Плюсы и минусы использования памяти 3D NAND очевидны: плотность и дешевизна играют против сложности алгоритмов и высокого износа. С кубитами в квантовых процессорах аналогичный подход может дать больше выгоды. Они тоже могут быть многоуровневыми, что увеличит плотность без усложнения архитектуры, а масштабирование квантовых систем пока является большой проблемой. Российские физики выбрали путь использования многоуровневых кубитов и это приносит результат.

Выпущенный в России 8-кубитный процессор. Источник изображения: Университета МИСИС

В журнале Physical Review A. (Q1) вышла новая статья за авторством исследователей Университета МИСИС, Российского квантового центра, ФИАН им. Лебедева и МФТИ, в которой доказана эффективность кутритов — трёхуровневых квантовых систем. Работа освещает два важных аспекта. Во-первых, это независимость от выбора платформы — кубит может быть в принципе любым. Во-вторых, один многоуровневый кубит может заменить два обычных для исполнения алгоритма. В качестве дополнительного эффекта можно ещё назвать симуляцию физических явлений, которые не поддаются расчётам на классических компьютерах.

«Для меня этот результат представляется важным прежде всего потому, что одновременно, фактически в параллельном режиме, квантовые алгоритмы были запущены на двух совершенно разных физических платформах — сверхпроводящей и ионной — в двух ведущих российских исследовательских центрах. Идентичность результатов указывает на высокую достоверность и воспроизводимость расчётов на разных аппаратных средствах и, конечно, на справедливость квантовых постулатов. И, конечно, тот факт, что мы впервые использовали ионные и сверхпроводящие кутриты также выделяет данное исследование: в мире насчитывается всего несколько групп, которые овладели этим методом», — сообщил директор Физического института им. П.Н. Лебедева РАН Николай Колачевский.

Исследователи использовали кутриты — кубиты с двумя основными состояниями и одним дополнительным. В ФИАН была создана платформа на ионах в ловушке, а в НИТУ МИСИС на сверхпроводниковом 8-кубитном процессоре. С помощью кутритов исследователи смоделировали неравновесный фазовый переход нарушения симметрии чётности и времени. Такая симметрия нарушается, если изолированная физическая система начинает взаимодействовать с окружающим миром, теряя при этом часть своей энергии.

Фактически платформами на кутритах был выполнен алгоритм, позволивший смоделировать различные режимы затухающих колебаний абстрактной квантовой системы. Подобная концепция ранее была предложена научной группой хельсинского университета Аалто, однако, в отличие от финских коллег, российским учёным для реализации идеи потребовался всего лишь один кутрит вместо двух полноценных кубитов, что является более экономичным решением с точки зрения ресурсов квантового процессора.

Предложенный подход обещает приблизить практическую ценность квантовых платформ без достижения умопомрачительного количества кубитов в архитектуре. Алгоритмы будут сложнее — этого не отнять. Но с математикой в России всегда было хорошо и это, очевидно, проще, чем создать ресурсоёмкий квантовый компьютер.

«Исследование дополнительного уровня на сверхпроводниковых кубитах представляет для нас больший интерес. Проделанная работа является важным шагом на пути к реализации защищенных логических кубитов с использованием кодов коррекции квантовых ошибок, так как именно утечка квантовой информации на этот уровень считается наиболее трудно исправляемой ошибкой. Кроме того, дополнительный уровень даёт новые возможности с точки зрения выполнения квантовых алгоритмов здесь и сейчас», — сообщила первый автор работы, сотрудник РКЦ и лаборатории сверхпроводниковых квантовых технологий Университета МИСИС Алёна Казьмина.

Но самое главное в проделанной работе — это потенциал к дальнейшему наращиванию числа состояний у отдельных кубитов. Ведь таких может быть больше трёх, что наглядно демонстрирует та же память 3D NAND. Поэтому российские физики не забывают также о куквартах, куквинтах и других многоуровневых кубитах. Но это уже другая история.

Российская компания Yadro объявила о начале розничных продаж своего новейшего устойчивого к ударам планшета Kvadra_T с новым релизом операционной системы kvadraOS, основанной на Android Open Source Project (AOSP). Производитель подчёркивает, что планшет предлагает хорошее сочетание цены и качества на фоне дорогостоящих западных аналогов.

Источник изображений: kvadra.tech

Yadro — российский разработчик и производитель электроники, вышедший на рынок мобильных устройств с планшетом Kvadra_T. С 1 апреля новинку можно приобрести через фирменный интернет-магазин kvadra.tech. Также планируется его распространение через крупнейшие маркетплейсы и сети розничных магазинов страны.

Kvadra_T выделяется среди аналогов 6 Гбайт оперативной памяти, 128 Гбайт встроенной памяти, поддержкой сетей LTE и Wi-Fi, а также наличием слота для SD-карт. Гарантия составляет 12 месяцев. Помимо планшета в онлайн-магазине компании Yadro предлагается ряд фирменных аксессуаров, включая чехлы с держателем для стилуса, чехлы-книжки и чехлы с клавиатурой, расширяющие функциональные возможности планшета.

Планшет оснащён обновлённой версией мобильной операционной системы kvadraOS, внесённой в реестр Минцифры и разработанной на основе Android Open Source Project (AOSP). В состав kvadraOS включён RuStore — российский магазин приложений, благодаря чему на планшете доступен широкий спектр популярных сервисов, включая «Госуслуги», банковские приложения, карты, Telegram и различные маркетплейсы.

