July, 2021 - Berita Ilmu Fisika di Dunia

Komunikasi Yang Tidak Dapat Dimanfaatkan Menjadi Praktis

Posted on July 10, 2021June 7, 2024 by editor

Komunikasi Yang Tidak Dapat Dimanfaatkan Menjadi Praktis – Insinyur dari QuTech (kolaKomunikasi Yang Tidak Dapat Dimanfaatkan Menjadi PraktisKomunikasi Yang Tidak Dapat Dimanfaatkan Menjadi Praktisborasi antara TU Delft dan TNO) dapat menyediakan komunikasi yang tidak dapat digunakan yang menskalakan biaya ke banyak pengguna dengan menggunakan distribusi kunci kuantum (QKD) pengukuran-perangkat independen (MDI).

Sebuah fitur samping penting adalah bahwa, milik Cisco, internet konvensional beroperasi secara paralel, pada serat optik yang sama dari penyedia telekomunikasi Belanda KPN. MDI-QKD adalah langkah penting menuju internet kuantum yang dapat diakses. sbobet88

Saat ini komunikasi yang aman didasarkan pada fakta bahwa memecahkan kriptografi lambat menggunakan komputer konvensional.

Ini termasuk komunikasi antara pusat data, komunikasi antar pemerintah, atau infrastruktur penting seperti perbankan, energi, dan bandara.

Beberapa jalur komunikasi memerlukan kerahasiaan oleh hukum atau oleh pengguna. Setiap penyerang dapat merekam pesan-pesan ini dan kemudian mendekripsinya nanti. Sayangnya, komputer menjadi lebih cepat, terlebih lagi dengan pengenalan komputer kuantum yang akan datang. www.mustangcontracting.com

Pertahanan pamungkas terhadap penyadapan

Joshua Slater, ketua tim proyek MDI-QKD: “Metode kriptografi konvensional yang penting bergantung pada, misalnya, kunci publik dan kunci pribadi. Kedua kunci ini pada dasarnya adalah dua angka besar yang dimiliki bersama.

Keamanannya didasarkan pada fakta bahwa kunci pribadi sulit dan lambat untuk dihitung dengan pengetahuan hanya kunci publik. Sayangnya, dengan diperkenalkannya komputer yang sangat kuat (seperti komputer kuantum), menghitung kunci pribadi menjadi sangat mudah dan kemudian enkripsi bisa menjadi tidak aman.”

Solusi untuk menguping—sekarang dan di masa depan—adalah penggunaan distribusi kunci kuantum (QKD).

Dalam komunikasi kuantum, menguping pesan mengganggu transmisi kunci kuantum. Slater: “Jika sinyal kuantum terganggu, pengguna tahu untuk tidak menggunakan kunci yang dihasilkan untuk jalur komunikasi aman mereka.

Setelah kunci kuantum berhasil dibagikan dengan penerima yang dituju, komunikasi aman lainnya mendapat manfaat dari ‘kerahasiaan ke depan’: jaminan bahwa distribusi kunci tidak dapat dipecahkan sekarang atau di masa depan.”

“Sayangnya, sistem QKD yang tersedia secara komersial saat ini sulit untuk diskalakan dalam jaringan,” jelas Slater.

“Untuk mengatasi semua masalah ini, kami telah membangun sistem QKD pengukuran-perangkat independen (MDI), di mana banyak pengguna dapat terhubung melalui node pusat yang beroperasi seperti operator papan sakelar telepon biasa. Yang penting, node pusat tidak perlu dipercaya. Seluruh sistem dirancang sedemikian rupa sehingga serangan peretasan terhadap node pusat tidak dapat merusak keamanan protokol.”

Jaringan kuantum yang dapat diskalakan

Slater: “Keuntungan utama sistem kami dibandingkan sistem QKD lainnya adalah penskalaannya ke banyak pengguna. MDI-QKD kami dapat digunakan dalam jaringan fisik tipe bintang.”

“Para peneliti di QuTech sebelumnya telah melakukan demonstrasi pembuktian prinsip pertama dari MDI-QKD, demonstrasi pertama atas serat yang digunakan, dan demonstrasi pertama menggunakan perangkat keras yang hemat biaya.”

“Pencapaian signifikan yang kami tunjukkan di sini untuk pertama kalinya, adalah sinyal kuantum kami ditransmisikan melalui serat yang sama dengan lalu lintas internet konvensional,” kata Slater.

“Menggunakan peralatan standar yang disediakan dan dikonfigurasikan Cisco dengan kami, kami membangun dua jaringan internet multipleks antara lokasi melalui serat optik yang sama. Keberadaan dua jaringan ini tidak memengaruhi kinerja sistem kuantum kami. Pada dasarnya, kami telah menunjukkan bagaimana sistem kami dapat hidup berdampingan, secara paralel”

“Ini merupakan perkembangan penting dalam menjamin keamanan lalu lintas internet di masa mendatang,” kata Babak Fouladi, Chief Digital and Technology Officer sekaligus anggota Executive Board KPN.

“Saya senang bahwa kami dapat berkontribusi untuk membuat wawasan ini praktis menggunakan jaringan Belanda. Solusi seperti MDI-QKD seharusnya tidak hanya melindungi pengguna saat ini, tetapi juga membuat komunikasi sedekat mungkin dengan masa depan.”

Demonstrasi di Delft–Rijswijk–Den Haag

Sistem saat ini terdiri dari tiga rak telekomunikasi standar, masing-masing di kota yang berbeda di Belanda. ‘Pengguna’ pertama yang terhubung ke pengaturan demo diberi nama kode Alice dan berada di Delft.

Pengguna kedua, bernama Bob, duduk di gedung KPN di Den Haag. Node pusat, Charlie, terletak di antara. Setiap pengguna terhubung ke node pusat dengan serat optik standar.

Selanjutnya, pengguna dan node pusat dapat berkomunikasi melalui internet normal, baik secara langsung melalui serat optik (yang sama), atau secara tidak langsung melalui koneksi internet apa pun.

Terakhir, penerapan MDI-QKD merupakan langkah penting menuju internet kuantum masa depan.

Jaringan ini dirancang untuk dapat diupgrade di masa mendatang: pengguna seperti Alice dan Bob dapat meningkatkan fungsionalitas mereka (dengan misalnya prosesor kuantum, repeater kuantum, belitan kuantum, memori kuantum, komputer kuantum, apa pun), sedangkan node pusat dan sisa jaringan tetap sama. Jaringan ini tahan masa depan dan siap ditingkatkan untuk masa depan kuantum.

“Ini adalah tonggak besar, dan landasan penting untuk penyebaran infrastruktur jaringan kuantum nasional di Belanda. Itu adalah salah satu tujuan utama Teknologi Kuantum Agenda Nasional Belanda, yang sedang dijalankan oleh Quantum Delta NL,” kata Jesse Robbers, direktur Quantum Delta NL—yang menerima €615 juta dari pemerintah Belanda pada April tahun ini.…

Peneliti Identifikasi Magnet Atom Tunggal Yang Sangat Stabil

Posted on July 10, 2021June 7, 2024 by editor

Peneliti Identifikasi Magnet Atom Tunggal Yang Sangat Stabil – Para peneliti di IBS Center for Quantum Nanoscience di Ewha Womans University (QNS) telah menunjukkan bahwa atom disprosium yang bertumpu pada lapisan tipis magnesium oksida memiliki stabilitas magnetik selama berhari-hari.

Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan di Nature Communications mereka telah membuktikan bahwa magnet kecil ini memiliki ketahanan yang ekstrim terhadap fluktuasi medan magnet dan suhu dan akan membalik hanya ketika mereka dibombardir dengan elektron energi tinggi dari mikroskop tunneling pemindaian. sbowin

Dengan menggunakan magnet atom tunggal yang sangat stabil namun dapat diganti ini, tim telah menunjukkan kontrol skala atom dari medan magnet dalam arsitektur kuantum yang dibangun secara artifisial.

“Kemampuan skala atom dan rekayasa presisi medan magnet yang ditunjukkan dalam karya ini menambahkan paradigma baru untuk perangkat logika kuantum dan komputasi kuantum,” kata Dr. Aparajita Singha yang melakukan penelitian sebagai post doc di QNS dan sekarang menjadi pemimpin kelompok di Institut Max Planck untuk Penelitian Solid State. https://www.mustangcontracting.com/

Meskipun magnet muncul pada tingkat atom tunggal, juga disebut spin tidak berpasangan, gugus atom kecil umumnya secara magnetis sangat tidak stabil tanpa kontrol yang cermat terhadap lingkungannya.

Memahami sifat magnetik pada skala kecil seperti itu adalah masalah fisika mendasar, yang secara teknis menjadi sangat penting untuk menciptakan qubit—blok bangunan untuk komputasi kuantum.

Magnetisme pada skala kecil seperti itu dapat dipelajari dan dikendalikan menggunakan tunneling kuantum melalui probe elektroda tajam dalam mikroskop tunneling pemindaian (STM).

Sidik jari dari putaran atom ini dapat diukur menggunakan resonansi spin elektron atom tunggal (ESR). Tim peneliti di QNS menggabungkan penggunaan teknik yang kuat ini untuk menemukan kondisi yang tepat untuk mencapai magnet atom tunggal kuat yang telah lama dicari.

“Membuat magnet ultra-stabil terkecil jauh dari usaha kecil. Dibutuhkan operasi pada batas teknik pengukuran dan menemukan kondisi yang tepat. Pada substrat MgO dua lapis, atom Dy hampir terisolasi tetapi masih terasa cukup terarah untuk mempertahankan polaritas yang ditentukan selama berhari-hari,” menurut Dr. Singha.

Untuk dapat membekukan atom tunggal dan mengukur sinyal kecil mereka, tim menciptakan lingkungan fisik yang ekstrim, termasuk: (a) suhu 1000 kali lebih kecil dari suhu kamar, di mana atom berhenti melayang di permukaan, (b) vakum lebih kuat dari kosong ruang, sehingga atom tidak terkontaminasi oleh pengotor yang sebaliknya akan membiaskan hasil kami, dan (c) permukaan kristal sangat bersih dengan hampir tidak ada apa pun di atasnya selain atom tunggal yang diinginkan.

Adapun alat itu sendiri, mereka mengambil atom Fe (besi) tunggal satu per satu di ujung STM hingga mencapai rasio signal-to-noise yang cukup di ESR, bahkan tanpa adanya medan magnet eksternal (umumnya 30-50 atom). Karena keadaan elektronik magnet Dy-atom ultrastabil (orbital 4f) terlalu terlindung untuk pengukuran STM, para peneliti mengukur proyeksi medan magnetnya pada sensor atom Fe yang lebih mudah diukur, ditempatkan di lokasi yang ditentukan pada permukaan yang sama.

Menggunakan ujung STM yang sama, mereka juga mengatur magnet atom Dy tunggal di lokasi kisi yang berbeda dari substrat kristal di sekitar atom Fe sensor.

Pembalikan yang disengaja dari masing-masing magnet Dy-atom mengubah medan magnet di lokasi sensor Fe-atom dengan diskrit yang tepat, yang kemudian diukur agar stabil selama berhari-hari menggunakan ESR.

Magnet atom tunggal ultrastabil yang dapat diganti yang ditempatkan di lokasi yang tepat secara atom menyediakan kotak peralatan untuk kontrol medan magnet yang sangat lokal namun presisi.

Setelah keadaan magnet diatur, itu dipertahankan secara otomatis tanpa perlu magnet eksternal yang besar dan mahal. Dr Singha menyimpulkan bahwa, “tunability skala atom dari medan magnet adalah alat kontrol yang kuat untuk sirkuit kuantum berbasis permukaan masa depan.”…

Alat Kecil: Mengontrol Tetesan Air Dengan Reaktor Biokimia

Posted on July 10, 2021June 7, 2024 by editor

Alat Kecil: Mengontrol Tetesan Air Dengan Reaktor Biokimia – Miniaturisasi dengan cepat membentuk kembali bidang biokimia, dengan munculnya teknologi seperti mikrofluida dan perangkat “lab-on-a-chip” yang menggemparkan dunia.

Reaksi kimia yang biasanya dilakukan dalam termos dan tabung sekarang dapat dilakukan dalam tetesan air kecil tidak lebih besar dari beberapa sepersejuta liter. sbobet365

Khususnya, dalam teknik sandwiching droplet-array, tetesan kecil seperti itu diletakkan secara teratur pada dua permukaan datar paralel yang berlawanan satu sama lain.

Dengan mendekatkan permukaan atas ke bagian bawah, setiap tetesan atas membuat kontak dengan tetesan bawah yang berlawanan, bertukar bahan kimia dan mentransfer partikel atau bahkan sel.

Secara harfiah, tetesan ini dapat bertindak sebagai ruang reaksi kecil atau kultur sel, dan mereka juga dapat memenuhi peran alat penanganan cairan seperti pipet tetapi dalam skala yang jauh lebih kecil.

Masalah dengan droplet-array sandwiching adalah tidak ada kontrol individu terhadap droplet; setelah permukaan atas diturunkan, setiap tetesan di permukaan bawah harus membuat kontak dengan satu di permukaan atas. americandreamdrivein.com

Dengan kata lain, teknologi ini terbatas pada operasi batch, yang membatasi keserbagunaannya dan membuatnya lebih mahal.

Mungkinkah ada cara sederhana untuk memilih tetesan mana yang harus bersentuhan ketika permukaan didekatkan?

Terima kasih kepada Profesor Satoshi Konishi dan rekan-rekannya di Universitas Ritsumeikan, Jepang, jawabannya adalah ya.

Dalam sebuah penelitian baru-baru ini yang diterbitkan dalam Scientific Reports, tim ilmuwan ini mempresentasikan teknik baru yang memungkinkan seseorang untuk secara individual memilih tetesan untuk kontak dalam susunan susunan tetesan.

