СМИ о нас

Премия имени И.Я. Померанчука в 2024 году присуждена сотруднику Отделения теоретической физики им. И.Е. Тамма Физического института им. П.Н. Лебедева РАН Игорю Викторовичу Тютину.

Профессор Игорь Тютин отмечен за открытие BRST симметрии и её использование для квантования калибровочных теорий одновременно и независимо от Карло Бекки, Аллана Руэ и Раймонда Сторы. Процедура имеет также фундаментальное значение для построения полевых теорий взаимодействующих струн.

Премия имени И.Я. Померанчука — премия в области теоретической физики. Ежегодно её присуждают двум физикам-теоретикам — одному российскому и одному зарубежному.

В этом году лауреатом также стал профессор Андрей Дмитриевич Линде из Стэнфордского университета за его выдающийся вклад в Космологию, в частности, за инфляционную Теорию Вселенной, которую он сформулировал совместно с А. Гусом и П. Штейнхардтом. Впоследствии он применил идею космической инфляции в теории струн и супергравитации. Ранее Андрей Линде также работал в Отделении теоретической физики ФИАН.

Премия Померанчука учреждена в 1998 году, в год 85-летия со дня рождения учёного, а имена лауреатов называются непосредственно в день рождения Исаака Яковлевича — 20 мая.  

Отметим, что И.В. Тютин стал пятым сотрудником ФИАН — лауреатом Премии Померанчука. В 2000 году премию получил Е.Л. Фейнберг, в 2014 — Л.В. Келдыш, в 2020 — М.А. Васильев, а в 2023 — А.А. Цейтлин.

Источник: отдел по связям с общественностью ФИАН.

https://new.ras.ru/activities/news/premiya-pomeranchuka-2024-v-fiane/

Премия имени И.Я. Померанчука в 2024 году присуждена сотруднику Отделения теоретической физики им. И.Е. Тамма Физического института им. П.Н. Лебедева РАН Игорю Викторовичу Тютину.

Профессор Игорь Тютин отмечен за открытие BRST симметрии и ее использование для квантования калибровочных теорий одновременно и независимо от Карло Бекки, Аллана Руэ и Раймонда Сторы. Процедура имеет также фундаментальное значение для построения полевых теорий взаимодействующих струн.

Премия имени И.Я. Померанчука – премия в области теоретической физики. Ежегодно её присуждают двум физикам-теоретикам – одному российскому и одному зарубежному.  

В этом году лауреатом также стал профессор Андрей Дмитриевич Линде из Стэнфордского университета за его выдающийся вклад в космологию, в частности, за инфляционную Теорию Вселенной, которую он сформулировал совместно с А. Гусом и П. Штейнхардтом. Впоследствии он применил идею космической инфляции в теории струн и супергравитации. Ранее Андрей Линде также работал в Отделении теоретической физики ФИАН.

Премия Померанчука учреждена в 1998 году, в год 85-летия со дня рождения ученого, а имена лауреатов называются непосредственно в день рождения Исаака Яковлевича – 20 мая.  

Отметим, что И.В. Тютин стал пятым сотрудником ФИАН – лауреатом Премии Померанчука. В 2000 году премию получил Е.Л. Фейнберг, в 2014 – Л.В. Келдыш, в 2020 – М.А. Васильев, а в 2023 – А.А. Цейтлин.

Информация предоставлена Отделом по связям с общественностью ФИАН
Источник фото: ФИАН

https://scientificrussia.ru/articles/stali-izvestny-laureaty-premii-pomerancuka-2024

https://expert.ru/nauka/gosudarstvennye-dokumenty-nachinaya-s-ukazov-petra-1-dolzhny-khranitsya-neogranichennoe-vremya/

В 2021 году ионных квантовых компьютеров в России фактически не было. Физики уже умели составлять необходимые для компьютера цепочки из ионов, но в них даже не было полноценных кубитов. Сегодня ученые из ФИАН проводят операции уже на 20-кубитном вычислителе из ионов иттербия и продолжают повышать точность операций. Один из руководителей проекта и лауреат премии «ВЫЗОВ» 2023 года Илья Семериков рассказал N + 1, как устроены эти квантовые компьютеры и есть ли у них какое-то будущее.

Этот материал появился на N + 1 в рамках спецпроекта «Это на будущее», который реализуется при поддержке Национальной премии в области будущих технологий «ВЫЗОВ». В 2023 году премию «ВЫЗОВ» присудили в четырех номинациях: «Перспектива» — за создание ионного квантового процессора, «Инженерное решение» — за технологию создания магнитов из высокотемпературного сверхпроводника, «Прорыв» — за исследования в области создания вычислительных устройств на основе поляритонов и разработку оптического транзистора и «Ученый года» — за открытия, позволившие создать новые подходы для лечения заболеваний мозга. В этом году у премии появилась международная номинация Discovery («Открытие»), которая будет присуждена за важное открытие, повлиявшее на развитие в области науки и технологий. Подача заявок на соискание премии «ВЫЗОВ» 2024 года открыта до 20 мая.

Наша установка устроена довольно традиционно для ионных квантовых компьютеров. Она состоит из нескольких основных блоков.

Квантовый компьютер и ионная ловушка в нем
Илья Семериков

Все начинается с того, что ионы какого-то металла (в нашем случае это иттербий) захватываются в электромагнитную ловушку, которая называется ловушкой Пауля. Мы берем трубочку с металлическим иттербием в глубоком вакууме уровня 10^‑11 миллибар, нагреваем ее — и возникает поток атомов иттербия

Ионная ловушка
Илья Семериков

После этого мы проводим их изотопно-селективную фотоионизацию. Таким образом мы можем использовать естественную изотопную смесь, но выделять из нее и захватывать в ионную ловушку только нужный нам изотоп. Дальше происходит доплеровское охлаждение ионов при помощи довольно большой лазерной системы — трех лазеров и четырех электрооптических модуляторов.

Как работает доплеровское охлаждение?

Если я правильно помню, то смысл доплеровского охлаждения в том, что мы светим на атом лазером с частотой чуть меньше, чем та, на которой он поглощает. Он не может поглотить это излучение просто так, но при движении в сторону лазера из-за эффекта Доплера частота света для атома немного повышается, он поглощает фотон и теряет импульс в этом направлении. И поскольку фотоны переизлучаются одинаково во все стороны, то, если поставим лазеры по всем осям координат, мы сможем полностью затормозить атомы, правильно?

В целом правильно, но с ионами здесь есть заметное отличие от нейтральных атомов: одного лазерного пучка достаточно, и светить им можно почти откуда угодно, и ион через некоторое время все равно охладится. Дело в том, что все его траектории замкнуты и он рано или поздно полетит навстречу пучку.

Это он под действием ловушки так движется?

Да, и за счет этого для охлаждения достаточно одного лазера.

Но вы же говорите, что у вас используются три лазера и еще модуляторы?

Если бы у нас была двухуровневая система, там действительно хватило бы одного лазера, можно было бы просто посветить, и все было бы хорошо. Но у нас система многоуровневая, и проблема заключается в том, что с верхнего уровня, использующегося для охлаждения, распад может произойти не только в основное состояние, но и в другое, долгоживущее, состояние. Для охлаждения ион должен постоянно поглощать и излучать фотоны, и, застревая в этом метастабильном состоянии, он перестает охлаждаться.

Для решения этой проблемы используются лазеры-репамперы, которые из этого метастабильного состояния возвращают его в основное. У нас два таких репампера стоят для возврата ионов с двух разных метастабильных уровней.

Если бы мы работали с четными изотопами иттербия, например 174 или 172, то этого было бы достаточно. Но так как у нашего иттербия-171 спин ядра равен 1/2, у него еще больше таких состояний-ловушек. Чтобы доставать ионы оттуда, приходится еще и модулировать излучение охлаждающего лазера и лазеров-репамперов по фазе при помощи электрооптических модуляторов.