Кроме внедрения в kvadraOS эксклюзивных сервисов, созданных собственными силами разработчика, как поделился представитель Yadro, в число нововведений входят «kvadra поиск» — инструмент для локализации устройств на основе геоданных и «kvadra ID» — унифицированная система учётных записей. Производитель также сообщил о значительном усовершенствовании камеры, включая добавление портретного режима съёмки и возможности сохранения изображений в формате RAW.

Разработкой kvadraOS занимается команда, насчитывающая свыше 200 специалистов. В планах компании — запуск новых функций, в том числе сервиса для резервного копирования данных, приложения календаря и заметок, а также встроенного сканера документов.

Начиная с 2023 года, планшет продавался в госсекторе и среди бизнес-пользователей,. Производство устройства налажено на собственном заводе Yadro в Дубне, где производитель обеспечивает собственный контроль качества. Также Yadro обеспечивает послепродажную поддержку.

Цена планшета Kvadra_T составляет 41 990 рублей. Это весьма нескромно для отечественного планшета. Например, российские планшеты Inoi предлагаются по цене около 15 000 руб. Также российские ритейлеры предлагают под собственными брендами планшеты в диапазоне от 12 000 до 18 000 руб.

«Ведомости» сообщают, что разработчик процессоров Baikal, компания «Байкал электроникс», намерен расширить эксперимент по корпусированию собственных чипов в России. Этот процесс изначально был запущен ещё в ноябре 2021 года в Калининградской области на мощностях российского холдинга GS Group. Вскоре к экспериментам присоединятся зеленоградские мощности «Миландра» и «Микрона». Процесс идёт тяжело, но в рамках планирования.

Источник изображения: Максим Стулов / Ведомости

Упаковкой или корпусировкой чипов в целом и процессоров в частности занимаются в основном компании в Юго-Восточной Азии, в которые долго инвестировали Intel, AMD и другие производители микропроцессоров. Это ответственный, хотя и не такой сложный процесс, как обработка кремниевых пластин. После февраля 2022 года российским разработчикам эта услуга в основном стала недоступна. Та же компания «Байкал электроникс», к примеру, не смогла получить 300 тыс. уже произведённых к тому времени компанией TSMC процессоров. Между тем, в производственных планах «Байкал электроникс» была поставлена задача довести выпуск процессоров до 600 тыс. в год к 2025-му.

В России упаковкой сложных чипов занимаются единицы компаний. Считается, что это GS Nanotech (входит в GS Group), Зеленоградский нанотехнологический центр и Воронежский завод полупроводниковых приборов. Зеленоградское АО «ПКК Миландр» ранее занималось лишь корпусированием микроконтроллеров и периферийных микросхем.

«Мы действительно последние два года проводим эксперименты с нашими партнерами по переносу сборки процессоров на отечественные мощности», — рассказал «Ведомостям» генеральный директор «Байкал электроникс» Андрей Евдокимов. На каких именно площадках проводится эксперимент по корпусированию, он уточнять не стал.

Источнику стало известно, что на всех площадках эксперимент с Baikal идёт трудно. Уровень брака превышает 50 %. Причины кроются как в оборудовании предприятий, так и в отсутствии необходимого опыта у сотрудников. После отладки производства уровень брака при корпусировке снижается до единиц процентов, но на этапах запуска серийного производства высокий уровень брака — это нормально. Другое дело, что процесс отладки не должен длиться годами, что, по-видимому, происходит в истории с попытками локализации упаковки процессоров Baikal в России.

«Да, пока сложно говорить об успехах крупносерийной промышленной сборки, но в целом есть повод для осторожного оптимизма», — прокомментировал ситуацию Евдокимов.

По мнению экспертов, в России можно заниматься корпусировкой микропроцессоров. Однако для этого необходимо проектировать чипы с учётом технологических особенностей имеющихся производственных линий и выбирать корпуса, которые будут доступны для поставок в Россию. Раньше всё это не учитывалось, поэтому с оперативным переносом этого вида работ возникли сложности.

При поддержке Госкорпорации «Росатом» в рамках научной программы Национального центра физики и математики (НЦФМ) российские учёные создали новую адаптивную оптическую систему, которая с рекордным быстродействием компенсирует влияние атмосферных искажений на лазерное излучение. По результатам исследований опубликована статья в журнале Photonics.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Обычно обработка данных в адаптивной оптической системе происходит с помощью цифровых процессоров общего назначения. В созданной российскими учёными системе данные обрабатываются намного быстрее за счёт использования программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Исходя из контекста, реализовано распараллеливание вычислений, но это не точно.

«Применение ПЛИС позволило нам достигнуть рекордного быстродействия адаптивной системы до 4 кГц в экспериментах в закрытом пространстве, на 200-300-метровой павильонной трассе. В условиях реальной трассы до космического аппарата мы достигли быстродействия больше 2 кГц, что представляет интерес, например, в получении чётких изображений в ходе астрономических наблюдений. Несколько килогерц — это тот уровень, который позволяет нам корректировать искажения излучения в условиях реальной, постоянно меняющейся атмосферы, поэтому и идёт гонка за этими килогерцами», — отметил научный руководитель НЦФМ, сопредседатель направления НЦФМ «Физика высоких плотностей энергии» академик РАН Александр Сергеев.