Gagasan di balik pendekatan mereka cukup mudah: Jika kita dapat mengontrol ketinggian masing-masing tetesan di permukaan bawah untuk membuat beberapa titik berdiri lebih tinggi daripada yang lain, kita dapat mendekatkan kedua permukaan sedemikian rupa sehingga hanya tetesan tersebut yang melakukan kontak dengan rekan-rekan mereka sambil menghemat beristirahat. Bagaimana ini sebenarnya dicapai, bagaimanapun, sedikit lebih sulit.

Para peneliti sebelumnya telah mencoba menggunakan listrik untuk mengontrol “keterbasahan” bahan dielektrik di area di bawah setiap tetesan.

Pendekatan ini, yang dikenal sebagai “electrowetting-on-dielectric (EWOD),” memungkinkan seseorang sedikit mengubah keseimbangan gaya yang menahan tetesan air bersama-sama saat beristirahat di permukaan.

Dengan menerapkan tegangan listrik di bawah tetesan, dimungkinkan untuk membuatnya sedikit menyebar, meningkatkan luasnya dan mengurangi ketinggiannya.

Namun, tim menemukan bahwa proses ini tidak mudah dibalik, karena tetesan tidak akan secara spontan memulihkan ketinggian aslinya setelah tegangan dimatikan.

Untuk mengatasi masalah ini, mereka mengembangkan elektroda EWOD dengan pola hidrofilik-hidrofobik.

Ketika elektroda dihidupkan, proses yang dijelaskan sebelumnya membuat tetesan di atasnya menyebar dan menjadi lebih pendek.

Sebaliknya, ketika elektroda dimatikan, bagian hidrofobik luar elektroda menolak droplet sedangkan bagian hidrofilik bagian dalam menariknya. Ini mengembalikan bentuk asli, dan tinggi, dari tetesan.

Para peneliti memamerkan metode mereka dengan meletakkan beberapa elektroda EWOD di permukaan bawah platform sandwich array droplet.

Dengan hanya menerapkan tegangan ke elektroda yang dipilih, mereka dapat dengan mudah memilih pasangan tetesan mana yang bersentuhan saat platform atas diturunkan. Dalam demonstrasi mereka, mereka mentransfer pewarna merah dari tetesan atas ke hanya beberapa tetesan bawah.

“Pendekatan kami dapat digunakan untuk mengatur kontak individu antara tetesan secara elektrik, memungkinkan kami dengan mudah mengontrol konsentrasi bahan kimia dalam tetesan ini atau bahkan mentransfer sel hidup dari satu ke yang lain,” jelas Prof. Konishi.

Studi ini membuka jalan bagi kombinasi yang berpotensi bermanfaat dari teknik penanganan droplet dan otomatisasi.

“Kami membayangkan teknologi lab-on-chip menggunakan droplet akan menggantikan operasi manual konvensional yang menggunakan alat seperti pipet, sehingga meningkatkan efisiensi penyaringan obat. Pada gilirannya, ini akan mempercepat proses penemuan obat,” tegas Prof. Konishi.

Dia menambahkan bahwa kultur sel dalam tetesan gantung, yang telah digunakan di bidang biologi sel, juga akan membuat evaluasi obat dan bahan kimia berbasis sel lebih murah dan lebih cepat, yang merupakan alat berharga untuk biokimia dan biologi sel.

Mari kita berharap buah dari teknologi ini “jatuh” sebentar lagi.…

Mengapa Antimateri Begitu Sedikit di Alam Semesta

Posted on July 10, 2021June 7, 2024 by editor

Mengapa Antimateri Begitu Sedikit di Alam Semesta – Bayangkan sebuah partikel debu di awan badai, dan Anda bisa mendapatkan gambaran tentang ketidakpentingan neutron dibandingkan dengan besarnya molekul yang didiaminya.

Tapi seperti butiran debu yang dapat mempengaruhi lintasan awan, sebuah neutron dapat mempengaruhi energi molekulnya meskipun ukurannya kurang dari sepersejuta. http://sbobetslot.sg-host.com/

Dan sekarang fisikawan di MIT dan di tempat lain telah berhasil mengukur efek kecil neutron dalam molekul radioaktif.

Tim telah mengembangkan teknik baru untuk memproduksi dan mempelajari molekul radioaktif berumur pendek dengan jumlah neutron yang dapat mereka kendalikan dengan tepat. Mereka memilih sendiri beberapa isotop dari molekul yang sama, masing-masing dengan satu neutron lebih banyak daripada yang berikutnya.

Ketika mereka mengukur energi setiap molekul, mereka mampu mendeteksi perubahan kecil, hampir tak terlihat dari ukuran nuklir, karena efek dari satu neutron. https://americandreamdrivein.com/

Fakta bahwa mereka dapat melihat efek nuklir sekecil itu menunjukkan bahwa para ilmuwan sekarang memiliki kesempatan untuk mencari molekul radioaktif semacam itu untuk efek yang lebih halus, yang disebabkan oleh materi gelap, misalnya, atau oleh efek sumber baru pelanggaran simetri yang terkait dengan beberapa dari misteri alam semesta saat ini.

“Jika hukum fisika simetris seperti yang kita pikirkan, maka Big Bang seharusnya menciptakan materi dan antimateri dalam jumlah yang sama.”

“Fakta bahwa sebagian besar dari apa yang kita lihat adalah materi, dan hanya ada sekitar satu bagian per miliar antimateri, berarti ada pelanggaran terhadap simetri fisika yang paling mendasar, dengan cara yang tidak dapat kami jelaskan dengan semua yang kami ketahui,” kata Ronald Fernando Garcia Ruiz, asisten profesor fisika di MIT.

“Sekarang kita memiliki kesempatan untuk mengukur pelanggaran simetri ini, menggunakan molekul radioaktif berat ini, yang memiliki kepekaan ekstrim terhadap fenomena nuklir yang tidak dapat kita lihat pada molekul lain di alam,” katanya. “Itu bisa memberikan jawaban atas salah satu misteri utama bagaimana alam semesta diciptakan.”

Ruiz dan rekan-rekannya telah menerbitkan hasil mereka hari ini di Physical Review Letters.

Asimetri khusus

Sebagian besar atom di alam memiliki inti bulat yang simetris, dengan neutron dan proton terdistribusi secara merata.

Tetapi dalam elemen radioaktif tertentu seperti radium, inti atom berbentuk buah pir yang aneh, dengan distribusi neutron dan proton yang tidak merata di dalamnya.

Fisikawan berhipotesis bahwa distorsi bentuk ini dapat meningkatkan pelanggaran simetri yang memberi asal pada materi di alam semesta.

“Inti radioaktif memungkinkan kita untuk dengan mudah melihat efek yang melanggar simetri ini,” kata penulis utama studi Silviu-Marian Udrescu, seorang mahasiswa pascasarjana di Departemen Fisika MIT.