Хорошо. Вот мы поймали ионы, охладили их — что дальше?

Дальше нам нужно охладить их еще сильнее. Ведь в реальности после доплеровского охлаждения ион имеет в среднем около 30 колебательных квантов энергии, или, другими словами, находится примерно на 30-й, а иногда, бывает, и на 100-й ступеньке лестницы колебательных подуровней, возникающей во внешнем потенциале ловушки.

И если мы хотим, чтобы все ионы оказались в основном колебательном состоянии, то есть внизу этой лестницы, нам надо все эти 30 лишних колебательных квантов забрать у иона. Мы их отнимаем по одному или по два. И делаем это при помощи проведения на этих ионах однокубитных операций. Мы берем наш кубитный лазер — это уже пятый, после трех охлаждающих и одного для фотоионизации, — и делаем такой лазерный импульс, частота которого меньше частоты нашего перехода ровно на величину частоты колебаний иона в ловушке...

Но интуитивно кажется, что когда стреляешь лазером по иону и он настроен на частоту разницы между двумя уровнями, то можно поднять электрон на уровень вверх. А как его опустить вниз?

Да, это отдельная история. На самом деле его можно и вниз опустить. Если мы возьмем долгоживущую двухуровневую систему и начнем светить лазером, настроенным в резонанс, то увидим осцилляцию заселенности, так называемую осцилляцию Раби. То есть сначала будет увеличиваться заселенность верхнего состояния, дойдет до единицы, а потом станет падать, дойдет до нуля и так далее. И мы просто светим столько времени, чтобы оно повернулось до нужного нам состояния, что эквивалентно проведению однокубитной операции.

В целом процедура охлаждения до основного колебательного состояния очень важна, потому что она одна из самых длинных. В алгоритме она может занимать 5–7 миллисекунд, притом что одна однокубитная операция занимает около 5 микросекунд. То есть за время такого глубокого охлаждения мы успели бы сделать несколько тысяч операций.

Мы их охладили до основного колебательного состояния. Что после этого?

А дальше мы уже начинаем проводить операции. И тут нужно выбрать, что у нас будет кудитом. При этом здесь важно, чтобы верхнее состояние было долгоживущим, так как главное требование к кубитным состояниям — чтобы они жили долго.

Насколько долго?

Много дольше, чем время проведения алгоритма.

В иттербии мы можем записать кудит либо в квадрупольном оптическом переходе
²S_1/2 F=0 → ²D_3/2 F=2, либо использовать сверхтонкое расщепление ²S_1/2 F=0 → ²S_1/2 F=1 в микроволновом диапазоне. Сейчас мы работаем с оптическим кудитом и используем состояние ²D_3/2, так как у него время жизни в верхнем уровне составляет 53 миллисекунды. У ²D_5/2, например, 11 миллисекунд, и этого уже точно недостаточно.

Энергетические уровни иона иттербия
Илья Семериков

 

Подождите, а какие четыре уровня здесь для кукварта используются?

При приложении магнитного поля состояние ²D_3/2 F=2 за счет эффекта Зеемана распадается на пять подуровней. Кукварт включает три из этих подуровней и основное состояние ²S_1/2 F=0.

Куквартные подуровни иона иттербия
Илья Семериков

У вас есть шесть уровней, которые вы можете использовать: основной (²S_1/2 F=0) и пять возбужденных (²D_3/2 F=2). Почему бы тогда не сделать на них три кубита, а не два?

Для того чтобы сделать три кубита, нужно восемь уровней. Размерность пространства состояний для n кубит — 2ⁿ. Поэтому нам нужно 2ⁿ уровней для описания этого пространства.

Наивное представление состоит в том, что для создания одного кубита нужно два энергетических уровня, и неважно, брать эти уровни из разных атомов или из одного и того же. Почему мы не можем из шести уровней одного атома сделать три независимых кубита по два уровня каждый, которые мы могли бы потом запутать и получить сразу восемь измерений пространства состояний?

Проблема в слове «независимых». Внутри атома разные состояния не являются независимыми, поэтому просто сравнивать общее количество уровней внутри одного атома и в нескольких нельзя. Более того, как мы уже обсуждали, с ростом количества кубитов, которые мы хотим закодировать в один ион, требуемое количество уровней растет экспоненциально.

Поэтому построить большой квантовый компьютер всего на одном атоме вряд ли получится (хотя высказывались предложения делать огромные кудиты, например, на основе молекул, в которых очень много колебательно-вращательных подуровней). А вот увеличить эффективное количество кубитов в имеющихся сегодня мультиионных системах в два-три раза вполне можно, причем без особенного усложнения установок.

Встает вопрос: как кудитами пользоваться при выполнении квантовых алгоритмов, которые почти все написаны для обычной кубитной архитектуры? Тут есть три возможных подхода. Первый — полностью переделать алгоритм, исходя из поддерживаемых данным компьютером типов кудитов и операций с ними. Такие алгоритмы будут наиболее эффективными с точки зрения точности и требуемых ресурсов, однако их еще очень мало, и придется придумывать с нуля.

Второй подход — портировать известные кубитные алгоритмы на кудиты. Мы просто ставим в соответствие каждому из четырех уровней кудита некоторое состояние эквивалентной двухкубитной системы. Дальше можно работать с кудитом как с двухкубитной системой внутри одного иона. Так как в этом случае при создании исходного алгоритма не учитываются особенности кудитов, они будут не такими оптимальными. Но даже такой прямолинейный подход дает свои бонусы.

Двухкубитные операции между несколькими ионами сильно дороже, чем однокубитные. Однокубитная операция у нас сейчас имеет достоверность 99,95 процента, а двухкубитная — от 95 до 97 процентов, то есть ошибка на два порядка выше. Другими словами, это значит, что каждая двухкубитная операция стоит как 100 однокубитных. Поэтому, когда нам присылают алгоритм, мы даже не смотрим, сколько там однокубитных, мы спрашиваем только, сколько в нем двухкубитных операций.

И вот здесь, даже при прямой трансляции кубитных алгоритмов на кудиты, они уже дают выигрыш, потому что в них некоторые двухкубитные операции начинают стоить как однокубитные, поскольку они происходят внутри одного иона. Но некоторые все равно продолжают стоить как честная двухкубитная операция.

Это уже неплохо. Но есть и третий, промежуточный путь: мы можем по-прежнему использовать для основного хранения информации в ионах лишь два уровня, а дополнительные состояния использовать временно, как анциллу. То есть при необходимости «положить» туда состояние, чтобы оно там лежало как в буфере памяти, пока мы выполняем другие операции, а потом мы оттуда его забираем. Получается, что мы продолжаем работать в хорошо изученной кубитной парадигме, но получаем доступ к некоторым дополнительным ресурсам. Иногда это дает существенный выигрыш.

Ионная погоня

Если оценивать квантовый компьютер по количеству кубитов в нем, то в квантовой гонке однозначно лидируют Google и IBM со своими сотнями, а то и тысячами сверхпроводящих кубитов. Но вы говорите, что ионные компьютеры с ними находятся наравне или, может быть, даже превосходят их. А число кубитов в них исчисляется только десятками. Так как лучше измерять производительность и сравнивать друг с другом разные квантовые компьютеры?

Вообще, основная предпосылка квантовых вычислений заключается в том, что размерность пространства состояний, в котором мы работаем, растет с числом кубитов как 2ⁿ, где n — это число кубитов. И если бы размерность пространства, в котором работает, например, компьютер от IBM, была 2¹¹²¹, по числу кубитов в самой большой системе, которая у них сейчас есть, то, скорее всего, было бы уже продемонстрировано какое-то полезное квантовое превосходство. То есть была бы решена какая-то полезная задача принципиально быстрее, чем на классическом компьютере.

