Край Будущего

Квантовая телепортация — это удивительный процесс, который позволяет передавать квантовое состояние частицы на большое расстояние, не перемещая саму частицу. Проще говоря, информация о частице переносится мгновенно, что может стать основой для создания квантового Интернета — сети, которая обеспечит сверхбезопасную и быструю передачу данных между устройствами.

Идея квантовой телепортации не новая — её уже несколько раз показывали в лабораториях. Однако раньше в экспериментах использовали свет с длиной волны, отличной от тех, что применяются в обычных телекоммуникациях.

Недавно учёные из Нанкинского университета успешно телепортировали квантовую информацию, закодированную в свете с длиной волны, используемой в современных сетях связи, в специальную квантовую память. Их исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters и открывает новые возможности для создания больших квантовых сетей и, возможно, квантового Интернета.

Как объясняет старший автор работы Сяо-Сон Ма, квантовая телепортация очень важна для квантовой связи, так как позволяет передавать квантовые состояния, не раскрывая их содержимое. Чтобы передавать информацию на большие расстояния, нужно уметь хранить квантовые данные — для этого и нужна квантовая память.

В своей работе исследователи объединили телекоммуникационный свет с твердотельной квантовой памятью, которая способна сохранять квантовую информацию. Такая память поможет распределять и хранить запутанные частицы в квантовой сети, что важно для передачи данных на большие расстояния через специальные устройства — квантовые ретрансляторы. Они делят длинный путь на короткие участки, где информация передаётся и хранится, а затем соединяются в единую сеть.

Для эксперимента команда использовала пять основных систем: подготовку квантового состояния, источник запутанных фотонов (частиц света), измерение особого типа — состояние Белла, квантовую память на основе ионов эрбия и устройство для точной настройки частот. Все эти компоненты работают вместе и совместимы с современными оптоволоконными сетями.

Результаты показывают, что квантовая информация может передаваться с помощью технологий, которые уже применяются в телекоммуникациях. Это важный шаг к созданию масштабируемых квантовых сетей и, в конечном итоге, квантового Интернета.

В будущем учёные планируют улучшить квантовую память, чтобы она могла хранить информацию дольше и делать это эффективнее. Это поможет сделать квантовые сети ещё более надёжными и быстрыми.

Международная команда астрономов с помощью космического телескопа TESS обнаружила новую планету под названием TOI-2431 b, которая вращается вокруг ближайшей к нам звезды. Эта планета примерно в полтора раза больше Земли и делает полный оборот вокруг своей звезды всего за 5,4 часа — это очень короткий орбитальный период.

Телескоп TESS следит за около 200 тысячами ярких звезд рядом с Землей, чтобы заметить небольшие изменения в их яркости, которые происходят, когда планеты проходят перед ними. С 2018 года TESS обнаружил тысячи кандидатов в экзопланеты, из которых более 600 уже подтверждены.

TOI-2431 b вращается вокруг звезды типа K7, которая находится примерно в 117 световых годах от нас. Ученые подтвердили существование планеты, используя данные с TESS, а также наземные наблюдения с помощью специальных приборов, которые измеряют движение звезды из-за гравитационного влияния планеты.

Планета TOI-2431 b примерно в 6 раз тяжелее Земли и очень плотная — почти в два раза плотнее железа. Из-за близости к своей звезде — всего 0,0063 астрономических единиц (примерно 1% расстояния от Земли до Солнца) — температура на планете достигает около 2000 градусов Кельвина (примерно 1700 градусов Цельсия). Такая высокая температура, скорее всего, делает поверхность планеты расплавленной.

Кроме того, из-за сильного гравитационного притяжения звезды планета испытывает приливные деформации — её форма немного вытянута, и одна ось короче другой примерно на 9%. Приливные эффекты затухают примерно за 31 миллион лет — это очень быстро по космическим меркам.

Звезда TOI-2431 чуть меньше и легче нашего Солнца, ей около 2 миллиардов лет, а температура поверхности — около 4100 градусов Кельвина.

Ученые считают, что TOI-2431 b — отличная цель для дальнейших исследований с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба. Наблюдения помогут узнать больше о составе планеты и выяснить, есть ли у неё атмосфера.

Публикация взята с сайта: https://arxiv.org/abs/2507.08464

Бетельгейзе — одна из самых ярких звезд на ночном небе и ближайший к нам красный сверхгигант. Она огромна — её радиус примерно в 700 раз больше радиуса Солнца. Хотя Бетельгейзе сравнительно молода по астрономическим меркам — около десяти миллионов лет, — она уже находится на поздней стадии своей жизни.

Эта звезда расположена в созвездии Ориона, в его плече, и люди наблюдают за ней невооружённым глазом уже тысячи лет. Известно, что яркость Бетельгейзе меняется со временем. Основной цикл изменений длится около 400 дней, а есть и более длинный — примерно шесть лет.

В 2019–2020 годах Бетельгейзе сильно потускнела — это событие назвали «Великое затемнение». Многие подумали, что звезда скоро взорвётся как сверхновая, но учёные выяснили, что причина была в большом облаке пыли, которое выбросила сама Бетельгейзе.

Это затемнение привлекло внимание к звезде и побудило учёных пересмотреть старые данные. Один из анализов показал, что шестилетние колебания яркости могут быть связаны с тем, что у Бетельгейзе есть спутник — другая звезда рядом с ней.