“Kerugiannya adalah, mereka sangat tidak stabil dan hidup untuk waktu yang sangat singkat, jadi kami membutuhkan metode sensitif untuk memproduksi dan mendeteksi mereka dengan cepat.”

Alih-alih mencoba untuk menemukan inti radioaktif sendiri, tim menempatkan mereka dalam molekul yang semakin memperkuat kepekaan terhadap pelanggaran simetri.

Molekul radioaktif terdiri dari setidaknya satu atom radioaktif, terikat pada satu atau lebih atom lain.

Setiap atom dikelilingi oleh awan elektron yang bersama-sama menghasilkan medan listrik yang sangat tinggi dalam molekul yang diyakini fisikawan dapat memperkuat efek nuklir halus, seperti efek pelanggaran simetri.

Namun, selain dari proses astrofisika tertentu, seperti penggabungan bintang neutron, dan ledakan bintang, molekul radioaktif yang diinginkan tidak ada di alam dan oleh karena itu harus dibuat secara artifisial.

Garcia Ruiz dan rekan-rekannya telah menyempurnakan teknik untuk membuat molekul radioaktif di laboratorium dan mempelajari sifat-sifatnya dengan tepat.

Tahun lalu, mereka melaporkan metode untuk menghasilkan molekul radium monofluorida, atau RaF, molekul radioaktif yang mengandung satu atom radium tidak stabil dan atom fluorida.

Dalam studi baru mereka, tim menggunakan teknik serupa untuk menghasilkan isotop RaF, atau versi molekul radioaktif dengan jumlah neutron yang bervariasi.

Seperti yang mereka lakukan dalam percobaan sebelumnya, para peneliti menggunakan fasilitas Pemisah Massa Isotop On-Line, atau ISOLDE, di CERN, di Jenewa, Swiss, untuk menghasilkan sejumlah kecil isotop RaF.

Fasilitas tersebut menampung sinar proton berenergi rendah, yang diarahkan oleh tim ke sebuah target—cakram uranium-karbida berukuran setengah dolar, di mana mereka juga menyuntikkan gas karbon fluorida.

Reaksi kimia berikutnya menghasilkan kebun binatang molekul, termasuk RaF, yang dipisahkan tim menggunakan sistem laser, medan elektromagnetik, dan perangkap ion yang presisi.

Para peneliti mengukur massa setiap molekul untuk memperkirakan jumlah neutron dalam inti radium molekul. Mereka kemudian mengurutkan molekul berdasarkan isotop, sesuai dengan jumlah neutronnya.

Pada akhirnya, mereka memilah lima isotop RaF yang berbeda, masing-masing membawa lebih banyak neutron daripada yang berikutnya. Dengan sistem laser terpisah, tim mengukur tingkat kuantum setiap molekul.

“Bayangkan sebuah molekul bergetar seperti dua bola pada pegas, dengan asejumlah energi tertentu,” jelas Udrescu, mahasiswa pascasarjana Laboratorium Ilmu Nuklir MIT.

“Jika Anda mengubah jumlah neutron di salah satu bola ini, jumlah energi bisa berubah. Tapi satu neutron adalah 10 juta kali lebih kecil dari sebuah molekul, dan dengan presisi kami saat ini, kami tidak berharap bahwa mengubah satu akan menciptakan perbedaan energi, tetapi itu terjadi. Dan kami dapat dengan jelas melihat efek ini.”

Udrescu membandingkan sensitivitas pengukuran untuk dapat melihat bagaimana Gunung Everest, yang ditempatkan di permukaan matahari, dapat, betapapun kecilnya, mengubah jari-jari matahari.

Sebagai perbandingan, melihat efek tertentu dari pelanggaran simetri akan seperti melihat bagaimana lebar sehelai rambut manusia akan mengubah jari-jari matahari.

Hasilnya menunjukkan bahwa molekul radioaktif seperti RaF sangat sensitif terhadap efek nuklir dan sensitivitasnya mungkin mengungkapkan efek yang lebih halus dan belum pernah terlihat sebelumnya, seperti sifat nuklir kecil yang melanggar simetri, yang dapat membantu menjelaskan materi-antimater alam semesta. asimetri.

“Molekul radioaktif yang sangat berat ini istimewa dan memiliki kepekaan terhadap fenomena nuklir yang tidak dapat kita lihat pada molekul lain di alam,” kata Udrescu.

“Ini menunjukkan bahwa, ketika kita mulai mencari efek yang melanggar simetri, kita memiliki peluang besar untuk melihatnya dalam molekul-molekul ini.”…

Simulasi Pemecah Rekor Struktur Terkecil Turbulensi

Posted on July 10, 2021June 7, 2024 by editor

Simulasi Pemecah Rekor Struktur Terkecil Turbulensi – Saat Anda menuangkan krim ke dalam secangkir kopi, cairan kental tampaknya menyebar perlahan ke seluruh cangkir.

Ambil sendok atau sedotan pencampur ke cangkir, dan krim dan kopi tampaknya dengan cepat dan mulus bergabung menjadi warna yang lebih terang dan, setidaknya untuk beberapa, minuman yang lebih menyenangkan. sunday999

Ilmu di balik anekdot yang relatif sederhana ini sebenarnya berbicara tentang kebenaran yang lebih besar tentang dinamika fluida yang kompleks dan mendukung banyak kemajuan yang dibuat dalam transportasi, pembangkit listrik, dan teknologi lainnya sejak era industri—gerakan kacau acak yang dikenal sebagai turbulensi memainkan peran penting. dalam proses kimia dan industri yang mengandalkan pencampuran cairan yang berbeda secara efektif.

Sementara para ilmuwan telah lama mempelajari aliran fluida turbulen, sifat kacau yang melekat pada mereka telah mencegah para peneliti mengembangkan daftar lengkap “aturan” yang dapat diandalkan, atau model universal untuk menggambarkan dan memprediksi turbulensi secara akurat.

Tantangan tinggi ini telah meninggalkan turbulensi sebagai salah satu “tantangan besar” besar terakhir yang belum terpecahkan dalam fisika. www.americannamedaycalendar.com

Dalam beberapa tahun terakhir, sumber daya komputasi kinerja tinggi (HPC) telah memainkan peran yang semakin penting dalam mendapatkan wawasan tentang bagaimana turbulensi memengaruhi cairan dalam berbagai keadaan.

Baru-baru ini, para peneliti dari RWTH Aachen University dan fasilitas penelitian CORIA (CNRS UMR 6614) di Prancis telah menggunakan sumber daya HPC di Jülich Supercomputing Center (JSC), salah satu dari tiga pusat HPC yang terdiri dari Gauss Center for Supercomputing (GCS), untuk menjalankan simulasi numerik langsung (DNS) resolusi tinggi dari pengaturan turbulen termasuk api jet.

Meskipun sangat mahal secara komputasi, DNS turbulensi memungkinkan peneliti mengembangkan model yang lebih baik untuk berjalan pada sumber daya komputasi yang lebih sederhana yang dapat membantu peneliti akademis atau industri menggunakan efek turbulensi pada aliran fluida tertentu.

