO pode durar até dois anos e levar a inundações graves na América Latina e as secas no Sudeste Asiático. Um ciclo de extrema em 1997-1998 teve conseqüências de longo alcance, incluindo os incêndios nas florestas tropicais extensas indonésia e deslizamentos de terra na Califórnia. Outro impacto do El Niño é que a água acumulada quente atua para bloquear as correntes de água fria, que costumam transportar nutrientes do oceano profundo nos ecossistemas ao longo da costa da América Latina. Isso pode ter um efeito devastador sobre as populações de peixes que formam uma parte importante da economia em países como Peru e Colômbia.

Origens misteriosas

Apesar familiaridade El Niño, os cientistas ainda não compreendem totalmente o que desencadeia esses eventos, como eles são sustentados ou o que faz com que, finalmente, um ciclo de ENSO a diminuir. Uma coisa que tem sido observado é que os episódios uma vez ENSO estão em andamento, todos eles tendem a seguir um padrão semelhante de desenvolvimento durante o verão ou no outono no hemisfério norte, em seguida, atingindo o pico durante o inverno setentrional. Essa interação entre ENSO e do ciclo anual foi agora mais firmemente estabelecida por um estudo numérico por Karl Stein e seus colegas da Universidade do Havaí em Manoa.

Equipe Stein analisou observações de temperatura da superfície do mar a partir do UK Met Office Hadley Centre abrangendo o período 1964-2007 e abrangendo 20 ° S-20 ° N e 120-290 ° E. A extensa análise numérica mostrou que os eventos ENSO ea variação anual de temperatura no Pacífico oriental são sincronizados em uma "língua Arnold 2:1". Em termos simples, isto significa que durante uma fase positiva, ENSO e do ciclo anual de execução de acordo com a mesma batida, mas o ciclo sazonal está se movendo duas vezes mais rápido como ENSO.

Stein disse physicsworld.com que um dos objetivos finais na caracterização ENSO é desenvolver um meio de prever quando o evento de aquecimento próxima grande pode ocorrer. "Compreender a importância relativa de amplitude versus modulação de fase deve levar a uma melhor compreensão da física envolvida na sincronização ENSO ao ciclo anual, que deve esperançosamente levam a melhores previsões", diz ele. Stein acredita que, dada a complexidade do sistema climático, realisticamente podemos ter esperança de predizer o estado dos meses equatorial do Pacífico ou apenas um ano antes de o tempo na melhor das hipóteses.

Conexão numérica

KV Ramesh, um cientista do clima no Centro de Modelagem Matemática e Simulação Computacional em Bangalore, Índia, está impressionado com o fato de que a nova pesquisa estabelece uma relação quantitativa entre ENSO e do ciclo anual. No entanto, ele sente que, para obter uma melhor compreensão do El Niño também exigirá monitoramento do clima melhorou. "As principais limitações para a nossa compreensão vêm de várias restrições práticas na criação de bem-distribuídos sistemas de observação capaz de fazer medições de forma contínua", diz ele.

Stein diz que ele e seus colegas pretendem desenvolver suas pesquisas, investigando a influência que as zonas de convergência tropical têm sobre o calendário de eventos ENSO. Ele acredita que as principais questões pendentes relacionadas a como ENSO irá responder a futuras mudanças no clima global. "O ciclo de ENSO está sempre acontecendo, agora, nós estamos observando La Niña [fria] condições que tendem a persistir durante o inverno", diz ele.

Essa última pesquisa publicada na na revista Physical Review Letters .

Uma Breve História a Física.

Bolhas de grafeno poderia fazer lentes de melhor

Bolhas de sopro com o carbono

Uma pequena bolha de grafeno poderia ser usado para fazer uma lente óptica com um comprimento focal ajustável. Que é a alegação de físicos no Reino Unido, que mostraram que a curvatura das bolhas como podem ser controlados através da aplicação de uma tensão externa.Dispositivos baseados na descoberta poderia encontrar o uso em sistemas adaptativos foco que tentam imitar como funciona o olho humano.

O grafeno é uma folha de carbono com apenas um átomo de espessura e tem uma série de propriedades únicas mecânicos e eletrônicos. É extremamente elástico e pode ser esticado em até 20%, o que significa que as bolhas de várias formas pode ser "queimado" a partir do material. Isto, combinado com o fato de que o grafeno é transparente à luz ainda impermeável à maioria dos líquidos e gases, poderia tornar o material ideal para a criação adaptativa foco lentes ópticas.

Essas lentes são empregados em câmeras de telefones celulares, webcams e auto-foco óculos, e geralmente são feitos de cristais transparentes líquidos ou fluidos. Embora tais dispositivos funcionam bem, elas são relativamente caras e difíceis de fazer. Em princípio, a óptica adaptativa baseados em grafeno pode ser fabricado usando métodos muito mais simples do que aqueles usados ​​para dispositivos existentes. Eles também poderiam se tornar mais barato produzir em escala industrial, se os processos para a fabricação de dispositivos de grafeno se tornam disponíveis.

Pequenas bolhas

Agora Andre Geim e Konstantin Novoselov - que dividiu o Prêmio Nobel 2010 de Física pela descoberta do grafeno - construíram minúsculos dispositivos que mostram como o grafeno poderia ser usado em sistemas adaptativos óptica. Trabalhando com colegas da Universidade de Manchester, os físicos começaram a preparar flocos de grafeno em grande plano de silício óxido de substratos. Quando o ar debaixo do grafeno não pode escapar, uma bolha do material naturalmente formas. As bolhas são extremamente estáveis ​​e variam em tamanho de algumas dezenas de nanômetros a dezenas de micrômetros de diâmetro.