Но пока ничего и близко к этому нет. Потому что, чтобы действительно использовать преимущества пространства такой размерности, нужно иметь почти 100-процентную достоверность запутывающих операций и с абсолютной точностью управлять кубитами. Иначе реально большинство состояний из этого пространства вам просто недоступно — номинально есть, а сколь-нибудь детерминистически их создать вы не можете.

При этом компания IBM, как ни странно, сама же и ввела метрику, называемую квантовым объемом, которая более объективно отражает вычислительную мощь компьютера. Про нее можно очень упрощенно сказать, что это размерность пространства, в котором мы реально можем работать. На самом деле там есть конкретный алгоритм, который нужно провести, и объем определяется по результату этого алгоритма. Условно, если вы на n кубитах смогли провести подряд n слоев произвольных двухкубитных операций, где в слое все кубиты делятся на произвольные пары и перепутываются, то вы имеете квантовый объем 2ⁿ. Немного похоже на индекс Хирша. В целом неплохая метрика , хотя и не всеобъемлющая.

Есть и другие метрики. Компания IonQ, например, ввела метрику «алгоритмических кубитов», когда поняла, что они не могут бороться в терминах квантового объема с ионным компьютером компании Honeywell

В конечном счете все эти метрики сводятся к достоверности двухкубитной операции и связности, то есть к тому, между какими парами кубитов можно провести эту двухкубитную операцию. В ионном компьютере ее можно проводить между любыми двумя кубитами, а в сверхпроводящем — только между соседями. Поэтому, если вы хотите перепутать два удаленных сверхпроводящих кубита, вам придется провести запутывающую операцию по цепочке между всеми промежуточными. Пока вы доберетесь до последнего, запутанность частично рассеется, и вы получите ошибку во столько раз больше, сколько дополнительных операций запутывания вам пришлось сделать.

И какой квантовый объем в результате получается у компьютера IBM на тысячу кубитов?

О тысячекубитной системе пока почти ничего не известно, они ее никак не характеризуют. А самое большое число, которое они когда-либо демонстрировали, было получено на системе гораздо меньшей размерности, и оно составляет 2⁹.

А на скольких кубитах было получено это число?

В этом процессоре было всего 27 кубитов, потому что чем меньше ваша система, в том числе и сверхпроводящая, тем проще ее воспроизвести. И люди всегда стараются сделать систему как можно меньше, чтобы на ней получались лучше результаты. Например, Google показывал свое квантовое превосходство на 53-кубитной системе, притом что у них была уже к тому моменту 72-кубитная.

Но если вернуться к сравнению с IBM, то у компании Honeywell квантовый объем составляет 2¹⁹, хотя ионов всего в этой системе 32. То есть и они тоже ограничены достоверностью двухкубитных операций, притом что достоверность этих операций у Honeywell 99,8 процента, у IonQ — в среднем 99,6 процента.

А какая достоверность у вас?

У нас сейчас достоверность двухкубитных операций на разных парах ионов разная: на худшей паре она порядка 90 процентов, на лучшей — порядка 97 процентов. Впрочем, всегда есть некоторый разброс по достоверностям, и еще большой вопрос в том, как это аккуратно мерить, поэтому я бы пока эти результаты назвал скорее заниженными. В среднем у нас сейчас достоверность порядка 95 процентов.

И именно она ограничивает то, какие алгоритмы мы можем проводить. То есть мы, в отличие от IBM, можем прилично сделать порядка десяти двухкубитных операций. Хотя на некоторых алгоритмах, которые не требуют полной запутанности, мы делали и больше — 14 или даже 20 операций.

То есть, если мы ориентируемся на ваши 20 кубит на куквартах, вам сейчас нет смысла наращивать число ионов в ловушке, а нужно повышать качество двухкубитных операций? Как вы это делаете?

Как ни странно, сейчас достоверность наших двухкубитных операций во многом ограничена просто временем когерентности, то есть временем жизни верхнего состояния. Сейчас двухкубитную операцию мы проводим за 500–800 микросекунд, и, если посчитать экспоненту распада, мы получим достоверность проведения 10 двухкубитных операций подряд на уровне от 95 до 98 процентов.

Перед этим мы решили целый набор других проблем, в частности с фазовой чистотой лазера и темпами нагрева. Сейчас мы, похоже, уже добрались просто до времени когерентности.

Что с этим можно делать? Две вещи: первое — уменьшать время двухкубитной операции, второе — использовать для кубитов состояния с бо́льшим временем жизни.

Что значит «уменьшить время операции»? На самом деле это значит более эффективно использовать мощность лазера. Понятно, что если увеличить мощность лазера, то время операции уменьшится, но сильно увеличить ее нельзя по чисто техническим причинам, связанным с деградацией кристаллов акустооптических модуляторов. Но можно делать более эффективные шейпы импульсов, чтобы более эффективно возбуждать и девозбуждать колебания.

Подождите, а какие четыре уровня здесь для кукварта используются?

При приложении магнитного поля состояние ²D_3/2 F=2 за счет эффекта Зеемана распадается на пять подуровней. Кукварт включает три из этих подуровней и основное состояние ²S_1/2 F=0.

Что такое эффективные шейпы? 

А как сделать шейпированные импульсы более эффективными?

Тут придется немножко углубиться в детали. Откуда вообще берутся шейпы? Почему мы светим не квадратным импульсом, а каким-то сложным по времени? Почему у нас временная зависимость для импульса двухкубитной операции такая сложная?

Это связано с тем, что на самом деле у нас не одна колебательная степень свободы, а 20: 10 ионов и две оси в радиальной плоскости ловушки — вот и получается 20. Все эти степени свободы довольно близко расположены по частотам, и если мы пытаемся возбудить одну из этих колебательных мод, то возбуждаем сразу и все остальные, а потом нужно их же все девозбудить обратно в конце операции. Для этого мы делаем импульс не квадратным, а некоторой сложной формы, потому что манипулируем не простым колебанием одного атома, а сложным колебанием всех атомов одновременно.

То есть можно сказать, что повышение эффективности шейпа — это по сути более умелое обращение с этим колебанием всех атомов одновременно?

Ну да. Это требует непростых квантово-механических расчетов, но мы сейчас некоторых успехов в этом добились и чуть сократили время операции.

Вторая история — это перейти от оптического кубита, на котором мы сейчас работаем, к микроволновому, сделанному на переходе ²S_1/2 F=0 → ²S_1/2 F=1. Состояние ²S_1/2 F=1 при приложении магнитного поля расщепляется на три, и в сумме мы получаем четыре уровня, на которых тоже сможем работать с куквартами. Там, правда, не получится сделать еще

анциллы

или алгоритм защиты от магнитного поля, потому что нет дополнительных уровней. Но на самом деле нам это не очень-то и нужно. Чувствительность к магнитному полю для этого перехода меньше, плюс мы можем лучше его заэкранировать, так что проблема защиты решается.

 

 

Электронные переходы для микроволнового кубита
Илья Семериков

 

Для анцилл мы собираемся в будущем использовать 5 верхних уровней, на которых у нас сейчас работает оптический кубит. Для этого потребуется замодулировать излучение кубитного лазера на частоте 12,6 гигагерца, и тогда мы сможем его использовать для управления обеими группами уровней одновременно. Это наше ноу-хау, в мире на универсальных компьютерах никто до сих пор еще не научился так делать.

То есть вы, по сути, хотите, чтобы в одном ионе был и куквартный процессор на четырех нижних уровнях (²S_1/2 F=0 → ²S_1/2 F=1), и кэш для него на оставшихся пяти верхних (²D_3/2 F=2). А какое время жизни у микроволновых уровней ²S_1/2 F=1, на которые вы собираетесь переходить?

Фактически бесконечное. На них экспериментально продемонстрировали время когерентности час. Это вообще самое большое время когерентности, которое когда-либо на чем-либо было продемонстрировано.

Это китайская группа сделала, но у них был несколько синтетический эксперимент, в котором ион специально стабилизировали за счет проведения над ним разных однокубитных операций. Если не стабилизировать его, а просто использовать для вычислений, немного заэкранировав магнитное поле, то вполне можно достигнуть времени в десятки секунд.