“Tujuan penelitian kami adalah untuk meningkatkan model ini, khususnya dalam konteks aplikasi pembakaran dan pencampuran,” kata Dr. Michael Gauding, ilmuwan dan peneliti CORIA pada proyek tersebut.

Karya tim baru-baru ini dinamai makalah terkemuka dari kolokium “Turbulent Flames”, yang terjadi sebagai bagian dari Simposium Internasional ke-38 tentang Pembakaran.

Mulai dan berhenti

Meskipun tampaknya acak, karakteristik kacau, para peneliti telah mengidentifikasi beberapa sifat penting yang universal, atau setidaknya sangat umum, untuk turbulensi dalam kondisi tertentu.

Para peneliti yang mempelajari bagaimana campuran bahan bakar dan udara dalam reaksi pembakaran, misalnya, mengandalkan turbulensi untuk memastikan efisiensi pencampuran yang tinggi.

Sebagian besar gerakan turbulen yang penting itu mungkin berasal dari apa yang terjadi di area tipis di dekat tepi api, di mana gerakan kacaunya bertabrakan dengan cairan yang mengalir lebih lancar di sekitarnya.

Area ini, antarmuka turbulen-non-turbulen (TNTI), memiliki implikasi besar untuk memahami pencampuran turbulen.

Saat menjalankan perhitungan DNS mereka, Gauding dan kolaboratornya, Mathis Bode dari RWTH Aachen, secara khusus berfokus pada beberapa fenomena yang lebih halus dan lebih kompleks yang terjadi di TNTI.

Secara khusus, para peneliti ingin lebih memahami fluktuasi yang jarang namun kuat yang disebut “intermiten”—proses tidak teratur yang terjadi secara lokal tetapi dengan amplitudo yang sangat tinggi.

Dalam nyala api yang bergolak, intermiten meningkatkan efisiensi pencampuran dan pembakaran tetapi terlalu banyak juga dapat memadamkan nyala api.

Para ilmuwan membedakan antara intermittensi internal, yang terjadi pada skala terkecil dan merupakan ciri khas dari setiap aliran turbulen yang berkembang penuh, dan intermittensi eksternal, yang memanifestasikan dirinya di tepi nyala api dan tergantung pada struktur TNTI.

Bahkan dengan menggunakan sumber daya HPC kelas dunia, menjalankan simulasi DNS turbulensi yang besar membutuhkan biaya komputasi yang mahal, karena peneliti tidak dapat menggunakan asumsi tentang gerakan fluida, melainkan menyelesaikan persamaan yang mengatur untuk semua skala yang relevan dalam sistem tertentu—dan rentang skala meningkat seiring dengan “kekuatan” turbulensi sebagai hukum kekuasaan.

Bahkan di antara para peneliti dengan akses ke sumber daya HPC, simulasi seringkali tidak memiliki resolusi yang diperlukan untuk menyelesaikan intermittency sepenuhnya, yang terjadi pada lapisan tipis yang terbatas.

Untuk Bode dan Gauding, memahami turbulensi skala kecil yang terjadi pada batas tipis api adalah intinya. “Simulasi kami sangat terselesaikan dan tertarik pada lapisan tipis ini,” kata Bode.

“Untuk produksi berjalan, resolusi simulasi secara signifikan lebih tinggi dibandingkan dengan simulasi DNS serupa untuk secara akurat menyelesaikan ledakan kuat yang terhubung ke intermittency.”

Para peneliti dapat menggunakan superkomputer JUQUEEN, JURECA, dan JUWELS di JSC untuk membangun database simulasi turbulensi yang komprehensif.

Misalnya, satu simulasi dijalankan selama beberapa hari pada modul JUQUEEN penuh, menggunakan semua 458.752 inti komputasi selama “Pekan Besar” pusat pada tahun 2019, mensimulasikan aliran jet dengan sekitar 230 miliar titik jaringan.

Mencampur dan mencocokkan

Dengan pemahaman yang lebih baik tentang peran intermittency, tim mengambil data dari DNS mereka dan menggunakannya untuk meningkatkan simulasi eddy besar (LES) yang tidak terlalu menuntut komputasi.

Meskipun masih sangat akurat untuk berbagai tujuan penelitian, LES berada di antara simulasi ab initio yang dimulai tanpa asumsi dan model yang telah menerapkan aturan tertentu tentang bagaimana cairan akan berperilaku.

Mempelajari nyala api jet yang bergejolak memiliki implikasi untuk berbagai tujuan teknik, dari teknologi kedirgantaraan hingga pembangkit listrik.

Sementara banyak peneliti yang mempelajari dinamika fluida memiliki akses ke sumber daya HPC seperti yang ada di JSC, yang lain tidak.

Model LES seringkali dapat berjalan pada sumber daya komputasi yang lebih sederhana, dan tim dapat menggunakan data DNS mereka untuk membantu menginformasikan model LES ini dengan lebih baik, membuat simulasi yang tidak terlalu menuntut komputasi menjadi lebih akurat. “Secara umum, model LES yang ada saat ini tidak mampu menjelaskan fenomena tersebut secara akurat di sekitar TNTI,” kata Gauding.

Tim dapat meningkatkan penerapannya untuk memanfaatkan sepenuhnya sumber daya komputasi JSC secara parsial dengan berpartisipasi secara teratur dalam acara pelatihan dan lokakarya yang diadakan di JSC.

Meskipun sudah dapat memanfaatkan daya HPC dalam jumlah besar, tim menyadari bahwa tantangan ilmiah ini cukup kompleks sehingga bahkan sistem HPC generasi berikutnya mampu mencapai kinerja exascale—sedikit lebih dari dua kali lebih cepat dari superkomputer tercepat saat ini, Fugaku. superkomputer di RIKEN di Jepang—mungkin tidak dapat sepenuhnya mensimulasikan dinamika turbulen ini.

Namun, setiap kemajuan komputasi memungkinkan tim untuk meningkatkan derajat kebebasan dan memasukkan fisika tambahan dalam simulasi mereka.

Para peneliti juga melihat untuk menggunakan lebih banyak pendekatan berbasis data untuk memasukkan intermittency dalam simulasi, serta meningkatkan, mengembangkan, dan memvalidasi model berdasarkan data DNS tim.…

Para Ilmuwan Usulkan Sumber Daya Jet Tenaga Surya

Posted on July 9, 2021June 7, 2024 by editor

Para Ilmuwan Usulkan Sumber Daya Jet Tenaga Surya – Sepertinya tidak ada yang lebih akrab daripada matahari di langit. Tetapi pusaran misterius, pancaran, dan kilatan cahaya kuat yang tidak dapat dijelaskan oleh para ilmuwan terjadi di atmosfer luar matahari sepanjang waktu.