Para mostrar que as bolhas poderiam trabalhar como lentes adaptativas-foco, a equipe fez dispositivos que continha titânio / ouro eletrodos contactado para as bolhas em um arranjo transistor-like.Desta forma, os pesquisadores foram capazes de aplicar uma tensão de porta para o set-up. Eles, então, obtido óptico microscópio de imagens das estruturas durante o ajuste da tensão de gate de -35 a +35 V. Como esperado, eles viram a forma das bolhas de ir de ser altamente curvado a mais plana como a tensão alterada.

Real, as lentes de trabalho poderia ser feito através do preenchimento das bolhas de grafeno com um líquido de índice de refração alto ou cobrindo as bolhas com uma camada lisa de este líquido, dizem os pesquisadores.

Então, o que é o próximo? "Nós mostramos que o controle da curvatura destas bolhas é uma tarefa fácil", diz Novoselov. "Estamos agora a olhar para realização de outros experimentos, onde as deformações mais complicado no grafeno seria criado e controlado."

Os resultados são publicados na Applied Physics Letters 99 093103.

Ciclotrões poderia aumentar a oferta de tecnécio

Ciclotrões médicos poderão em breve estar fazendo Tc-99m

A produção baseada em ciclotron de tecnécio-99m (Tc-99m) para aplicações de imagens médicas é uma abordagem viável, com rendimentos suficientes para atender a demanda diária de um hospital típico. Essa é a conclusão de cientistas no Canadá, que fizeram a modelagem teórica de como a produção e processamento pode ser feito em um hospital. Hoje Tc-99m é produzido centralmente em reatores nucleares e ciclotron baseado produção poderia ajudar a aliviar a escassez de médicos de isótopos que podem ocorrer quando um reator é desligado.

Apesar de Tc-99m é usado em uma ampla gama de procedimentos de medicina nuclear, o isótopo é produzido em apenas cinco reatores nucleares em todo o mundo. A fragilidade da oferta foi destaque recentemente por uma escassez global provocada pela parada não programada de um reator no Canadá. Como resultado, os físicos estão interessados ​​em desenvolver métodos alternativos para fazer o material.

Este último estudo foi feito por Anna Celler da Universidade de British Columbia e colegas e faz parte de uma iniciativa de C $ 35 milhões até o governo canadense a procurar técnicas de fabricação alternativos para Tc-99m.

Isótopos indesejados

Em princípio, Tc-99m pode ser feita usando ciclotron médica de um hospital de molibdênio bombardeiam com um feixe de prótons, fazendo com que a transmutação de alguns dos molibdênio-100 núcleos em Tc-99m. No entanto, as metas de molibdênio são caros ea técnica produz outros isótopos indesejados que reduzem o benefício de diagnóstico para o paciente. A viabilidade da técnica devem ser cuidadosamente examinadas - no entanto, fazer experimentos é extremamente dispendioso.

Agora Celler e colegas desenvolveram um modelo teórico que prevê a viabilidade do método e as estimativas de parâmetros logísticos, tais como o número de ciclotron corre necessários para atender a demanda diária de um departamento de medicina nuclear típica. As condições de reação necessário para um rendimento óptimo, como a energia do feixe e geometria alvo, foram também identificados.

Os pesquisadores usaram o de reações nucleares código do modelo EMPIRE-3 para calcular a seção transversal, ou probabilidade, de cada uma das possíveis reações próton-molibdênio, através de uma faixa de energia de 6-30 MeV. A simulação confirmou que o molibdênio numerosas reações próton-produziu vários contaminantes, incluindo várias tecnécio, o molibdênio, nióbio e isótopos de zircônio. Juntamente com os cálculos de rendimento, o Império-3 simulação também demonstrou que o molibdênio apenas alvos enriquecida com molibdênio-100 eram viáveis ​​para a produção de Tc-99m eficiente. Molibdênio natural, com sua composição de vários isótopos, produzido quantidades significativas de isótopos contaminante.

Energia de prótons ideal

Os pesquisadores também identificaram 16-19 MeV como o intervalo ideal de prótons de energia para produção de Tc-99m. Nessa faixa, relativa Tc-99m rendimentos foram maiores quando comparados com isótopos contaminante. Mais curtos, múltiplos ciclos de irradiação de molibdênio -100 por dia, cada 3-6 horas de duração, mostrou-se também o cronograma de produção mais eficiente.

"Estamos muito felizes com estes resultados: não só são os nossos cálculos teóricos de acordo com os dados existentes experimental, mas também eles nos fornecem orientação para futuros experimentos e sugerir o que poderia ser as condições ideais para a produção de tecnécio", disse Celler. "Os rendimentos são suficientes, de modo que mesmo ciclotrões projetada para produzir [tomografia por emissão de pósitrons] radionuclídeos PET pode produzir quantidades suficientes de Tc-99m para atender às necessidades locais."

Os pesquisadores agora estão usando seus resultados para calcular as doses de radiação para os pacientes que irão resultar do tecnécio-ciclotron produzido. "Esses cálculos dose pode então ser comparados com aqueles relacionados ao reator de tecnécio-produzido e servirá como orientação para a seleção de enriquecimento de alvo", explicou Celler.