Источник изображения: «Росатом»

Кроме компенсации атмосферных искажений, что необходимо для астрономических наблюдений с поверхности Земли, система позволяет более эффективно фокусировать лазерное излучение в обычных условиях на земле. В России к 2030 году планируется создать лазерную установку экзаваттной мощности. В одной точке должны будут фокусировать одновременно 12 лазеров. Предложенная система адаптивной оптики сможет так задать фронты волны каждого лазера, что они придут к мишени одновременно. Это создаст наиболее интенсивное воздействие на мишень, что позволит реализовывать передовые лазерные технологии и решать фундаментальные вопросы науки, связанные с пониманием, как ведёт себя вещество в экстремальных, недостижимых ранее условиях.

Группа российских учёных из Санкт-Петербургского государственного университета и Казанского национального исследовательского технического университета имени А. Н. Туполева-КАИ разработала теоретическую модель для описания условий формирования плазмы СВЧ-разрядов в молекулярных газах, что открывает путь к управляемому аэродинамическому полёту на сверхзвуковых скоростях в атмосфере Земли и других планет.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

При движении в плотных слоях атмосферы сверхзвуковое воздушное судно или космический спускаемый аппарат омывается потоками газа на сверхвысоких скоростях. Очевидно, что управляемое изменение плотности газа по курсу судна приведёт к его отклонению в ту или иную сторону. Сделать этот процесс управляемым означает добиться возможности управлять направлением полёта или, по крайней мере, повысить его устойчивость, а значит, безопасность.

Как известно, вблизи движущихся со сверхзвуковой скоростью летательных аппаратов возникают зоны точечного нагрева и изменения плотности газа. Для контроля движения аппарата необходимо уметь управлять потоками нагретого газа. Это возможно сделать с помощью заряженных газовых областей — плазменных структур, которые с помощью сверхвысокочастотных (СВЧ) разрядов будут формироваться на некотором расстоянии от поверхности летательного аппарата.

При этом СВЧ-разряд может возникнуть в двух режимах — в виде диффузного облака заряжённых частиц, либо в виде нитевидного разряда. Нетрудно догадаться, что нитевидный разряд приводит к наибольшему нагреву газа, как более плотное образование, что, в свою очередь, оказывает наибольшее воздействие на плотность набегающего воздушного потока. Плотность воздуха перед аппаратом снижается и это облегчает его движение в атмосфере.

Учёные создали модель для описания физики явления. «Моделирование показало, что диффузный разряд сначала вытягивается в виде “облака” заряжённых и возбуждённых частиц, а затем переходит в форму нитевидного плазмоида — более плотного “сгустка”. При таком переходе резко возрастает концентрация заряжённых частиц преимущественно вдоль центральной оси плазмоида», — говорится в отчёте по работе, опубликованной в журнале Plasma Sources Science and Technology.

Согласно модели, температура плазмоида увеличивается по мере его роста от 185 °С до 830 °С за 10–15 мкс. Это объясняется тем, что при взаимодействии возбуждённых частиц азота выделяется большое количество энергии, которая используется для нагрева газа, что также снижает его плотность. Азот был выбран для моделирования по той причине, что это один из основных компонентов земной атмосферы. При включении в модель молекул кислорода, кстати, процесс ускорялся ещё на 4 мкс. В дальнейшем учёные более плотно займутся влиянием молекул кислорода на формирование СВЧ-разрядов.

Результат моделирования: распределение электрического поля в СВЧ-антенне. Источник изображения: Saifutdinov and Kustova / Plasma Sources Science and Technology, 2023.

«Предложенная модель интересна как с фундаментальной точки зрения, поскольку позволяет описать, как меняются параметры СВЧ-разрядов, и воспроизвести их различные формы, так и с прикладной, потому что помогает прогнозировать оптимальные условия для снижения плотности газа в сверхзвуковых потоках. Это даст возможность управлять скоростью и направлением движения летательных аппаратов, а значит, снизить вероятность их крушения», — пояснил участник проекта доктор физико-математических наук, доцент кафедры общей физики Казанского национального исследовательского технического университета имени А. Н. Туполева-КАИ Алмаз Сайфутдинов.

Когда-нибудь на сверхзвуковых самолётах появятся формирующие плазменные разряды накладки, экономящие топливо и повышающие управляемость судами, что сегодня кажется образом будущего. Останется только придумать антигравитацию. Но это уже другая история.

Президент России Владимир Путин 29 февраля 2024 года в ходе выступления с посланием Федеральному собранию поручил до 2035 года выделить на развитие высокоскоростного спутникового интернета 116 млрд рублей. По мнению экспертов, на создание полноценной низкоорбитальной спутниковой группировки понадобится в пять раз больше средств.

«В горизонте текущего десятилетия нужно обеспечить доступ к высокоскоростному интернету практически на всей территории России. Решим эту задачу в том числе за счёт кратного наращивания нашей спутниковой группировки, направим на её развитие 116 млрд руб.», – заявил президент.

Пока в вопросе предоставления основного или дополнительного финансирования низкоорбитальной группировки спутников связи нет ясности. Например, сумма в похожем объёме заложена в нацпроекте «Экономика данных», представленном министром цифрового развития Максутом Шадаевым на стратегической сессии в правительстве 21 ноября 2023 года, поясняют «Ведомости». В частности, в проекте указано, что до 2030 года на финансирование группировки спутниковой связи ГПКС (ФГУП «Космическая связь») нужно направить 80,1 млрд руб. и еще 36,2 млрд руб. — на группировку спутниковой связи «Скиф».