Sekarang, para peneliti di Laboratorium Fisika Plasma Princeton (PPPL) Departemen Energi AS (DOE) telah memperoleh wawasan tentang fenomena yang membingungkan ini. gabungsbo

Menggunakan komputer yang kuat untuk mensimulasikan atmosfer matahari, atau korona, para peneliti menemukan bahwa pusaran dan kilatan cahaya sinar-X, bersama-sama dikenal sebagai jet koronal, dapat disebabkan oleh gumpalan plasma yang muncul dari matahari dalam bentuk bola yang menyerupai magnet. bentuk yang dikenal sebagai spheromaks.

“Penelitian ini mengkonfirmasi firasat fisikawan PPPL Masaaki Yamada, yang pertama kali memiliki ide tersebut,” kata Joshua Latham, penulis pertama makalah yang melaporkan hasil dalam Physics of Plasmas.

Latham menyelesaikan penelitiannya sebagai bagian dari tesis seniornya untuk departemen fisika ketika dia masih sarjana di Universitas Princeton.

Dia saat ini adalah mahasiswa doktoral di departemen Teknik Nuklir dan Ilmu Radiologi di University of Michigan. https://www.americannamedaycalendar.com/

Jet koronal besar, meskipun berasal 93 juta mil jauhnya di matahari, dapat mempengaruhi kita di Bumi. Jet dapat berkontribusi pada pencurahan partikel yang dikenal sebagai angin matahari yang dapat menyerang atmosfer luar planet kita dan mengganggu satelit komunikasi dan jaringan listrik.

Jet yang lebih kecil, yang dipelajari di PPPL, juga berkontribusi pada angin matahari, dan bersama dengan semburan cahaya sinar-X dapat membantu memanaskan korona.

Wawasan apa pun tentang bagaimana jet terbentuk dapat membantu para ilmuwan untuk memprediksi kemunculannya dan mempersiapkan Bumi untuk dampaknya.

Simulasi menunjukkan bahwa struktur magnet berbentuk kubah terbentuk di permukaan matahari sebelum pancaran koronal.

Kemudian, garis-garis medan magnet di bagian bawah struktur terlepas dari permukaan matahari dalam proses yang dikenal sebagai rekoneksi magnetik, pemutusan dan penyambungan kembali medan magnet yang terjadi di seluruh alam semesta.

Sekarang kubah mulai miring. Saat melakukannya, garis medan magnet atas menyentuh garis di sekitarnya dan membuat putaran penyambungan kembali lainnya.

Plasma di dalam kubah kemudian mempercepat dan melepaskan energi magnet yang tersimpan. “Intinya, hasil ini menunjukkan proses fisik yang harus terjadi untuk menghasilkan kilatan sinar-X,” kata Latham.

“Simulasi sebelumnya menunjukkan bahwa pancaran koronal berasal dari penyambungan kembali, tetapi tidak ada yang yakin seperti apa konfigurasi magnetik pada awal proses itu,” katanya.

“Temuan ini menunjukkan bahwa spheromak mungkin merupakan struktur asalnya, dan kemiringannya memicu penyambungan kembali.”

Bagi seorang ilmuwan yang mempelajari plasma, keadaan materi keempat yang terdiri dari gas super panas yang menghantarkan listrik, matahari adalah subjek alami.

“Kami mempelajari plasma di sini di PPPL, dan bintang terbuat dari plasma,” kata fisikawan PPPL Elena Belova, yang memodifikasi kode komputer yang menghasilkan simulasi dan bersama dengan Yamada mengawasi proyek Latham.

“Dan jika Anda ingin mempelajari plasma dan bintang, masuk akal untuk mempelajari bintang di sebelah kita,” katanya.

Fisikawan juga telah menguji spheromaks sebagai cara yang mungkin untuk memanfaatkan energi fusi di Bumi yang menggerakkan matahari dan bintang-bintang.

Fusi menggabungkan elemen ringan dalam bentuk plasma untuk menghasilkan energi dalam jumlah besar.

Para ilmuwan sedang berusaha untuk mereplikasi fusi untuk pasokan daya yang hampir tidak ada habisnya untuk menghasilkan listrik.

Yamada dan rekan sekarang akan menggunakan perangkat PPPL yang dikenal sebagai Magnetic Reconnection Experiment (MRX) untuk menguji ide spheromak di laboratorium. Pendanaan pekerjaan itu adalah hibah dari Badan Penerbangan dan Antariksa Nasional (NASA).…

Antara Kamera Inframerah Dan Kecerdasan Buatan

Posted on July 9, 2021June 7, 2024 by editor

Antara Kamera Inframerah Dan Kecerdasan Buatan – Merebus bukan hanya untuk menghangatkan makan malam. Ini juga untuk mendinginkan segalanya.

Mengubah cairan menjadi gas menghilangkan energi dari permukaan yang panas, dan menjaga segala sesuatu mulai dari pembangkit listrik tenaga nuklir hingga chip komputer yang kuat dari panas berlebih. Tetapi ketika permukaan menjadi terlalu panas, mereka mungkin mengalami apa yang disebut krisis mendidih. playsbo

Dalam krisis mendidih, gelembung terbentuk dengan cepat, dan sebelum mereka terlepas dari permukaan yang dipanaskan, mereka saling menempel, membentuk lapisan uap yang mengisolasi permukaan dari cairan pendingin di atasnya. Suhu naik lebih cepat dan dapat menyebabkan bencana.

Operator ingin memprediksi kegagalan seperti itu, dan penelitian baru menawarkan wawasan tentang fenomena tersebut menggunakan kamera inframerah berkecepatan tinggi dan pembelajaran mesin.

Matteo Bucci, Norman C. Rasmussen Asisten Profesor Ilmu Nuklir dan Teknik di MIT, memimpin pekerjaan baru, diterbitkan 23 Juni di Applied Physics Letters.

Dalam penelitian sebelumnya, timnya menghabiskan hampir lima tahun mengembangkan teknik di mana pembelajaran mesin dapat merampingkan pemrosesan gambar yang relevan. www.mrchensjackson.com

Dalam pengaturan eksperimental untuk kedua proyek, pemanas transparan sepanjang 2 sentimeter berada di bawah bak air. Sebuah kamera inframerah berada di bawah pemanas, menunjuk ke atas dan merekam pada 2.500 frame per detik dengan resolusi sekitar 0,1 milimeter.

Sebelumnya, orang yang mempelajari video harus menghitung gelembung secara manual dan mengukur karakteristiknya, tetapi Bucci melatih jaringan saraf untuk melakukan tugas tersebut, memotong proses tiga minggu menjadi sekitar lima detik.

“Kemudian kami berkata, “Mari kita lihat apakah selain hanya memproses data, kita benar-benar dapat mempelajari sesuatu dari kecerdasan buatan,” kata Bucci.

Tujuannya adalah untuk memperkirakan seberapa dekat air itu dengan krisis mendidih. Sistem melihat 17 faktor yang disediakan oleh AI pemrosesan gambar: “kepadatan situs nukleasi” (jumlah situs per satuan luas tempat gelembung tumbuh secara teratur di permukaan yang dipanaskan), serta, untuk setiap bingkai video, rata-rata inframerah radiasi di situs tersebut dan 15 statistik lainnya tentang distribusi radiasi di sekitar situs tersebut, termasuk bagaimana mereka berubah dari waktu ke waktu.