Это сильно лучше, чем миллисекунды.

Да, это в тысячу раз больше, чем десятки миллисекунд, и в результате время когерентности нас, скорее всего, перестанет ограничивать.

Кудиты для разложения

Какие алгоритмы вы можете выполнять на таких системах?

Прежде всего, надо понимать, мы сами не алгоритмисты. То есть алгоритмы до какой-то степени, конечно, понимаем, но мы в них не профессионалы. Поэтому честный ответ на вопрос «Какие мы делаем алгоритмы?» — «Те, что дают».

Например, из того, что нам давали в последнее время и над чем мы довольно долго провозились, это алгоритмы разложения числа на простые множители.

А, старый-добрый Шор...

Только не Шор, а Шнорр. Несколько лет назад был предложен алгоритм Шнорра, который изначально вообще был чисто классическим. И якобы благодаря ему шифрование RSA становилось неактуальным, потому что можно было большие числа легко раскладывать на простые множители. Но оказалось, что нет, в этом алгоритме есть узкие места, которые изначально были неочевидны. Сейчас разные группы пытаются его улучшать, предлагая к нему, скажем так, квантовые заплатки.

Одну из таких заплаток мы тестировали — получилось, что алгоритм работает (мы показываем разложение), но для квантового превосходства этой системе не хватает размерности. Если увеличить размерность системы, оно появится, но пока такого компьютера, чтобы настолько увеличить размерность, у нас нет. Тем не менее остается фактом, что мы с помощью этого алгоритма разложили на простые множители число 1591.

Другие классы алгоритмов, которые мы довольно активно запускали, — это алгоритмы машинного обучения, где несколько классических слоев были заменены на квантовые и проводились на квантовом компьютере. Вообще, пока почти все наши алгоритмы, которые имеют какое-то практическое приложение, комбинированные. То есть состоят из большого классического куска и какой-то квантовой части, которая там что-то улучшает.

А какие еще перспективные алгоритмы вам хотелось бы запускать в будущем?

Есть работа, которую мы уже сделали и будем публиковать, — это проведение гейтов Тоффоли

именно в кудитной парадигме с использованием анцилл. И здесь мы видим существенное улучшение достоверности. То есть мы сначала проводим кубитный гейт Тоффоли, а потом делаем кудитный — и на той же самой системе видим очень существенное увеличение достоверности.

А почему такая большая разница между кубитами и кудитами?

Потому что в случае с кудитами мы делаем гораздо меньше двухкубитных операций за счет использования анцилл.

Я думал, что выигрыш идет за счет того, что двухкубитная операция внутри одного иона проходит легче...

Да, внутренние двухкубитные операции стоят как однокубитные, но здесь мы в обоих случаях четыре иона запускали как четыре кубита, но во втором случае один из дополнительных кудитных переходов использовали как анциллу, то есть вспомогательный уровень, куда мы состояние складывали, а потом забирали, и благодаря этому мы уменьшили число двухкубитных операций.

Компьютер из тысячи ионов

IonQ планирует к 2028 году иметь 32 логических, защищенных от ошибок ионных кубита на основе 1024 алгоритмических. Это правда возможно?

Было время, когда мне эти планы казались безумными. Но по мере того, как мы работаем над этой задачей, они мне кажутся все менее безумными.

Мне кажется, что, с одной стороны, в алгоритмах коррекции ошибок будут прорывы. Например, совсем недавно вышла совместная статья Honeywell и Microsoft об алгоритмах коррекции ошибок. Там совсем немного ионов использовали для кодирования кубита, и авторы говорят, что у них одна ошибка на четырнадцать тысяч двухкубитных операций.

Одна ошибка на четырнадцать тысяч... Это, кажется, даже слишком хорошо.

Тем не менее это статья, и статья экспериментальная.

А сколько у них кубитов?

По-моему, у них используются четыре логических кубита. Физических — точно не больше тридцати двух, может быть, даже меньше. Это очень хороший результат.

Даже более чем...

У ребят просто двухкубитная операция очень хорошая. Даже обычные двухкубитные операции у них с достоверностью 99,8 процента. Может, они уже подняли ее до 99,9 процента. Тем не менее мне кажется, что такие уровни — 99,8, 99,9 процента — в целом достижимы, осязаемы. Они не являются чем-то безумным.

С другой стороны, масштабирование самого процессора Honeywell может оказаться сложнее, потому что у него запутывание работает только с парами ионов. Благодаря этому у них получается достигать такой высокой точности. Но за это приходится платить очень сложными ловушками: на один ион там приходится примерно 20–25 контролируемых электродов.

Мне же ближе подход, когда мы работаем с цепочками где-то из 10 ионов. У нас сейчас такая есть, и на самом деле нам больше ионов внутри одной цепочки не надо. Дальше нужно делать несколько цепочек в разных местах. И потом делить эти цепочки пополам, половинки из этих цепочек соединять в третьи ловушки, там их перепутывать, а затем задвигать обратно. Это позволит существенно снизить количество контролирующих электродов: мы ожидаем, что в нашей архитектуре это соотношение останется порядка одного электрода на ион. И при такой архитектуре задача контролировать 1000 ионов выглядит вполне реализуемо.

Докуда реально масштабировать ионные компьютеры в ближайшие лет пять — и по количеству ионов, и по квантовому объему?

Тут важно оговориться, что есть две разные цифры. Одна цифра, под которой я готов подписаться в рамках технического задания, — тут мы обещаем порядка 60 кубит с достоверностью 99 процентов к 2030 году. Это 30 ионов.

А есть видение — то, куда мы стремимся. И то, над чем мы сейчас только начинаем работать. Это так называемые 2,5-мерные ловушки.

 2,5-мерная ионная ловушка. Сверху и снизу — два чипа с электродами, на каждом из которых планарная ионная ловушка Silke Auchter et al., Quantum Science and Technology, 2022

Изначально ловушки были трехмерными, у них четыре стержня располагались вокруг цепочки ионов. Можно эти же четыре электрода расположить на плоскости — это будет планарная ловушка. Honeywell и IonQ, например, используют планарные ловушки, и вообще масштабируемые ловушки почти всегда планарные.

Но с этими планарными ловушками связано много проблем: у них и глубина потенциала меньше, что приводит к потерям ионов, и темпы нагрева выше — за счет того, что ион приходится располагать ближе к поверхности. В связи с этим появилось предложение использовать несколько слоев печатных плат с электродами. Тогда есть электроды сверху, есть электроды снизу, а посередине между этими двумя слоями электродов летают ионы. Такая конструкция получается по архитектуре как планарная, но по свойствам она как бы эквивалентна обычной трехмерной ловушке. У них и с темпами нагрева все получше, и глубины большие.

В итоге у нас две большие ветки. Одна — на 10 ионах научиться делать операцию с достоверностью больше 99 процентов. И вторая ветка — это 2,5-мерные ловушки, которые позволят нам иметь один электрод на каждый из ионов, а там уже просматривается масштабирование на сотни ионов.

Мне кажется, это можно успеть сделать за ближайшие пять лет. Плюс у некоторых наших теоретиков также есть оригинальные идеи по тому, как реализовать коды коррекции ошибок, но это я спойлерить не буду.

Если нам удастся все это собрать, то, я думаю, мы сможем показать машины с квантовым объемом порядка 2⁵⁰ или даже выше — может быть, до 2¹⁰⁰ — на горизонте где-то пять лет при общем числе кубитов порядка тысячи

Какими будут большие квантовые компьютеры?

Мое нынешнее представление о жизни заключается в том, что ионные квантовые компьютеры будут лидировать в эпоху мид-скейла, на масштабах тысяч, десятков тысяч, а может быть, до сотен тысяч кубитов. Мне кажется, что ионные кубиты быстрее всего доберутся до такого масштаба.