Движение в этом направлении тем более важно, что в России нет ни одного государственного проекта аналогичного сетям Starlink и OneWeb. У России есть спутники связи на геостационарных орбитах, но на низких орбитах спутники со связью с малыми задержками и широкой полосой пропускания отсутствуют. Неким подобием «российского Starlink» может считаться проект «Рассвет» компании «Бюро 1440». Это частная инициатива, которая, теоретически, может быть расширена за счёт государственного финансирования. Другое дело, что для обеспечения страны скоростной интернет-связью с низкой орбиты слишком много спутников не нужно.

Например, реальные затраты OneWeb на развёртывание 648 спутников вместе с десятками наземных станций сопряжения составили $6,1 млрд. Компании «Бюро 1440», как представителю России, вряд ли разрешат развёртывать станции по всему земному шару. Выход — в межспутниковой коммуникации, но это удорожит проект. В таком случае, прогнозируемые затраты «Бюро 1440» составят свыше $7 млрд или 644 млрд руб. по текущему курсу ЦБ РФ. Это всего пятая часть от обещанной Путиным суммы финансирования до 2035 года.

С другой стороны, для покрытия спутниковой связью территории страны понадобится более скромная группировка спутников, например, от 100 штук или немногим больше. В таком случае очевидно скромная в сравнении с затратами Starlink и OneWeb сумма финансирования будет достаточна для оживления российской сферы низкоорбитального спутникового интернета.

По словам «Ведомостей», компания «Бюро 1440» по существу не ответила на вопросы о возможности получения госсредств и участие в проекте по обеспечению страны высокоскоростным интернетом. В то же время представитель компании пояснил, что работа с операторами связи ведётся, и спутниковый интернет может дополнить наземные и сотовые коммуникации за счёт большего покрытия, лучшей скорости и простым настройкам.

В чём сходятся эксперты, так это в том, что на территории России высокоскоростной спутниковый интернет будет востребован редко и далеко не везде, например, он актуален прежде всего для Крайнего Севера и Дальнего Востока. Также технология пригодится при развитии Северного морского пути, где связь можно получить только из космоса.

Другими получателями средств на создание орбитальной группировки могут выступить предприятия «Роскосмоса», а также частные компании, такие как проект «Сколково» по производству спутниковых платформ «Спутникс», приводит издание мнение специалистов.

Что не подвергается сомнению, значительный эффект от низкоорбитальной группировки получит спутниковый интернет вещей. К примеру, этим занимается Sitronics Group, которая практикует запуск малых космических аппаратов для автоматической идентификационной системы, дистанционного зондирования Земли и спутникового интернета вещей (IoT). «Спутниковый IoT нужен там, где обширные территории не позволяют рентабельно размещать вышки сотовой связи в зонах с низкой плотностью абонентов. В транспортной логистике спутниковая передача данных сегодня является эффективным способом контроля и обеспечения безопасности», — пояснил изданию президент Sitronics Николай Пожидаев.

Достанутся ли федеральные деньги только частникам? Это вряд ли. Наверняка сумма будет распределена с учётом интересов государственной спутниковой группировки, оператором которой является ГПКС. «Средняя стоимость одного спутника на геостационарной орбите составляет 20 млрд руб. Поэтому если бы все 116 млрд руб., анонсированные в послании президента, пошли на пополнение геостационарной группировки ГПКС, на эти деньги можно было бы создать восемь космических аппаратов, способных предоставлять интернет-услуги», — подсчитал генеральный директор ComNews Леонид Коник, мнение которого «Ведомости» широко используют для прояснения вопроса. Как следует из стратегии развития отрасли связи до 2035 года, за этот период ГПКС должно запустить именно восемь спутников. Представители ГПКС отказались от комментариев.

В разработке находится ещё один проект — «Скиф», инициатором которого выступает частная компания «Зонд-холдинг». Она предоставляет в аренду магистральные каналы спутниковой связи и рассчитывает вывести на среднюю околоземную орбиту (до 8000 км над поверхностью Земли) 12 космических аппаратов. Однако из-за недостатка бюджета «Роскосмос» согласовал запуск только 6 спутников, первый демонстратор которых был запущен на орбиту в октябре 2022 года («Скиф-Д»).

Наконец, в России есть еще один негеостационарный спутниковый проект, в рамках которого предусмотрен запуск четырёх спутников на высокоэллиптическую орбиту с возможностью высокоскоростного доступа в интернет – это «Экспресс-РВ». Но он всё ещё только на бумаге, что продолжается около 20 лет, хотя первые спутники проекта должны быть запущены в следующем году.

Стоимость «Экспресс-РВ» начинается от 100 млрд руб, так что обещанные средства вполне могут запустить проект в реализацию. Более того, исходя из нацпроекта «Экономика данных» «Экспресс-РВ» и «Скиф» (программа «Сфера») могут рассматриваться в качестве основных кандидатов на получение озвученной в послании суммы. Все другие проекты потребуют совсем иного и намного большего объёма финансирования.

Ученые из Института автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН (Владивосток) разработали и испытали технологию производства прозрачных электродов с впечатляющим набором свойств. Электроды остаются одновременно прозрачными в широком диапазоне волн без потери электропроводности. Обычно возможно либо первое, либо второе. Разработка будет интересна для производительной оптоэлектроники, фотогенерации и умного остекления.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Electronic Materials. По факту российские исследователи первыми разработали электроды на основе дигерманида кальция (CaGe₂) — соединения, состоящего из чередующихся двумерных слоев атомов кальция и германия. Учёные вырастили тончайшие плёнки этого материала, осаждая в вакуумной камере кальций и германий на подложку из оксида алюминия и проводя их температурную обработку при 750−850 °C.