Menemukan formula yang secara manual menimbang semua faktor tersebut akan menghadirkan tantangan yang menakutkan. Tapi “kecerdasan buatan tidak dibatasi oleh kecepatan atau kapasitas penanganan data otak kita,” kata Bucci. Lebih lanjut, “pembelajaran mesin tidak bias” oleh hipotesis kami sebelumnya tentang mendidih.

Untuk mengumpulkan data, mereka merebus air pada permukaan indium timah oksida, dengan sendirinya atau dengan salah satu dari tiga lapisan: daun nano oksida tembaga, kawat nano seng oksida, atau lapisan nanopartikel silikon dioksida.

Mereka melatih jaringan saraf pada 85 persen data dari tiga permukaan pertama, kemudian mengujinya pada 15 persen data dari kondisi tersebut ditambah data dari permukaan keempat, untuk melihat seberapa baik hal itu dapat digeneralisasi ke kondisi baru.

Menurut satu metrik, itu 96 persen akurat, meskipun belum dilatih di semua permukaan. “Model kami tidak hanya menghafal fitur,” kata Bucci. “Itu masalah khas dalam pembelajaran mesin. Kami mampu mengekstrapolasi prediksi ke permukaan yang berbeda.”

Tim juga menemukan bahwa semua 17 faktor berkontribusi signifikan terhadap akurasi prediksi (meskipun beberapa lebih dari yang lain).

Selanjutnya, alih-alih memperlakukan model sebagai kotak hitam yang menggunakan 17 faktor dengan cara yang tidak diketahui, mereka mengidentifikasi tiga faktor perantara yang menjelaskan fenomena tersebut: kepadatan situs nukleasi, ukuran gelembung (yang dihitung dari delapan dari 17 faktor), dan produk waktu pertumbuhan dan frekuensi keberangkatan gelembung (yang dihitung dari 12 dari 17 faktor).

Bucci mengatakan model dalam literatur seringkali hanya menggunakan satu faktor, tetapi karya ini menunjukkan bahwa kita perlu mempertimbangkan banyak faktor, dan interaksinya. “Ini masalah besar.”

“Ini hebat,” kata Rishi Raj, seorang profesor di Institut Teknologi India di Patna, yang tidak terlibat dalam pekerjaan itu.

“Mendidih memiliki fisika yang begitu rumit.” Ini melibatkan setidaknya dua fase materi, dan banyak faktor yang berkontribusi pada sistem yang kacau.

“Hampir tidak mungkin, meskipun setidaknya 50 tahun penelitian ekstensif tentang topik ini, untuk mengembangkan model prediktif,” kata Raj. “Sangat masuk akal bagi kami alat baru pembelajaran mesin.”

Para peneliti telah memperdebatkan mekanisme di balik krisis mendidih. Apakah itu semata-mata hasil dari fenomena di permukaan pemanas, atau juga dari dinamika fluida yang jauh? Karya ini menunjukkan fenomena permukaan cukup untuk meramalkan acara tersebut.

Memprediksi kedekatan dengan krisis mendidih tidak hanya meningkatkan keamanan. Ini juga meningkatkan efisiensi.

Dengan memantau kondisi secara real-time, sistem dapat mendorong chip atau reaktor ke batasnya tanpa membatasinya atau membangun perangkat keras pendingin yang tidak perlu. Ini seperti Ferrari di trek, Bucci mengatakan: “Anda ingin melepaskan kekuatan mesin.”

Sementara itu, Bucci berharap untuk mengintegrasikan sistem diagnostiknya ke dalam feedback loop yang dapat mengontrol perpindahan panas, sehingga mengotomatisasi eksperimen di masa mendatang, memungkinkan sistem untuk menguji hipotesis dan mengumpulkan data baru.

“Idenya benar-benar untuk menekan tombol dan kembali ke lab setelah eksperimen selesai.” Apakah dia khawatir kehilangan pekerjaannya karena mesin? “Kami hanya akan menghabiskan lebih banyak waktu untuk berpikir, tidak melakukan operasi yang dapat diotomatisasi,” katanya. Bagaimanapun: “Ini tentang meningkatkan standar. Ini bukan tentang kehilangan pekerjaan.”…

Para Peneliti Membawa Komunikasi Kuantum Anti-Serangan

Posted on July 9, 2021June 7, 2024 by editor

Para Peneliti Membawa Komunikasi Kuantum Anti-Serangan – Distribusi kunci kuantum (QKD) adalah metode untuk komunikasi aman yang menggunakan mekanika kuantum untuk mengenkripsi informasi. Meskipun keamanan QKD pada prinsipnya tidak dapat dipecahkan, jika diterapkan secara tidak benar, informasi penting masih dapat dicuri oleh penyerang.

Ini dikenal sebagai serangan saluran samping, di mana penyerang mengeksploitasi kelemahan dalam pengaturan sistem informasi untuk menguping pertukaran kunci rahasia. sbotop

Para peneliti dari National University of Singapore (NUS) telah mengembangkan dua metode, satu teoritis dan satu eksperimental, untuk memastikan bahwa komunikasi QKD tidak dapat diserang dengan cara ini.

Yang pertama adalah protokol kriptografi ultra-aman yang dapat digunakan di jaringan komunikasi apa pun yang membutuhkan keamanan jangka panjang.

Yang kedua adalah perangkat pertama dari jenisnya yang mempertahankan sistem QKD terhadap serangan pulsa cahaya terang dengan menciptakan ambang batas daya. https://www.mrchensjackson.com/

“Kemajuan pesat dalam komputasi kuantum dan penelitian algoritmik berarti kami tidak dapat lagi menganggap remeh perangkat lunak keamanan terberat saat ini.

Dua pendekatan baru kami menjanjikan untuk memastikan bahwa sistem informasi yang kami gunakan untuk perbankan, kesehatan, dan infrastruktur penting lainnya serta penyimpanan data dapat menampung segala potensi serangan di masa depan,” kata Asisten Profesor Charles Lim, dari Departemen Teknik Elektro dan Komputer NUS dan Pusat Teknologi Quantum, yang memimpin dua proyek penelitian tersebut.

Protokol komunikasi kuantum masa depan

Biasanya, di QKD, dua pengaturan pengukuran digunakan—satu untuk menghasilkan kunci dan yang lainnya untuk menguji integritas saluran.

Dalam sebuah makalah yang diterbitkan di jurnal Nature Communications pada 17 Mei 2021, tim NUS menunjukkan bahwa dengan protokol baru mereka, pengguna dapat secara mandiri menguji perangkat enkripsi pihak lain dengan membuat kunci rahasia dari dua pengaturan pembuatan kunci yang dipilih secara acak, bukan satu.

Para peneliti menunjukkan bahwa memperkenalkan satu set tambahan pengukuran penghasil kunci untuk pengguna mempersulit penyadap untuk mencuri informasi.