Не с точки зрения количества — сверхпроводниковый чип хоть завтра можно напечатать, в нем будет миллион кубит, никаких проблем. Но пока не будет решена проблема времени когерентности, ничего полезного с ним сделать не получится. В этом смысле и тысячу ионов поймать в ловушку — дело нехитрое. Требует некоторых навыков, но мы, например, в линию ловили 200 ионов без проблем. Две ловушки поставил — уже 400 ионов. Но история именно в том, чтобы работать.

Но вот как выглядел бы миллионоионный квантовый компьютер — я себе уже не представляю, поэтому мне кажется, что в лардж-скейле будет какая-то другая технология. То, что меня сейчас привлекает и интересует для лардж-скейла, — это, с одной стороны, спиновые кубиты, потому что они маленькие и у них большое время когерентности. Но пока с ними очень плохо с точки зрения управления, и кажется, что какое-то время пройдет, прежде чем они очухаются.

Есть еще фотонные компьютеры, но там тоже все не так безоблачно. Потому что длина волны света — это сотни нанометров, и я не верю, что кто-нибудь когда-нибудь уйдет в фотонных вычислениях под 100 нанометров. С такими длинами волн уже все оборудование деградирует так, что я бы и 300 нанометров использовать не стал. Но при этом у фотонного компьютера потенциально нет ограничений по размерам, его можно сделать и километр на километр.

Так что вот эти две технологии мне кажутся интересными на лардж-скейле.

Неожиданное пространство для вычислений

А как, по-вашему, будет происходить внедрение квантовых технологий в жизнь?

Мне кажется, что мы немножко привыкли к быстрым результатам. Причем мы привыкли к ним ложно. Мы смотрим на классические компьютеры и видим, что 10 лет назад было сильно хуже, чем сейчас, возможности были сильно меньше. И думаем, что все должно развиваться по этой же кривой.

По экспоненте.

И не просто по экспоненте, а на последних годах этой экспоненты. А то, что классические вычисления развиваются с 1940-х годов, мы немного забываем. Мне кажется, что для квантового комьюнити сейчас правильно не сравнивать себя с нынешними компьютерами, а найти точку по времени, где квантовый компьютер сейчас пересекается с историей классических компьютеров по способности выполнять полезные задачи. Этот вопрос я сам себе задал пару дней назад и пока не знаю ответа, но он мне кажется важным.

Мой вопрос был скорее о том, какая практическая сфера первой почувствует на себе развитие квантовых компьютеров.

Какое-то время назад я на этот вопрос стабильно отвечал, что это химия — через то или иное квантовое моделирование. Но недавно мне пришла в голову такая мысль, что есть же AlphaFold и он тоже дает квазиэкспоненциальное превосходство над классическими вычислениями. Может быть, окажется, что в химии искусственный интеллект будет более продуктивным. Так что, может, химия, а может быть, и что-то другое.

Если первой будет химия, то что вторым?

Ну какие задачи хорошие для квантового компьютера? Когда мало информации на входе, мало информации на выходе и очень сложные вычисления посередине. Это могут быть какие-то логистические задачи, там не очень много точек на входе, простые относительно точки на выходе и экспоненциально сложные алгоритмы посередине.

А вот задачи взламывания RSA, вся эта криптография?

С одной стороны, мы пытаемся раскладывать числа на простые множители. Но с другой стороны, строить квантовый компьютер, чтобы взламывать шифры, — очень странная идея. Ведь квантовый компьютер — это же крайне сложная на уровне науки вещь, сложная с точки зрения фундаментальных основ вычислений.

Хотя это ведь так и работает. Nvidia свои чипы тоже делала для того, чтобы у ребят на компьютере черти быстрее грузились и были бы лучше прорисованы, а оказалось, что это путь к сильному искусственному интеллекту.

Здесь я жду такой же истории. Деньги ведь в это стали вкладывать после появления алгоритма Шора, и какой-то импульс это все получило тоже за счет алгоритма Шора. Но я надеюсь, что этот импульс выведет нас в какое-то неожиданное пространство для вычислений.

Пресс-служба Фонда «Вызов»

https://nplus1.ru/material/2024/05/17/trapped-ion-quantum-computer

Тут дело в том, что сырое яйцо может содержать возбудителя серьезного заболевания — сальмонеллез. Есть производители, которые готовят его именно так, лишь заменяя сырое яйцо яичным меланжем — высушенным яйцом. Добавление меланжа способствует более длительному хранению майонеза, — пояснила диетолог.

Как отметила Хачирова, при приготовлении домашнего майонеза необходимо выбирать только очень свежие яйца проверенных производителей или перепелиные яйца, которые не содержат возбудитель сальмонеллы. При выборе готового соуса в магазине диетолог порекомендовала внимательно изучить состав. По ее словам, лучше избегать майонеза, в котором содержится большое количество усилителей вкуса и загустителей, и стоит отдать предпочтение продукту с самым простым составом.

Руководитель группы биологических исследований ФИАН Светлана Димитриева ранее посоветовала отказаться от пережаренных блюд, которые могут продаваться в точках с фастфудом. По ее словам, темный цвет картошки фри говорит о том, что она жарилась с нарушением санитарных норм.

https://news.ru/zdorovye-i-krasota/nazvan-parazit-podsteregayushij-rossiyan-v-majoneze/

Как растёт сосулька? Почему ветер срывает крыши домов? Выдержит ли кота гамак из графена? Бывает ли гравитационная радуга? Похоже на беседу любопытного ребёнка и взрослого… Но ведь как раз из детей-почемучек и вырастают учёные: те, кто не перестаёт задавать вопросы мирозданию. А задания эти – часть V Всероссийской викторины юных физиков, стартовавшей 1 мая, и придумывали их большие учёные, академики РАН.

Появилась викторина в пандемийный 2020 год. Идея возникла на одном из онлайн-совещаний, организатором стал Андрей Наумов, тогда – профессор РАН, сейчас – член-корреспондент РАН, руководитель Троицкого ФИАНа. Подключилось Отделение физических наук, корпус профессоров РАН, Российское физическое общество. Организацией занялись аспиранты и сотрудники МПГУ, ИСАНа и ФИАНа, а вопросы придумывали учёные Троицка и всей России. Так, директор ФИАНа, член-корреспондент РАН Николай Колачевский предложил школьникам рассмотреть опыт великого физика, академика Петра Лебедева, который открыл явление давления света, за что мог, но, к сожалению, не успел получить Нобелевскую премию.

Турнир набирает обороты. В 2023-м он собрал 345 участников из 97 школ, 33 регионов и трёх стран, в том числе 14 троичан – 5 из Лицея, 9 из Гимназии им. Пушкова. Троичане регулярно становились призёрами, а в 2023 году успех был и в «командном зачёте». Первое место заняла школа №60 из Ростова-на-Дону (шесть дипломов), а второе (по три) разделили Инженерный лицей из Новосибирска и Гимназия им. Пушкова. Лауреатом II степени стал ученик 8 «А» Константин Кроха, III степени – его одноклассницы Евгения и Ульяна Дектеренко.

«В предыдущем сезоне я получил диплом III степени, всем посоветовал участвовать, и ещё три человека из класса присоединились», – говорит Костя. Запомнилась задача о перегруженном грузовике с птицами: водитель стучал по кузову, чтобы часть птиц взлетела – сделало ли это грузовик легче? «Надо было разные вопросы изучить: как помещаются птицы, какие действуют силы при взлёте, как они себя ведут в темноте…» «До победителя нам не хватило одного балла, – замечает Владимир, отец Константина. – Мы не подавали апелляцию, хотя нам потом сказали, что зря. Если у вас есть собственное мнение, отстаивайте его всегда!»