Прозрачность полученных образцов преимущественно в инфракрасном диапазоне от 1000 до 4000 нм оказалась на уровне 78%. Затем был применён определённый технологический приём — образец «перфорировали» с помощью лазера, создав на нём что-то в виде клетчатого узора. Это сразу же увеличило прозрачность электрода до внушительных 90 % с одновременным расширением диапазона прозрачности в область видимого света. Электрод обрёл прозрачность в диапазоне от 400 до 7000 нм. Что важно, сопротивление практически не увеличилось, хотя объём токопроводящего материала существенно снизился.

Авторы исследования протестировали работу новых электродов в составе германиевого фотодетектора. Эксперимент показал, что чувствительность такого прибора на электродах из дигерманида кальция на 85 % превышает коммерческие аналоги. Кроме того, датчик оказался способен улавливать более широкий диапазон длин световых волн: 800–2200 нм по сравнению с 800–1900 нм у других подобных устройств.

Перфорация электрода фемтосекундным лазером и достигнутый при этом эффект. Источник изображения: ACS Applied Electronic Materials

«Самое очевидное и прямое применение полученных результатов — это развитие приборной базы телекоммуникационных технологий. Исследованные нами фотодетекторы и электроды чувствительнее аналогов, а также улавливают более широкий диапазон длин волн. Поэтому они помогут усовершенствовать линии оптической связи, например передачу интернет-трафика по оптоволокну», — рассказал участник проекта, Александр Шевлягин, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории оптики и электрофизики Института автоматики и процессов управления ДВО РАН.

Кроме использования в оптических приёмниках и передатчиках, а также в составе солнечных ячеек разработка может стать находкой для умного остекления. Например, окно с таким покрытием может быть освобождено от наледи и запотевания простым пропусканием тока по своей поверхности, что улучшит энергоэффективность помещений в холодные и сырые времена года.

Группа химиков нашла новый класс материалов, который поможет ускорить разработку мультивалентных металл-ионных аккумуляторов. В отличие от литий-ионных аккумуляторов, новые накопители энергии будут безопаснее в эксплуатации и значительно дешевле. Вместо дефицитного лития в них будут использоваться соединения магния, цинка и даже алюминия.

Руководитель проекта Кабанов Артем. Источник изображения: Зарина Беркимбаева, СамГТУ.

Проектом руководил Артём Кабанов, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Международного научно-исследовательского центра по теоретическому материаловедению (МНИЦТМ) СамГТУ. Помимо исследователей из Самарского государственного технического университета поиском занимались учёные из Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (Москва), Самарского государственного медицинского университета (Самара) и Фрайбергской горной академии (Германия). Работа опубликована в журнале Physical Chemistry Chemical Physics.

Использование в качестве альтернативы литию магний-, цинк- или алюминий-ионных соединений серьёзно снизило бы удельную стоимости хранения энергии. Это подтолкнуло бы в развитии, как электротранспорт, так и область возобновляемой энергетики. Но пока разработка металл-ионных аккумуляторов сдерживается отсутствием ключевых элементов таких батарей — электродов и электролитов с высокой ионной проводимостью. Именно такие перспективные соединения искала группа Кабанова.

Учёные из СамГТУ вместе с коллегами проанализировали свыше 1,5 тысячи химических соединений. Исследуемые материалы были пропущены через систему теоретических фильтров по принципу «от простого к сложному». «Для каждого соединения химики рассчитали характеристики свободного кристаллического пространства, энергию активации диффузии ионов, коэффициент диффузии и проводимость. В итоге они отобрали 16 соединений, которые могут быть эффективными ионными проводниками», — сказано в пресс-релизе СамГТУ.

Среди отобранных соединений был выявлен новый класс кристаллических материалов, которые обладают особенно высокой катионной проводимостью. Эти вещества относятся к структурному классу La₃CuSiS₇, и их ионная проводимость в 10–100 раз выше аналогов.

«Результаты нашей работы помогут ускорить разработку аккумуляторов нового поколения. С помощью теоретических методов мы смогли найти новые перспективные материалы. Наша следующая цель — синтезировать и экспериментально подтвердить характеристики найденных веществ, после чего можно будет собрать прототип аккумулятора», — говорят исследователи.

Физики в России впервые использовали отечественный 12-кубитный квантовый компьютер на базе сверхпроводников для проведения расчётов, связанных с нейросетями и машинным обучением, сообщает ТАСС. Платформа показала высокую скорость работы и способность к обучению, что в перспективе найдёт широкое применение.

Одна из ранних версий российского процессора на сверхпроводящих кубитах. Источник изображений: НИТУ МИСИС

«Учёные запустили первый в России 12-кубитный квантовый процессор для квантового машинного обучения на основе сверхпроводников. Сейчас на нём тестируются алгоритмы обучения для квантовой нейросети, которая может определять сорт вина по его химическому составу и диагностировать рак молочной железы», — сказано в пресс-релизе МФТИ.

Разработанный и созданный в МФТИ процессор, очевидно, на трансмониевых сверхпроводящих кубитах, подобно квантовым процессорам IBM и Google, может похвастаться характеристиками мирового уровня — средним временем жизни кубита порядка 14 мкс и средним временем одной квантовой операции на уровне 50 нс. Учёные из МФТИ быстро наращивают число работающих кубитов в своей платформе, за два–три года пройдя путь от двухкубитовых к 12-кубитовым схемам, и планируют в ближайшее время собрать 16-кубитовый вычислитель с прицелом на дальнейший рост.

