На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)

Космос

8 383 подписчика

Популярные статьи

Свежие комментарии

  • Сергей Бороздин
    Мой алгоритм - в статье на Самиздат и дзен "Библия как научный источник истории Мира"Единый алгоритм э...
  • дмитрий Антонов
    прошу прощения, меня тут небыло давно. А где Юрий В Радюшин? с Новым 2023 годомБыл запущен первы...
  • дмитрий Антонов
    жаль, что тема постепенно потерялась. а ведь тут было так шумно и столько интересного можно было узнать, помимо самих...Запущен CAPSTONE ...

Новости науки

Квантовые компьютеры: принципы работы

 
Квантовый компьютер D-Wave Two
©D-Wave Systems
 

Специалисты предсказывают, что вскоре на смену обычным компьютерам придут квантовые, по мощности превосходящие современные вычислительные системы в несколько раз. Но что же из себя представляют квантовые компьютеры?  

По прогнозам экспертов уже совсем скоро, лет через 10, микросхемы в компьютерах достигнут атомных измерений. Представляется логичным, что грядет эпоха квантовых компьютеров, с помощью которых скорость вычислительных систем может повыситься на несколько порядков.

 Идея квантовых компьютеров сравнительно нова: в 1981 году Пол Бениофф впервые теоретически описал принципы работы квантовой машины Тьюринга.

 В 1930-х Алан Тьюринг впервые описал теоретическое устройство, представляющее собой бесконечную ленту, разделенную на маленькие ячейки. Каждая ячейка может содержать в себе символ 1 или 0, или же остается пустой.

 Управляющее устройство перемещается по ленте, считывая символы и записывая новые. Из набора таких символов составляется программа, которую машина должна выполнить.

В квантовой машине Тьюринга, предложенной Бениоффом, принципы работы остаются теми же, с той разницей, что как лента, так и управляющее устройство находятся в квантовом состоянии.

 Это значит, что символы на ленте могут быть не только 0 и 1, но и суперпозициями обоих чисел, т. е. 0 и 1 одновременно. Таким образом, если классическая машина Тьюринга способна одновременно исполнять лишь одно вычисление, то квантовая занимается несколькими вычислениями параллельно.

 Сегодняшние компьютеры работают по тому же принципу, что и нормальные машины Тьюринга – с битами, которые находятся в одном из двух состояний: 0 или 1. У квантовых компьютеров таких ограничений нет: информация в них зашифрована в квантовых битах (кубитах), которые могут содержать суперпозиции обоих состояний.

 

Работа над частью квантового компьютера D-Wave  

©D-Wave Systems

 Физическими системами, реализующими кубиты, могут быть атомы, ионы, фотоны или электроны, имеющие два квантовых состояния. Фактически, если сделать элементарные частицы носителями информации, с помощью них можно построить компьютерную память и процессоры нового поколения.

 Благодаря суперпозиции кубитов квантовые компьютеры изначально рассчитаны на выполнение параллельных вычислений. Этот параллелизм, по мнению физика Дэвида Дойча, позволяет квантовым компьютерам выполнять одновременно миллионы вычислений, в то время, как современные процессоры работают лишь с одним единственным.

 30-кубитный квантовый компьютер по мощности будет равен суперкомпьютеру, работающему с производительностью 10 терафлопс (триллион операций в секунду). Мощность современных настольных компьютеров измеряется всего лишь гигафлопсах (миллиард операций в секунду).

 Другое важное квантовомеханическое явление, которое может быть задействовано в квантовых компьютерах, называется «запутанностью». Основная проблема считывания информации из  квантовых частиц заключается в том, что в процессе измерения они могут изменить свое состояние, причем совершенно непредсказуемым образом.

 Фактически, если считать информацию с кубита, находящегося в состоянии суперпозиции, получим лишь 0 или 1, но никогда не оба числа одновременно. А это значит, что вместо квантового, мы будем иметь дело с нормальным классическим компьютером.