Группа учёных под руководством Стива Хауэлла из НАСА впервые обнаружила этого спутника с помощью специального прибора — спекл-томографа «Алопеке», установленного на телескопе «Северные Близнецы» на Гавайях. Метод, который они использовали, называется спекл-визуализация — он позволяет получать очень чёткие изображения, устраняя искажения, вызванные атмосферой Земли.

Спутник оказался намного слабее Бетельгейзе — примерно в шесть раз по звёздной величине. Его масса примерно в полтора раза больше массы Солнца, и это горячая, молодая бело-голубая звезда типа А или В, которая ещё не начала сжигать водород в своём ядре.

Этот спутник находится довольно близко — примерно в четыре раза дальше от Бетельгейзе, чем расстояние от Земли до Солнца. Это первое в истории прямое наблюдение близкой звезды-компаньона у красного сверхгиганта. Более того, спутник движется внутри внешней атмосферы Бетельгейзе, что показывает высокую точность и возможности инструмента «Алопеке».

Стив Хауэлл отметил, что это открытие стало возможным благодаря уникальному разрешению телескопа «Северные Близнецы» и что раньше никто не мог сфотографировать такой спутник.

Это открытие помогает лучше понять жизнь и будущее Бетельгейзе. Похоже, что обе звезды — и сверхгигант, и спутник — родились одновременно. Но из-за сильного влияния Бетельгейзе спутник со временем сожмётся и погибнет, поглощённый сверхгигантом, что, по оценкам учёных, может произойти в течение ближайших 10 тысяч лет.

Также это объясняет, почему яркость красных сверхгигантов может меняться на протяжении многих лет. Хауэлл выразил надежду, что дальнейшие наблюдения помогут узнать ещё больше.

Мартин Стилл из Международной обсерватории Близнецов добавил, что возможности спекл-визуализации остаются важным инструментом для астрономов и что решение загадки Бетельгейзе — большое достижение.

Следующий шанс лучше изучить спутник появится в ноябре 2027 года, когда он окажется на самом большом расстоянии от Бетельгейзе и будет легче виден. Команда Хауэлла с нетерпением ждёт этих наблюдений, чтобы глубже понять природу звезды-компаньона.

Лазеры, которые создаются прямо на кремниевых фотонных чипах, имеют несколько важных преимуществ по сравнению с внешними лазерными источниками. Одно из главных — их можно легче масштабировать, то есть производить в больших количествах. Кроме того, такие чипы с встроенными лазерами могут быть более выгодными с коммерческой точки зрения, если их можно делать в обычных полупроводниковых фабриках.

Полупроводниковые лазеры на материалах класса III-V, например из арсенида индия, можно встроить в кремниевые фотонные чипы, выращивая лазерный слой прямо на кремниевой подложке. Но сделать это сложно, потому что свойства и структура этих материалов сильно отличаются от кремния. Из-за этого возникают трудности при изготовлении, а также потери света при передаче от лазера к кремниевым волноводам на чипе — это снижает эффективность работы.

Недавно в журнале Journal of Lightwave Technology была опубликована статья, в которой доктор Розалин Кошица из Калифорнийского университета и её команда успешно встроили лазеры на квантовых точках арсенида индия прямо в кремниевые фотонные чипы. Квантовые точки — это очень маленькие структуры, которые помогают создавать стабильный и качественный свет.

По словам доктора Кошицы, для создания компактных фотонных схем с большим числом компонентов нужны маленькие встроенные источники света. Это позволяет плотнее размещать элементы на чипе.

Для достижения такой интеграции ученые использовали три основных подхода. Первый — так называемый «карманный лазер», который помогает разместить лазер в специальном углублении на чипе. Второй — двухэтапный процесс выращивания материала, который включает химическое осаждение и метод молекулярно-пучковой эпитаксии (MBE). Это помогает сделать переход между слоями более плавным и уменьшить зазор между лазером и кремнием. Третий — заполнение этого зазора специальным полимером, чтобы свет меньше рассеивался и терялся.

Когда специалисты протестировали такие чипы, они обнаружили, что потери света при передаче очень низкие. Лазеры на квантовых точках стабильно работали на длине волны из так называемого O-диапазона. Это важно, потому что именно на этой длине волны сигналы в фотонных устройствах распространяются с минимальными искажениями. Чтобы лазеры генерировали свет строго на одной длине волны, ученые использовали специальные резонаторы — кольцевые из кремния или отражатели из нитрида кремния.

Доктор Кошица отмечает, что встроенные лазеры на квантовых точках могут работать при высоких температурах — до 105 °C, а срок их службы при температуре 35 °C составляет более 6 лет. Это значит, что такие лазеры надежны и долговечны.

Эта технология имеет большой потенциал для широкого применения по двум причинам. Во-первых, фотонные чипы с такими лазерами можно производить на обычных заводах для полупроводников, без необходимости создавать специальные производства. Во-вторых, метод интеграции лазеров на квантовых точках можно применять в разных типах фотонных схем без сложных изменений конструкции.

Предложенный способ позволяет адаптировать кремниевые фотонные чипы для встраивания встроенных источников света, что открывает путь к масштабируемому и экономичному производству таких устройств. Это важно для практических применений, например, в оптических коммуникациях и вычислениях, где нужны компактные, эффективные и надежные лазеры прямо на чипе.

Публикация взята с сайта: https://ieeexplore.ieee.org/document/10944565