Важной особенностью новой системы также стал переход на двухмерную компоновку кубитов, тогда как раньше они располагались в одной плоскости, что необходимо для дальнейшего масштабирования платформы.

«Это большой шаг вперед для нашей лаборатории и для всего научного сообщества, занимающегося квантовыми исследованиями в России. Работа демонстрирует не только нашу способность показывать новые результаты на мировом уровне, но обещает и значительный прогресс в практическом применении квантовых технологий, так как мы всегда стремимся тестировать наши устройства на реальных задачах», — добавил профессор МФТИ Олег Астафьев.

Разработка в России квантовых компьютеров на сверхпроводящих кубитах — это только часть обширной программы исследований новых квантовых технологий. Согласно утверждённому плану развития квантовых платформ в стране, предложенному госкорпорацией «Росатом» и принятому к реализации с 2019 года, российские учёные работают также с кубитами на ионах, холодных нейтральных атомах и фотонах в добавок к хорошо изученным за прошедшие годы сверхпроводящим кубитам.

Компрессорное охлаждение с использованием хладагентов верой и правдой служит людям около 170 лет. У него есть свои плюсы и минусы. Также очевидно, что мир нуждается в новых технологиях охлаждения, что важно в условиях климатических изменений и с позиций развития промышленности и технологий. Современные холодильные установки, как минимум, имеют все шансы стать гибридными, сочетая классический подход и ряд новых.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Одним из новых направлений в охлаждении наряду с термоэлектрическими преобразователями является охлаждение с помощью магнитных материалов. Учёные открыли несколько новых типов магнитных материалов, подходящих для магнитного охлаждения, однако их количество остаётся ограниченным. Тем более ценным можно считать открытие учёными из Института физики имени Х. И. Амирханова Дагестанского федерального исследовательского центра РАН (Махачкала) сплава на основе никеля, марганца, олова и небольшого количества меди, который доказал способность изменять свою температуру под действием магнитного поля.

Разрабатываемый сплав при разовом включении/выключении магнитного поля практически необратимо охлаждался на 13 °С, о чём авторы исследования рассказали в статье в журнале Applied Physics Letters. В ходе испытаний учёные использовали диапазон температур от -25 °C до +50 °C, в котором исследуемый сплав демонстрировал наибольшее изменение магнитных свойств. Оказалось, что намагниченность сплава резко изменялась в диапазоне температур от -20 °C до 10 °C, что свидетельствовало о значительных изменениях температуры сплава при воздействии магнитного поля.

Максимальное снижение температуры образцов под воздействием исключительно магнитного поля составило 13,15 °C. Такой эффект наблюдался при помещении в импульсное магнитное поле образца, охлаждённого до температуры 1,85 °С. Образец был изолирован от окружающей среды и не мог обмениваться с ней теплом. Когда магнитное поле отключали, сплав сохранял низкую температуру (около -11 °С).

«Предложенный метод позволяет охлаждать объекты на 13 °C всего за 0,1 секунды. Для сравнения, чтобы охладить холодильник, работающий на основе газовых хладагентов, на 1,8 °C, в среднем требуется одна минута. Поэтому магнитное охлаждение показывает более эффективные результаты. Полученные данные будут полезны при разработке гибридных систем охлаждения, например бытовых холодильников», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Адлер Гамзатов, ведущий научный сотрудник Института физики имени Х. И. Амирханова Дагестанского федерального исследовательского центра РАН.

Диаграмма, демонстрирующая гибридный цикл магнитного охлаждения сплава. Источник изображения:: Адлер Гамзатов

Но магнитное охлаждение способно на большее. С его помощью можно охлаждать материалы до температур близких к абсолютному нулю. Это лишь вопрос эффективности и энергетических затрат. Но зато никакого фреона и прочих газов, от которых страдает экология планеты и, в конце концов, люди.

Считается, что в обычных световых импульсах напряженность электромагнитного поля меняется со временем по синусоиде. Другие формы поля считались невозможными, пока недавно российские физики не предложили теоретический подход, меняющий правила игры. Открытие позволит формировать световые импульсы треугольной или прямоугольной формы, что привнесёт много нового в работу схем квантовых компьютеров.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Как установили исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета и Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург), изменить форму напряжённости электромагнитного поля в оптическом диапазоне можно с помощью неравномерного распределения плотности в среде, через которую пропускают импульсы сверхкороткой длительности в несколько фемтосекунд. Чем больше форм и разновидностей оптических импульсов получится создавать, тем более точным будет управление кубитами, например, в виде атомов и даже электронов.

Авторы работы теоретически смоделировали прохождение двух последовательных сверхкоротких оптических импульсов через газообразный натрий. Первичные импульсы были классической дугообразной формы, соответствующей половине периода обычной электромагнитной волны. По условиям моделирования импульсы проходили в среде путь длиной 5 мкм. Первый из импульсов передавал возбуждение атомам натрия, запуская их колебания, а второй останавливал их. Этот процесс вызывал отклик электромагнитного поля в виде двух пиков и с этим уже можно работать.

Исследователи предложили таким образом изменить плотность среды, чтобы плотность размещения атомов натрия менялась от малой к большой, затем шло плато, после чего плотность снова снижалась. Таким образом изменение плотности напоминало трапецию. После этого модель стала выдавать импульсы света строго прямоугольной формы. Меняя переход плотности среды на участках подъёма и спада с линейной на параболическую, учёные заставляли импульсы принимать треугольную форму.