Костя и раньше участвовал в олимпиадах по физике, а викторина РАН мотивировала его пойти на подготовительные курсы Ивана Крылова в «Байтике». «Этот конкурс – не единственный, но, наверное, самый уникальный, в котором я участвовал», – говорит школьник. «Здесь академики и профессора говорят ребятам, что им важна не столько точность вычислений, сколько сами их рассуждения, их нестандартность, –
добавляет отец. – А нам, родителям, нравится, что у сына расширяется интерес к знаниям. Чтобы найти решение, он углубляется в химию, биологию, другие науки».

Ещё один лауреат II степени – ученица 10 «ФМ», председатель Научного общества Лицея Ксения Баксанская. Она трижды участвовала в викторине и занимала призовые места. «Впервые услышала о ней от учителей, очень заинтересовал формат: не задачи в стандартном виде, а вопросы, на которые нет однозначно правильного ответа, – говорит Ксения. – Иногда идея решения приходила за пару часов, иногда и за неделю было трудно сообразить! Нужно было много пользоваться интернетом, чтобы больше узнать о явлении или приборе. Не изучить с нуля, конечно, а постараться использовать знания, которые есть. Кстати, не только по физике».

Запомнилась задача про связь пульсоксиметрии и фотосинтеза. «Пульсоксиметр работает как спектрометр: измеряет спектр гемоглобина, который меняется при снижении сатурации, – объясняет она. – Гемоглобин с химической точки зрения напоминает хлорофилл, оба – порфириновые соединения, и процесс связывания кислорода в клетках похож на процесс фотосинтеза».

Победителей и призёров собрали 18 апреля в Президиуме РАН. Их награждал президент РАН Геннадий Красников, а Евгений Хайдуков, завлабораторией Института фотонных технологий НИЦ «Курчатовский институт» и научный руководитель лаборатории в МПГУ, прочёл лекцию о физике в медицине будущего. «Лекция заинтересовала меня вдвойне, – замечает Ксения Баксанская. – Она совпала с темой многих докладов по физике, над которыми я работала в этом году».

Викторина-2024 продолжается. С этого года победа в ней даёт дополнительные баллы при поступлении в МПГУ и НИУ ВШЭ, список вузов будет расширяться. До 16 мая на сайте gpad.ac.ru/edu публикуются вопросы (по одному для каждой из трёх возрастных групп), на решение каждого есть неделя. Участвуют в викторине и нынешние победители. «Кстати, активно подключились ребята из 9 «ФМ», – говорит Баксанская. – Подходят ко мне, спрашивают… Приятно! А уровень вопросов для 10 – 11-х классов, конечно, гораздо сложнее. Но чем сложнее – тем интереснее!»

https://троицкинформ.москва/dumat-kak-fizik/

В дальней дороге люди нередко предпочитают делать быстрые перекусы на заправках или придорожных бистро. Некоторые и вовсе так любят бургеры и сэндвичи, что питаются ими регулярно, однако злоупотребление подобной кухней может привести ко многим недугам.

К чему приводит частое употребление фастфуда? Что скрывают производители и продавцы фастфуда? Можно ли приготовить вкусный и даже практически безвредный бургер самостоятельно?

Ответы узнала программа Пятого канала «Страна советов».

Какие болезни провоцирует фастфуд

Валерия Логвиненко — многодетная мама. Забот хватает, а вот свободного времени нет. Поэтому перекусы фастфудом для нее стали обыденностью.

«Бургер, картошка фри, наггетсы, попить какой-то вот лимонад — это нормальная еда, когда ты где-то в дороге и нужно быстро перекусить», — аргументировала Логвиненко.

Впрочем, самочувствие Валерии оставляет желать лучшего. Изжога, тяжесть и вздутие живота, одышка — далеко не полный список ее жалоб.

«Просыпаюсь, а заснуть не могу. Утром, знаете, вот прям без усилий встать не получается. Будто всю ночь вагоны разгружала», — пожаловалась многодетная мама.

Но виноват ли в этом фастфуд? Гастроэнтерологи считают самым опасным последствием неправильного питания — ожирение.

«Употребление фастфуда может способствовать развитию таких сердечно-сосудистых заболеваний, как ишемическая болезнь сердца, артериальная гипертензия. Они, в свою очередь, могут привести к сосудистым катастрофам — это инфаркт миокарда, инсульт. Очень серьезные и тяжелые заболевания», — рассказал гастроэнтеролог Марат Зиннатуллин.

Как фастфуд влияет на организм

Эксперты решили разобраться, как именно бургеры и жареная картошка влияют на здоровье. Для этого пригласили добровольца — студента Егора, который всегда придерживался здорового образа жизни до этого момента.

«Я буду питаться гамбургерами, картошкой и запивать газировками», — пояснил Егор Костин.

«Что ж, это ваше решение. Я отмечу анализы, которые вы сдадите в лабораторию. И спустя период времени злоупотребления фастфудами, вы, пожалуйста, эти же анализы повторите. Утром натощак», — сказала диетолог Римма Мойсенко.

Егор будет питаться фастфудом целую неделю и фиксировать каждый прием пищи на камеру.

«У меня на тарелке бургер, картошка, наггетсы, два сырных соуса. Все это я буду запивать газировкой. Уверен, это будет довольно вкусно, но не очень полезно», — прокомментировал доброволец.

По финальным результатам анализов молодой организм участника эксперимента справился с задачей, хоть и не без труда.

«Увидели небольшую динамику. Уровень гемоглобина упал на пять единиц и уровень лейкоцитов тоже. У него немножко нарушился сон — стал более поверхностным, неглубоким. Увеличилось время процесса засыпания, появилась некая тревожность», — отметила диетолог Мойсенко.

Сам Егор признался, что уже на третий день у него появилась тяга к продуктам из общепитов. Доктора это совсем не удивило.

«Мы с вами знаем, что в любые фастфуды добавляют глутамат натрия. Они как раз раздражают рецепторы структур — сначала желудочно-кишечного тракта, импульс переходит в структуру головного мозга. Это приводит к зависимости от данных продуктов питания», — аргументировала специалист.

Чем бургеры и картошка фри опасны для сердца

Пока Егор расправлялся со своим обедом, специалисты разобрались в составе бургеров. Оказалось, что даже соусы и топинги могут доставить массу проблем.

«Они, как правило, содержат крахмалы модифицированные, красители и ароматизаторы и изготовляются промышленно на специализированных производствах», — поведала руководитель группы биологических исследований ФИАН и кандидат технических наук Светлана Димитриева.

Но даже если заказать бургер без соуса, то он вряд ли станет полезным. Как рассказала бывшая сотрудница кафе сети быстрого питания, работники могут намеренно продавать клиентам несвежий бургер или сэндвич.

«Тебе, конечно же, скажут, что оно свежее, но подадут то, что уже вот-вот испортится, потому что план продаж необходимо выполнить. Надо продать все, что скоро нужно будет списывать, чтобы не попасть на штрафы и чтобы получить премию», — поделилась бывшая сотрудница кафе Мирослава Фадеева.

Еще одна опасность — трансжиры.

Трансжиры — это разновидность ненасыщенных жиров, они могут повышать уровень холестерина в крови, увеличивать риск сердечно-сосудистых заболеваний и нарушать обмен веществ.

Источником трансжиров может стать даже качественное оливковое масло, если долго его не менять, что уж говорить о фритюрном.

«В мелких предприятиях используются фритюрные жиры, которые уже неоднократно переработаны, окислены», — объяснила начальник отдела надзора по гигиене питания управления Роспотребнадзора по Московской области Надежда Раева.

Определить, что картошка жарилась с нарушением санитарных норм, можно по ее внешнему виду.

«Я призываю вас не покупать пережаренные продукты, не покупать продукты более темного цвета, а брать только золотистого, желтого, равномерного окраса картошечку фри», — заверила Светлана Димитриева.

Как приготовить бургер и картошку фри дома — рецепт

Если очень захотелось фастфуда, то лучше готовить бургеры и картошку самостоятельно.