 Чтобы решить эту проблему, ученые должны использовать такие измерения, которые не разрушают квантовую систему. Квантовая запутанность предоставляет потенциальное решение.

 В квантовой физике, если приложить внешнюю силу к двум атомам, их можно «запутать» вместе таким образом, что один из атомов будет обладать свойствами другого. Это, в свою очередь, приведет к тому, что, например,  измеряя спин одного атома, его «запутанный» близнец сразу примет противоположный спин.

 Такое свойство квантовых частиц позволяет физикам узнать значение кубита, не измеряя его непосредственно.

В один прекрасный день квантовые компьютеры могут заменить кремниевые чипы, подобно тому, как транзисторы пришли на смену вакуумным трубкам. Однако современные технологии пока еще не позволяют строить полноценные квантовые компьютеры.

 

Сборка процессора квантового компьютера D-Wave Two

©D-Wave Systems

 Тем не менее, с каждым годом исследователи объявляют о новых достижениях в области квантовых технологий, и надежда, что когда-нибудь квантовые компьютеры смогут превзойти обычные, продолжает крепнуть.

 1998

Исследователям из Массачусетского технологического института удалось впервые распределить один кубит между тремя ядерными спинами в каждой молекуле жидкого аланина или молекулы трихлороэтилена. Такое распределение позволило использовать «запутанность» для неразрушающего анализа квантовой информации.

 2000

В марте ученые из Национальной лаборатории в Лос Аламосе объявили о создании 7-кубитного квантового компьютера в одной единственной капли жидкости.

2001

Демонстрация вычисления алгоритма Шора специалистами из IBM и Стэнфордского университета на 7-кубитном квантовом компьютере.

 2005

 В институте квантовой оптики и квантовой информации при Иннсбрукском университете впервые удалось создать кубайт (сочетание 8 кубитов) с помощью ионных ловушек.

 2007

 Канадская компания D-Wave продемонстрировала первый 16-кубитный квантовый компьютер, способный решать целый ряд задач и головоломок, типа судоку.

 С 2011 года D-Wave предлагает за $11 млн долларов квантовый компьютер D-Wave One с 128-кубитным чипсетом, который выполняет только одну задачу – дискретную оптимизацию.

 Ваагн Малоян

 

 

 
 
 
 

Компьютерная модель раскрыла загадку двойственной природы воды

 
Вода и лед
©wallpaperus.org
 

Гипотеза фазового перехода «жидкость-жидкость» может объяснить, почему, например, лед остается плыть на воде, а не тонет. Компьютерная модель принстонских ученых доказала, что вода способна существовать сразу в двух жидких фазах. 

Группа экспертов из Принстонского университета сумела с помощью компьютерной модели обнаружить двойственную природу воды: при низких температурах и выше определенного уровня давления, вода способна перейти сразу в две жидкие формы.

 Наши данные показывают, что при достаточно низких температурах вода может разделиться на две различные жидкие фазы различной плотности.

 Эти две жидкие формы сосуществуют примерно как растительное масло и уксус в заправках для салата с той разницей, что речь идет об одном и том же веществе – обыкновенной воде.

 Если данные компьютерной модели удастся получить в реальном эксперименте, это приведет к лучшему пониманию поведения жидкости в высотных облаках, где вода может сохранять жидкую форму даже при температуре ниже точки замерзания.

Именно из такого «сверххолодного» состояния в дальнейшем формируется град или снег. Изучение поведения воды в таких экзотических условиях поможет в метеопрогнозах и при построении точных климатических моделей.

 Компьютерная модель принстонских специалистов подтверждает гипотезу фазового перехода «жидкость-жидкость», впервые выдвинутую Юджином Стэнли из Бостонского университета в 1992 году.


 Сосуществование воды в двух фазах одновременно может объяснить ряд ее странных свойств, например, почему лед плавает по поверхности воды, а не тонет, подобно другим материалам ниже точки замерзания.