Импульсы прямоугольной и треугольной формы. Источник изображения: Ростислав Архипов

«Мы теоретически показали, что, меняя распределение плотности в среде, через которую проходит оптический импульс, можно управлять его формой. Далее предстоит экспериментально проверить наши выводы. В дальнейшем мы планируем исследовать, как оптические импульсы разной формы будут влиять на состояние квантовых систем, которые лежат в основе квантовых компьютеров», — рассказал руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Ростислав Архипов, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник физического факультета СПбГУ.

Добавим, работа по исследованию была опубликована в журнале Optics Letters.

Примерно год назад группа китайских учёных опубликовала статью, в которой сообщила о скорой смерти широко используемого метода RSA-шифрования с открытым ключом. На небольшом квантовом компьютере они показали, что взломать RSA можно с использованием меньшего числа кубитов, чем длина ключа. В этом таилась колоссальная угроза безопасности критически важным данным, что нужно было изучить. Всё оказалось не так просто.

Источник изображения: НИТУ МИСИС

Анализом работы китайских коллег занялась группа учёных Университета МИСИС, РКЦ и «Сбера». Считается, что большинство используемых в настоящее время криптосистем с открытым ключом защищены от атак через обычные компьютеры, но могут быть уязвимы для квантовых платформ. Поскольку компания IBM уже представила 433-кубитовый квантовый процессор Osprey, то ключ RSA-2048 теоретически может быть взломан в любой момент. В работе китайских специалистов доказывалось, что для этого хватит 372 кубитов, а не 20 млн, как считалось ранее.

Китайские исследователи использовали 10-кубитную платформу для разложения на простые множители (факторизацию) 48-битового ключа.

«Основываясь на классическом методе факторизации Шнорра, авторы используют квантовое ускорение для решения задачи поиска короткого вектора в решётке (SVP, shortest vector problem) небольшой размерности — что позволило им сделать сенсационное заявление о том, что для факторизации, т.е. разложения большого числа на множители, требуется меньше кубитов, чем его длина, а также квантовые схемы меньшей глубины, чем считалось ранее», — поясняют в пресс-релизе представители НИТУ МИСИС.

Российские исследователи пришли к выводу, что алгоритм коллег нерабочий из-за «подводных камней» в классической части и сложности реализации квантовой.

«Метод Шнорра не имеет точной оценки сложности. Основная трудность заключается не в решении одной кратчайшей векторной задачи, а в правильном подборе и решении множества таких задач. Из этого следует, что этот способ, вероятно, не подходит для чисел RSA таких размеров, которые используются в современной криптографии», — сказал Алексей Федоров, директор Института физики и квантовой инженерии НИТУ МИСИС, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» РКЦ.

Предложенный китайскими учёными метод даёт только приближённое решение задачи, которое можно легко получить для небольших чисел и маленьких решёток, но практически невозможно для реальных длинных ключей, что российские учёные подробно объяснили в статье в журнале IEEE Access (ссылка на arxiv.org).

В то же время российские учёные рекомендуют не расслабляться, а готовиться к постквантовой криптографии. Появляются новые платформы и новые алгоритмы, и в один не очень прекрасный день окажется, что надёжные ещё вчера RSA-ключи вдруг перестали защищать ваши данные.

Директор ИЯФ, академик РАН Павел Логачев, сообщил, что специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (Новосибирск) планируют за три года восстановить технологический накопительный комплекс (ТНК) в Зеленограде. ТНК был построен к 1991 году, но в связи с распадом СССР не был запущен в работу. Фактически, это ускоритель частиц, энергию которых можно использовать для полупроводниковой литографии.

ИИ-генерация по запросу «российский синхротрон». Источник изображения: Кандинский 3.0/3DNews

«Технологический накопительный комплекс будет востребован для разработки отечественной технологической цепочки производства микроэлектроники. Это будет основной инструмент, который позволит создавать, испытывать и отлаживать технологию так называемых литографов, которые делает, фактически, одна компания в мире. Нашим заказчиком является Курчатовский институт, и мы очень тесно работаем с их командой над этой большой и важной для страны задачей», — сказал Логачев.

Академик имеет в виду литографические сканеры, производимые нидерландской компанией ASML. Установки ASML достаточно компактные, чтобы их можно было перевозить в любой уголок мира на завод для выпуска чипов. Чтобы создать отечественный литограф, нужен инструмент для разработки его элементов, их проверки и испытаний. Таким инструментом и может стать синхротрон. ТНК — это и есть синхротронная установка, которую строили в Зеленограде для последующего использования в производстве чипов.

Очевидно, что восстановить комплекс будет быстрее и проще, чем создать заново. Физики обещают восстановить работу установки за три года, и обойдётся это в 500 млн руб., вместо 10 млрд, если бы всё пришлось строить с нуля. Параллельно будут разрабатываться литографы, их разработчики смогут получать излучение от синхротрона. Ускоритель будет оставаться самостоятельным промышленным объектом, а такой проект плохо поддаётся как масштабированию, так и тиражированию. Но так как данная система будет ориентирована в лучшем случае на мелкосерийное производство критически важных компонентов литографов, вопрос рентабельности привязанного к ускорителю производства стоит на втором месте.

Кстати, с учётом синхротронного излучения в России начали разрабатывать безмасочные технологии полупроводниковой литографии. Маски — это отдельная и больная тема. Для мелкосерийного производства безмасочная технология станет настоящим спасением. Технология вполне может быть готова к запуску литографов через пять лет. Сегодня корпус с ТНК принадлежит Курчатовскому институту. Расположен корпус рядом с заводом «Микрон» в Зеленограде.