Но как определиться с выбором между куриным и говяжьим мясом? Специалисты решили не выбирать и приготовили бургеры с обеими начинками. После чего, конечно, провели дегустацию. Помогла им в этом шеф-повар Вера Литинская.

Классический бургер — это булка, огурцы, помидоры, лук, листья салата и, конечно, специфические соусы.

«И чуть-чуть магии, не без нее», — пошутила шеф-повар ресторана Вера Литинская.

Первым делом нарезали овощи. Свежий огурец лучше подчеркнет вкус курицы, а соленый — вкус говядины.

Затем перешли к главной начинке.

«Мы займемся котлетами и займемся одновременно с котлетами картошкой фри, чтобы они были соответствующей температуры», — пояснила Литинская.

Говяжью котлету лучше жарить на рафинированном подсолнечном масле. А чтобы картофель фри получился хрустящим, стоит выбирать сорта с высоким содержанием крахмала и плотной текстурой.

Ингредиенты для бургеров приготовили, оставалось только собрать воедино.

Для говяжьего бургера идеально подходит соус «Нью-Йорк» на основе апельсина и томатной пасты. Таким соусом следует получше смазать верхнюю и нижнюю булочки с кунжутом.

«Сначала мы кладем лист салата только на нижнюю булочку. Немаловажно сверху на крышку, то есть изнутри, посыпать черного молотого перца, предварительно обжаренного», — продолжила шеф.

Листья салата рекомендуется класть в самом начале, чтобы булочка не вобрала сок от овощей. Черный перец же необходимо использовать для придания бургеру пикантности и аромата.

В куриный бургер можно добавить сыр камамбер и горчично-медовый соус.

По окончании сборки, куриный бургер закрыли обычной булочкой-бриошь, а говяжий — булочкой с паприкой и кунжутом.

«Но перед тем, как закрыть куриный бургер, мы выложим немного томленой вишни. Вишневого соуса», — отметила шеф-повар Литинская.

Дегустацию начали с классического бургера с говядиной. Фастфуд с необычным соусом порадовал экспертов. После него попробовали куриный бургер с томленой вишней и сыром камамбер. Он понравился специалистам больше, чем классический с говядиной.

Эксперты советуют по возможности готовить еду самим. Здоровый обед можно взять с собой на работу или учебу. Это поможет избежать соблазна перекусить на фудкорте и уберечь организм от различных недугов.

https://www.5-tv.ru/tabloid/476858/bessonnica-insult-smert-pocemu-burgery-fatalno-opasny-dla-zdorova/

Я призываю вас не покупать пережаренные продукты, не покупать продукты более темного цвета, а брать только золотистого, желтого, равномерного окраса картошечку фри, — уточнила специалист.

По словам Димитриевой, даже соусы и топинги могут доставить массу проблем для здоровья, поскольку они в своем составе имеют модифицированный крахмал, красители и ароматизаторы. Они изготавливаются в промышленном масштабе на специализированных производствах.

Ранее научный сотрудник факультета фундаментальной медицины МГУ врач-эндокринолог Зухра Павлова обратила внимание на то, что злоупотребление жирной и сладкой пищей может привести к ухудшению работы мозга. Наибольшие проблемы с памятью при такой диете ученые во время исследований фиксировали у молодых крыс, у которых не удалось восстановить работу мозга при переводе на правильное питание.

https://news.ru/zdorovye-i-krasota/rossiyan-prizvali-ne-pokupat-perezharennye-produkty-v-fastfude/

25 апреля в ДШИ им. Глинки прошёл XIV Физический марафон «Шаг в науку». Каждый год школьники вместе с преподавателями и научными руководителями готовят проект, иллюстрирующий какой-либо физический закон или явление. Судьи, видные учёные, оценивают не только оригинальность и качество реализации, но и глубину понимания темы, задавая вопросы не чтобы «завалить», а чтобы подросткам было интереснее развиваться дальше в избранной теме.

К постоянным участникам из Троицка, командам «БОГИ» (Гимназия им. Пушкова), «Нью-штейны» (3-е отделение Лицея), «Ника» (2-е отделение Лицея») и «Звёздный феникс» (5-е отделение Гимназии), присоединились гости: «Оптимисты» (школа №1391, ТиНАО), «Положительный заряд» (Физико-технический лицей, Обнинск) и «Адреналин» (школа №1194, Зеленоград). Школьники построили водяные часы, получили электролизом водород (адреналина у организаторов явно прибавилось!), создали волоконный лазер и гироскоп, сыграли на рок-гитарах и электронных ударных…

Песню о разных источниках энергии, ископаемых и возобновляемых, придумал ученик школы №1391 из Первомайского, гитарист Максим Нелюбов.
У «Звёздного феникса» музыка стала частью эксперимента: гимназисты показали фигуры Хладни, скопления мелких частиц (здесь – обычной соли) на упругой пластине, которая колеблется от звуков голоса или гитарной струны. «А можно ли визуализировать то, что мы ощущаем, но увидеть не можем?» – задала тему учитель физики Ирина Кобылецкая. И тут научный руководитель команды, замдиректора ГНЦ РФ ТРИНИТИ Николай Климов рассказал о фигурах Хладни.

С музыки начали своё выступление и «БОГИ» («Блистательные организаторы гениальных идей») из Гимназии им. Пушкова. Знали ли вы о существовании народного хакасского инструмента ыых, в переводе «быстрая стрела»? А пушковцы узнали и решили, что по своей конструкции он похож на оптоволоконный лазер. Свой проект так и назвали –
«Ыых-лазер». «Мы как-то дурачились, искали слово на букву «Ы», и нашли этот инструмент, – рассказывает гимназист-пушковец Михаил Волков. – И тут нас осенило –
лазеры, музыка, всё это прекрасно сочетается!» Для своего проекта школьники модифицировали один из прежних («Инфолазер», два лазера как передатчик и приёмник информации), заменив один на волоконный. Сделали сами под руководством ведущего конструктора ЦФП ИОФ РАН Александра Семиренченкова. «Мы собрали волокно, сами его варили, паяли, закручивали, разламывали, очищали, разбирались, как работает усиление в лазере
и какие материалы нам нужны», – добавляет Волков.

Пока жюри совещалось, публику развлекал «профессор Серж», постоянный гость Физмарафона, с шоу «Наукомания». А «Нью-штейны» из Лицея тем временем собрались в фойе и обсуждали своё выступление с «Часами текущего времени». «Когда начинали, думали, что сделать водяные часы легко, а получилось, что «влипли» глубоко и надолго, – говорит учитель физики Диана Ивашкина. – Но ни разу не пожалели, что выбрали эту тему». «Было столько экспериментов! – добавляет лицеистка Ксения Баксанская. – Сначала скорость измеряли. Все уже научились
100 миллилитров на глаз различать! Потом секунды мерили, и у всех теперь хронометр в голове…» А вот прибору точности пока не хватает. В один день по хронометру минута длилась 62 секунды, в другой день – 55! Почему? Может, дело в атмосферном давлении, температуре, неидеальности пластиковой бутылки как сосуда? Есть над чем подумать и поработать.

Своим решением судьи отметили всех: «Боги»  получили награду за инновации, «Нику» – за песню, которая может стать гимном Физмарафона, «Оптимисты» получили спецприз от МПГУ, а «Адреналин» – диплом РАН. Наконец, победители: на III месте «Ньюштейны», II – гости из Зеленограда. Абсолютным победителем стал «Звёздный феникс».

Руководитель команды Николай Климов счастлив – во-первых, он несколько лет вёл коллектив к победе, во-вторых, среди участников и его сын Владимир. «Это уже не конкурс, а дело нашей души, – говорит Николай. – Тут есть школьники, которые участвуют уже четвёртый год, видно, как они растут, развиваются, и возлагаю большие надежды на то, что в будущем они свяжут свою профессию именно с физикой».