 

Группа экспертов из Принстонского университета сумела с помощью компьютерной модели обнаружить двойственную природу воды: при низких температурах и выше определенного уровня давления, вода способна перейти сразу в две жидкие формы

©Jeremy Palmer

 Также необычны повышенная способность воды поглощать тепло и тот факт, что коэффициент сжатия воды с понижением температуры увеличивается. 

 Гипотеза фазового перехода «жидкость-жидкость» с самого начала вызывала бурные дебаты среди специалистов. К сожалению, эксперименты, которые могли бы ее подтвердить или опровергнуть, очень трудно осуществить, поскольку время сосуществования двух форм воды непродолжительно и доказать наличие фазы «жидкость-жидкость» в лабораторных условиях затруднительно.

 Ваагн Малоян

 

Источник: naked-science.ru.

 

10 мифов об эволюциии человека

 
10 мифов об эволюциии человека
©vectorfree.com
 

Однажды ведущие российские антропологи сели и развеяли существующие мифы об эволюции человека.

Миф №1

 Находок, на базе которых антропологи строят свои выводы, крайне мало.

«Семя» этого мифа кинула в 1997 году книга американского священнослужителя РПЦ иеромонаха Серафима Роуза «Православный взгляд на эволюцию». В результате цитата автора «Все ископаемые свидетельства «эволюции человека» можно уместить в ящик размером с небольшой гроб» облетела мир и до сих пор используется противниками признать себя приматами. Российские антропологи не поленились и подсчитали, сколько раз система Google цитирует эту мысль. Насчитали 179 документов.

 Надо сказать, правда, что высказал эту мысль иеромонах еще в 1974 году, и лишь потом она попала в книгу. Впрочем, мысль эта была в корне ошибочной как 40 лет назад, так и сегодня.

 На самом деле, даже в 1974 году находок было куда больше, чем об этом знал (или хотел знать) иеромонах. В том числе, и хорошей сохранности. Сколько же?

 Неандертальцы: для захоронения их останков уже тогда понадобилось бы целое кладбище.

 Питекантропы: их кости были найдены на Яве, в Европе, в Китае, в Восточной, Северной и Южной Америке.

 Гейдельбергские люди: в Европе, Африке, Азии.

 Австралопитеки: в Южной и Восточной Африке.

 «Человек умелый» (Homo habilis): в Восточной и Южной Африке и т. д.

 По словам антропологов, чтобы представить доказательства, а именно останки гоминид, найденные с 1974 года до сегодняшнего дня, понадобилось бы построить отдельный музей довольно внушительных размеров.

 

Некоторые находки неандертальцев, сделанные к 1974 году

©antropogenez.ru

 

Миф №2

 Львиная доля ископаемых доказательств эволюции человека − подделки.

 Подделка и в самом деле была. Лишь однажды. Речь идет о знаменитом пильтдаунском черепе, который «нашел» археолог-любитель Чарльз Доусон в 1912 году. Многие специалисты с самого начала сомневались в подлинности находки, а полное разоблачение произошло в 1953 году. Ни один антрополог вот уже 50 лет не использует в своих построениях череп из Пильтдауна.

 

Копия черепа «пилтдаунского человека»

©wikimedia/ Anrie

 

Миф №3

 Реконструкции внешнего вида наших обезьяноподобных предков − свидетельство больной фантазии ученых.

 Суть этого утверждения, конечно, гласит: «Я не понимаю, как делаются реконструкции – а раз не понимаю, значит это чушь».

 Так как же ученые реконструируют внешность по останкам? Методики этого разрабатывались еще с XIX века. В России этим занимался знаменитый ученый и скульптор Михаил Герасимов. Свои выводы он строил на огромной статистике, изучая современных людей и приматов, он выявил закономерности формирования мягких тканей головы в зависимости от особенностей кости. Именно он выполнил классические реконструкции наших предков – от австралопитеков до древних Homo sapiens. Методику его неоднократно проверяли экспериментально. Для чего ученому предлагали по черепу восстановить облик человека, который был ему неизвестен, но известен экспериментаторам (у последних имелись фотографии).