Вторым по стоимости прибором после литографа в технологиях микроэлектроники является имплантер. Это два самых высокотехнологичных устройства во всех технологических цепочках изготовления микросхем. Работы на этом направлении ведутся совместно с НИИ точного машиностроения (Зеленоград). В частности, новосибирские физики разрабатывают ускорительную часть для имплантора. С его помощью пластины будут насыщаться ионами и приобретать необходимые свойства, требуемые для работы микросхем.

«Здесь тоже за три года мы сделаем опытный образец машины на средние энергии и на высокие энергии, и, таким образом, совместно с НИИ точного машиностроения постараемся эту позицию закрыть в [отечественной] технологической цепочке», — добавил академик.

Дополнено:

Стоит добавить, что летом 2019 года президент России подписал указ №356 о мерах по развитию синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры, в котором помимо прочего были обозначены сроки создания новых научных установок в этой сфере, пишет «Зеленоград.ру». Правительству России было поручено к 2022 году обеспечить проектирование синхротронного центра на острове Русский (Владивосток) и здания для переноса в него конструктивных блоков и агрегатов источника синхротронного излучения «Зеленоград». По состоянию на 2022 год были озвучены планы по строительству необходимой инфраструктуры для установки синхротрона. Проект планируется завершить к 2026 году. На данный момент неизвестно, начался ли перенос частей зеленоградского синхротрона на другой конец России и на какой стадии находится проект.

На всероссийской конференции «Ультрафиолетовая Вселенная — 2023», проводимой в честь празднования 300-летия Российской академии наук, было заявлено о полном импортозамещении иностранных приборов в комплексе научной аппаратуры космической обсерватории «Спектр-УФ». Обсерватория позволит делать снимки космоса в недоступном для наблюдения с Земли ультрафиолетовом диапазоне. Это будет единственный подобный инструмент до середины 30-х годов.

Макет обсерватории «Спектр-УФ». Источник изображения: Wikipedia

«В научной аппаратуре у нас острой проблемой были приёмники излучения. С приёмниками излучения мы решили вопрос, заместив предполагавшиеся ранее английско-испанские детекторы в блоке камер поля на российские», — приводит заявление директора ИНАСАН Михаила Сачкова информагентство ТАСС.

Означенные приёмники предназначены для построения высококачественных изображений в ультрафиолетовом и оптическом участках спектра. Поставка приёмников была затянута на годы, что произошло по целому ряду причин, включая пандемию COVID-19.

На сегодняшний день для развития проекта «Спектр-УФ» или, по крайней мере, для всего, что касается комплекса научной аппаратуры обсерватории, никаких препятствий — технологических или организационных — не осталось. Вопросы импортозамещения и импортонезависимости были последними, теперь они успешно решены.

«Ритмичное финансирование позволит изготовить комплекс научной аппаратуры к 2028–2029 году», — сообщает ТАСС информацию из презентации к выступлению директора ИНАСАН на конференции. Исходя из этих данных, можно рассчитывать, что обсерватория «Спектр-УФ» будет запущена до 2030 года.

Первоначально основным партнером по проекту изготовления комплекта научной аппаратуры была Испания в лице компании SENER. Поставка приборов была запланирована на август 2020 года, но несколько раз откладывалась. В итоге специалисты РАН были вынуждены самостоятельно разрабатывать нужное оборудование, с чем они успешно справились, как следует из доклада.

На пленарном заседании форума «Технопром» вице-президент НИЦ «Курчатовский институт» Александр Благов сообщил о проведении энергетических испытаний модернизированного токамака Т-15МД. Это первая построенная за 20 лет установка такого рода в России. Первая плазма на токамаке получена весной этого года, после чего началось постепенное увеличение мощности установки.

Модернизированная термоядерная установка токамак Т-15МД. Источник изображения: Юлия Бубнова/ТАСС

В чистом виде токамак Т-15МД не может считаться термоядерным реактором. По крайней мере, от него не будут требовать производства энергии. Установка проектировалась и создавалась как мощный термоядерный источник нейтронов. При этом Т-15МД обладает уникальным сочетанием компактности и мощности, что позволит отрабатывать на установке технологии, которые потом найдут применение в масштабных термоядерных проектах. В частности, Т-15МД входит в структуру международного термоядерного проекта ИТЭР (International Thermonuclear Experimental Reactor) и поможет запустить одноимённый реактор в работу, проверяя те или иные аспекты поведения установки и испытывая новое оборудование и материалы.

Физический пуск токамака Т-15МД состоялся в мае 2021 года при участии премьер-министра РФ Михаила Мишустина. Первая плазма на нём, как сообщалось выше, получена весной этого года.

«Сейчас мы его (токамак) дооснастили дополнительными системами нагрева и уже провели первые испытания по энергетическому пуску этой установки. Это очень важное событие с точки зрения развития термоядерный энергетики в нашей стране», — сказал Благов, которого цитирует ТАСС.

Работы по дооснащению токамака продолжаются. В конечном итоге он будет выведен на уровень, необходимый для получения результатов высокого международного значения. Работы по проекту ведёт Курчатовский институт. Конкретно реакторные технологии будут разрабатываться на другой установке — на токамаке с реакторными технологиями, который начали строить на базе Троицкого института инновационных термоядерных исследований. Он должен быть готов к 2030 году.