Конкурсантов поздравили председатель жюри, руководитель ТОП ФИАН Андрей Наумов и глава города Владимир Дудочкин. Андрей Наумов пожелал школьникам не опускать руки, даже если сейчас победителями стать не удалось. «По моему опыту, когда проводишь эксперимент или решаешь задачу, неуспех стимулирует больше, чем успех, – сказал он. – Работайте над ошибками – и двигайтесь вперёд!»

https://троицкинформ.москва/zvuki-nauki/

Землю накрыла третья по силе с начала года магнитная буря. Эти данные зафиксированы лабораторией рентгеновской астрономии Солнца ИКИ РАН. О последствиях новой солнечной атаки телеканалу «МИР 24» рассказал доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией физики Солнца и космических лучей физического института имени Лебедева Российской Академии Наук Владимир Махмутов.

По данным ученых, индекс этой магнитной бури составляет около 7, а вот в переводе на общедоступный язык, что это значит?

По сути дела, здесь речь идет о чем? О том, что наша Земля, как известно, обладает магнитным полем, так называемое геомагнитное поле. И в стационарных условиях отсутствия внешних возмущений поле распределено так, что мы имеем определенную величину в районе экватора, и в полярной области это по полям раза в два-три разнится по сравнению с экваториальными полями. Во время прихода межпланетного возмущения наблюдается геомагнитное возмущение. А что такое межпланетное возмущение? Это потоки плазмы, в которых наблюдаются вмороженные солнечные магнитные поля, и величина этих полей может достигать 5, 10, 15 гамм. И эти поля сопряжены еще с потоком плазмы, которая взаимодействует с земной магнитосферой и, соответственно, вызывает изменения геомагнитного поля. И самый максимальный индекс геомагнитного возмущения с точки зрения, на языке КП (Кр), так называемого планетарного геомагнитного индекса КП (Кр), составляет величину 9. В нашем случае эта величина составила меньше 7 – 6 и 2/3, потому что градация КП индекса происходит как раз на одной третьей долях этой единицы. И в этом случае можно говорить о том, что магнитное поле изменилось на величину порядка ~200 гамм. На экваториальных широтах этот эффект был меньше и составлял 100−150 гамм по величине магнитного поля. Таким образом, эта буря не отличается какой-то особой мощностью.

Здесь можно говорить даже о том, что эта буря была на самом деле по времени не очень продолжительной. Источником этой геомагнитной бури была солнечная вспышка, которая произошла 1 мая этого года. И ее начало было зафиксировано в районе шести часов мирового времени. Эта вспышка и межпланетное возмущение от нее дошло до Земли лишь 2 мая в районе 15 часов мирового времени. И продолжалась эта геомагнитная буря до полуночи. Поэтому сейчас можно говорить о том, что геомагнитная обстановка спокойная, КП-индекс находится в так называемой зеленой зоне, что означает спокойное геомагнитное поле. И поэтому особых бед эта магнитная буря нам не принесла.

Вспышка зафиксирована на солнце 1 мая, до Земли эта буря дошла буквально накануне, получается, за пару дней, то есть это выброс плазмы и излучения?

Это выброс плазмы, который движется с определенной скоростью от места произошедшей вспышки. Скорость этого выброса, так называемый корональный выброс массы, варьируется в зависимости от мощности солнечной вспышки. Например, в диапазоне от 500 километров в секунду до 1000, бывает иногда до 2000 километров в секунду и такое плазменное образование начинает двигаться к Земле. В данном случае речь идет о центральной вспышке 1 мая, и от нее возмущение к нам пришло 2 числа, где-то в районе 15 часов московского времени, и продолжалось до полуночи 2 числа.

Одно из следствий магнитной бури – это северные сияния. И в этот раз, чтобы не ошибиться, вероятность их появления на широтах выше 65 градусов, по прогнозам ученых, составляла 90%. Так и произошло. И можно было даже увидеть где-то в районе Москвы. Но чтобы увидеть в районе Москвы северное сияние, нужны какие-то особые условия?

На самом деле, когда ясное небо, когда нет облачности, особенно плотной облачности, тогда можно наблюдать эти полярные сияния. И поэтому условия наблюдения на севере и на средних широтах примерно одинаковые.
Но, как правило, полярные сияния поэтому и называются полярные, что чаще всего наблюдаются во время даже слабых геомагнитных возмущений в северных полярных зонах России. А в данном случае некоторые мощные геомагнитные бури действительно вызывают возмущения, которые приводят к полярным сияниям на средних широтах. К сожалению, у меня нет данных о наблюдениях полярного сияния в районе Москвы в этот период.

Если это выброс плазмы, он задевает Землю, то какие-то воздействия на технику, на тонкую электронику возможны?

Да. Как правило, вот эта геомагнитная буря, которая произошла на самом деле 2 числа, вызвала, как и любая стандартная геомагнитная буря средней мощности, блок-аут в радиосвязи. Из-за того, что эти геомагнитные бури в результате удара по магнитосфере вызывают изменение условий и в ионосфере, который влияет на характер процесса распространения радиоволн от земных источников до наблюдателей. Поэтому блок-аут наблюдался тоже от этой геомагнитной бури, где-то два-три часа были существенные изменения в радиосвязи. Это, конечно, влияет на связь как земных наблюдателей, так и на космическую технику и навигацию.

Вы меня опередили, потому что мы находимся под панцирем земной атмосферы, и она защищает нас, а вот то, что на орбите, а тем более на высокой орбите.

Да-да, эта буря тоже вызвала некоторые нарушения в радиосвязи со спутниками. Но, как правило, это среднего класса буря, она не дала каких-то катастрофических последствий, по крайней мере, не было таких сведений до настоящего времени. Но единственное, конечно, как любая геомагнитная буря, геомагнитное возмущение, которое приводит к высыпаниям электронов из земной магнитосферы, из внешнего радиационного пояса, приводит к тому, что наблюдается деградация солнечных батарей. И влияет, соответственно, на технику, которая находится на борту спутников, как снаружи, так и внутри.

Уже дан прогноз ученых на следующую неделю по магнитным бурям, что не очень благоприятная обстановка и ситуация может ухудшиться. Ждать новой космической атаки плазмой?

Прогнозирование геомагнитного возмущения – задача достаточно неблагодарная. Единственное, что могу сейчас сказать конкретно, и то, что я знаю, – сегодня произошла солнечная вспышка в районе двух часов мирового времени, это пять часов утра по московскому времени. Эта вспышка была очень интересной, хорошего класса, достаточно сильная. Класс у нее был около Х2, рентгеновский класс этой вспышки. Вспышка произошла тоже вблизи центрального меридиана, который является достаточно немалым источником геомагнитных возмущений, вызываемых такого класса вспышками. Но до сих пор никакого геомагнитного эффекта от этой вспышки не видно. К Земле возможен приход возмущения от этой вспышки через десяток часов, но его мощность прогнозировать крайне сложно. А так хочу сказать, что сейчас Солнце находится на фазе активности 11-летнего солнечного цикла, и в этот период наблюдаются много групп солнечных пятен, активных областей, в которых происходят солнечные вспышки. И поэтому в ближайшие месяцы в этом году мы можем ожидать ряд значительных солнечных вспышек, в том числе класса X, наиболее экстремальных, которые могут нам дать тот или иной эффект, как в потоках заряженных частиц, так и с точки зрения геомагнитных возмущений, которые могут вызывать эти вспышки в этот период. Но хочу заметить следующее, те вспышки тем и интересны, что, несмотря на их мощность, они практически не вызвали значительных увеличений потоков солнечных протонов в окрестностях Земли. И это привело к тому, что не было значительных изменений радиационной обстановки, вызванных приходом солнечных протонов от этих вспышек. Это особенность этого солнечного цикла. Но цикл, как известно, 11-летний, поэтому он еще не закончился. Вспышек можно ожидать и на фазе спада цикла солнечной активности.

https://mir24.tv/articles/16589101/kak-na-nas-vliyayut-magnitnye-buri