 В результате Герасимов выполнял реконструкции, которые очень походили на оригинал. Интересно, что первыми приняли методику ученого криминалисты. Именно поэтому метод Герасимова успешно используется в судебно-медицинской экспертизе уже с 1939 года. И с большим успехом. Вот что пишет по этому поводу сайт знаменитого музея антропологии и этнографии (Кунтскамера) в Санкт-Петербурге: «На территории Ленинградской области, вдали от населенных мест, обнаружили человеческий скелет со следами зубов хищников на костях. Изучение показало, что он принадлежал мальчику 12-13 лет.

 Герасимов восстановил по черепу скульптурный портрет, который сфотографировали в разных ракурсах. Для большей убедительности реконструкция была одета в пальто и кепку. Отец сразу, безоговорочно узнал в реконструкции своего сына, указав, однако, что «такого пальто у него никогда не было».

 

Реконструкции ископаемых гоминид, выполненные М.М.Герасимовым

©antropogenez.ru

 

Миф №4

 Датировки древних костей получены сомнительными методами с помощью ряда «непроверяемых допущений».

 Чаще всего «сомнительным» считают метод радиоуглеродного анализа. Стоит сразу оговориться, что для того, чтобы определить возраст костей в миллионах лет, этот метод никогда не используют, он подходит лишь для определения даты гораздо более молодых находок.

 Есть и другие методы, разработанные за последние 50 лет. Вот неполный перечень:

 – Калий-аргонный метод (и его модификация − аргон-аргоновый метод)

 – Уран-ториевый метод

 – Метод урановых серий

 – Метод треков деления

 – Термолюминисцентный

 – Метод оптически стимулируемой люминесценции («оптический»)

 – Метод электро-спин-резонанса и т. д.

 Надежность датировки ископаемых всегда проверяется разными методами, независимыми специалистами и в разных лабораториях.

 Например, знаменитый скелет австралопитека по имени Люси был проверен на датировку двумя разными экспертами. Первый определял его возраст калий-аргоновым методом, второй − методом треков деления. В итоге первый получил цифру − 2,63 млн лет, а второй − 2,58 млн лет (Дональд Джохансон, Мэйтленд Иди. Люси: истоки рода человеческого. М., 1984 г.). То есть результат практически совпал. Поэтому Люси, хоть и женщина, но обмануть в вопросе своего возраста она никого не сможет, она не моложе 2,5 млн лет.

 

Реконструкция облика Люси, выставленная в Музее Естественной Истории, Вашингтон, США

©wikimedia/ Donmatas

 

Миф №5

 Тот или иной ископаемый предок человека описан по одной-единственной сомнительной находке.

 Первые всегда запоминаются лучше, чем третьи, десятые и двадцать пятые. Именно этим антропологи объясняют природу этого мифа. Простой обыватель редко интересуется науками, в том числе и антропологией. Поэтому в его разуме весь багаж научных знаний об австралопитеках сводится к вышеупомянутой «маленькой обезьянке Люси», о которой он «когда-то где-то что-то слышал».

 А все потому, что Люси − это одна из первых находок останков афарского австралопитека, сделанная еще в 1974 году. Но помимо Люси общее количество находок австралопитеков исчисляется сотнями.

 

Миф №6

 Чарльз Дарвин в конце жизни отрекся от своей теории.

 Подобная легенда очень смахивает на историю о раскаянии еретика. Конечно, не избежал этой участи в умах простых людей и один из самых главных еретиков всех времен и народов − Чарльз Дарвин.

 Миф об «отречении Дарвина» впервые появился через много лет после смерти ученого, в 1915 году. Эту душеспасительную историю «духовного преображения великого скептика» опубликовала в американском баптистском издании проповедница Элизабет Хоуп. В частности, дама сообщала, что рассказал ей об ошибке всей жизни якобы сам Дарвин − непосредственно перед смертью.

 Впрочем, нравоучительная история ровным счетом ничем не подтверждается. О ней мы не услышим, ни в автобиографии Дарвина, написанной им незадолго до смерти, нет ни одного намека на «отречение» ученого и в воспоминаниях его близких. Кроме всего прочего, дети великого натуралиста (сын Фрэнсис Дарвин и дочь Хенриетта Личфилд) заявили, что никакая Элизабет Хоуп вообще никогда не встречалась с их отцом.

 

Чарльз Дарвин

©scienceandliterature.org

 

Миф №7

 Теория происхождения человека от обезьяны основана на внешнем сходстве человека и обезьяны.

 На столь сомнительном методе − внешнем сходстве классификации живых существ − свои выводы строили специалисты, жившие много столетий назад. В те далекие времена, такое млекопитающее, как кит, например, было отнесено к рыбам. Сегодня многочисленные доказательства родства человека с человекообразными обезьянами делятся на:

 – Анатомические

 – Эмбриологические

 – Биохимические

 – Генетические

 – Поведенческие

 – Палеонтологические

 

Миф №8

 Генетически к человеку гораздо ближе свинья, а не обезьяна. Поэтому человеку пересаживают органы свиньи.

 Этот миф полностью опровергается данными генетических исследований. Как с точки зрения генетики, так и с точки зрения анатомии, человек был и остается приматом, а не парнокопытным. Если же делать выводы на основании того, какие органы пересаживают человеку, то можно также сказать, что генетически к человеку гораздо ближе мышь, чем свинья. Кстати, именно стволовые клетки мышей, а не свиней, используются сегодня для создания искусственной человеческой кожи.

 Почему же тогда самым частым донором нам служит свинья?

 Во-первых, дальше пересадки свиного сердечного клапана медицина пока не шагнула. Хотя пересадка целых органов − вопрос, вероятно, близкого будущего.

 Во-вторых, дело не только в генетической близости. Для массовой пересадки органов необходимо, чтобы животное-донор обладало следующими характеристиками:

 – Было бы хорошо изучено (желательно, давно и широко разводимое в неволе, без неожиданных заболеваний);

 – Легко размножалось в неволе (дефицита в органах быть не должно);

– Подходило по размерам;

 – «Сырье» должно быть дешевым;

 – Эксперименты над этим животным не должны вызывать бурных протестов мирового сообщества.

 Понятно, что обезьяна проигрывает свинье по большинству из этих пунктов.

 

Ежегодно в мире забивают несколько сотен миллионов свиней. В то же самое время общая численность горилл на планете не превышает 15 тыс. особей, шимпанзе – несколько десятков тысяч.


Миф №9

Найденные ископаемые, выдаваемые за предков человека − это просто древние обезьяны либо просто «древние люди».

 Формально здесь все правильно. Когда-то наши предки действительно были «еще не людьми», но древними обезьянами. Но грань «люди – обезьяны» стиралась все сильней по мере того, как антропологи находили новые останки.

1 - Австралопитек афарский. 2 - Австралопитек африканский. 3 - Homo rudolfensis. 4 - Homo ergaster. 5 - Homo ergaster. 6 - Homo erectus (питекантроп). 7 - Homo erectus (синантроп). 8 - Homo heidelbergensis. 9 - Homo heidelbergensis. 10 - Homo helmei. 11 - Homo sapiens idaltu. 12 - Homo sapiens sapiens

©antropogenez.ru

 

Миф №10

Большинство ученых во всем мире давно отвергли теорию того, что человек произошел от обезьяны.

 Дело в том, что рассуждать об эволюции человека любят многие. Но если разобраться, то ученых, действительно разбирающихся в данной теме и работающих в этом направлении, в нашей стране можно буквально пересчитать по пальцам.

 И эти ученые (антропологи, генетики, археологи, приматологи) могут расходиться во мнении по многим частным вопросам, однако в основных положениях: реальности эволюции, происхождении человека от древних человекообразных, в том, что Африка является колыбелью человечества − не сомневается никто.

 Ольга Фадеева

 

Источник: naked-science.ru.

Картина дня

наверх