“Ini adalah variasi sederhana dari protokol asli yang memulai bidang ini, tetapi hanya dapat ditangani sekarang berkat perkembangan signifikan dalam alat matematika,” kata Profesor Valerio Scarani, yang merupakan salah satu penemu metode jenis ini dan merupakan rekan -penulis makalah. Dia dari Departemen Fisika NUS dan Pusat Teknologi Quantum.

Dibandingkan dengan protokol QKD ‘device-independen’ asli, protokol baru lebih mudah diatur, dan lebih toleran terhadap noise dan loss.

Ini juga memberi pengguna tingkat keamanan tertinggi yang diizinkan oleh komunikasi kuantum dan memberdayakan mereka untuk memverifikasi perangkat pembangkit kunci mereka sendiri secara independen.

Dengan pengaturan tim, semua sistem informasi yang dibangun dengan QKD ‘device-independen’ akan bebas dari kesalahan konfigurasi dan implementasi.

“Metode kami memungkinkan data aman terhadap penyerang bahkan jika mereka memiliki kekuatan komputasi kuantum tak terbatas.

Pendekatan ini dapat menghasilkan sistem informasi yang benar-benar aman, menghilangkan semua serangan saluran samping dan memungkinkan pengguna akhir untuk memantau keamanan implementasinya dengan mudah dan dengan percaya diri,” jelas Asst Prof Lim.

Perangkat pembatas daya kuantum pertama dari jenisnya

Kriptografi kuantum, dalam praktiknya, menggunakan pulsa optik dengan intensitas cahaya yang sangat rendah untuk bertukar data melalui jaringan yang tidak tepercaya.

Memanfaatkan efek kuantum dapat dengan aman mendistribusikan kunci rahasia, menghasilkan angka yang benar-benar acak, dan bahkan membuat uang kertas yang secara matematis tidak dapat dipalsukan.

Namun, percobaan telah menunjukkan bahwa adalah mungkin untuk menyuntikkan pulsa cahaya terang ke dalam kriptosistem kuantum untuk merusak keamanannya.

Strategi serangan saluran samping ini mengeksploitasi cara cahaya terang yang disuntikkan dipantulkan ke lingkungan luar, untuk mengungkap rahasia yang disimpan dalam sistem kripto kuantum.

Dalam makalah baru yang diterbitkan di PRX Quantum pada 7 Juli 2021, para peneliti NUS melaporkan pengembangan perangkat optik pertama mereka untuk mengatasi masalah tersebut. Ini didasarkan pada efek pengaburan termo-optik untuk membatasi energi cahaya yang masuk.

Para peneliti menggunakan fakta bahwa energi cahaya terang mengubah indeks bias bahan plastik transparan yang tertanam di perangkat, sehingga mengirimkan sebagian kecil cahaya keluar dari saluran kuantum. Ini memberlakukan ambang batas daya.

Pembatas daya tim NUS dapat dilihat sebagai ekuivalen optik dari sekering listrik, kecuali bahwa itu dapat dibalik dan tidak terbakar ketika ambang batas energi dilanggar.

Ini sangat hemat biaya, dan dapat dengan mudah diproduksi dengan komponen yang tersedia. Itu juga tidak memerlukan daya apa pun, sehingga dapat dengan mudah ditambahkan ke sistem kriptografi kuantum apa pun untuk memperkuat keamanan implementasinya.

Asst Prof Lim menambahkan, “Sangat penting untuk menutup kesenjangan antara teori dan praktik komunikasi aman kuantum jika kami ingin menggunakannya untuk Internet Quantum masa depan.

Kami melakukan ini secara holistik—di satu sisi, kami merancang protokol kuantum yang lebih praktis, dan di sisi lain, kami merekayasa perangkat kuantum yang sesuai dengan model matematika yang diasumsikan oleh protokol. Dengan melakukan itu, kami dapat mempersempit kesenjangan secara signifikan.”…

Tim Mengembangkan Simulator Kuantum Dengan 256 qubit

Posted on July 9, 2021June 7, 2024 by editor

Tim Mengembangkan Simulator Kuantum Dengan 256 qubit – Sebuah tim fisikawan dari Harvard-MIT Center for Ultracold Atoms dan universitas lain telah mengembangkan jenis komputer kuantum khusus yang dikenal sebagai simulator kuantum yang dapat diprogram yang mampu beroperasi dengan 256 bit kuantum, atau “qubit”.

Sistem ini menandai langkah besar menuju pembuatan mesin kuantum skala besar yang dapat digunakan untuk menjelaskan sejumlah proses kuantum kompleks dan akhirnya membantu membawa terobosan dunia nyata dalam ilmu material, teknologi komunikasi, keuangan, dan banyak bidang lainnya, mengatasi rintangan penelitian yang berada di luar kemampuan superkomputer tercepat sekalipun saat ini. sbowin

Qubit adalah blok bangunan fundamental di mana komputer kuantum berjalan dan sumber kekuatan pemrosesan besar mereka.

“Ini memindahkan bidang ini ke domain baru yang sejauh ini belum pernah dikunjungi siapa pun,” kata Mikhail Lukin, Profesor Fisika George Vasmer Leverett, salah satu direktur Harvard Quantum Initiative, dan salah satu penulis senior studi tersebut. diterbitkan hari ini di jurnal Nature.

“Kami memasuki bagian yang sama sekali baru dari dunia kuantum.”

Menurut Sepehr Ebadi, seorang mahasiswa fisika di Graduate School of Arts and Sciences dan penulis utama studi tersebut, kombinasi dari ukuran sistem yang belum pernah terjadi sebelumnya dan kemampuan program yang menempatkannya di ujung tombak perlombaan untuk komputer kuantum, yang memanfaatkan sifat misterius materi pada skala yang sangat kecil untuk meningkatkan kekuatan pemrosesan. www.benchwarmerscoffee.com

Dalam keadaan yang tepat, peningkatan qubit berarti sistem dapat menyimpan dan memproses lebih banyak informasi secara eksponensial daripada bit klasik yang dijalankan oleh komputer standar.

“Jumlah keadaan kuantum yang mungkin dengan hanya 256 qubit melebihi jumlah atom di tata surya,” kata Ebadi, menjelaskan ukuran sistem yang sangat besar.

Simulator telah memungkinkan para peneliti untuk mengamati beberapa keadaan kuantum eksotik materi yang belum pernah direalisasikan sebelumnya secara eksperimental, dan untuk melakukan studi transisi fase kuantum yang sangat tepat sehingga berfungsi sebagai contoh buku teks tentang bagaimana magnet bekerja pada tingkat kuantum.

Eksperimen ini memberikan wawasan yang kuat tentang fisika kuantum yang mendasari sifat material dan dapat membantu menunjukkan kepada para ilmuwan bagaimana merancang material baru dengan sifat eksotis.

Proyek ini menggunakan versi platform yang ditingkatkan secara signifikan yang dikembangkan para peneliti pada tahun 2017, yang mampu mencapai ukuran 51 qubit.

Sistem yang lebih tua memungkinkan para peneliti untuk menangkap atom rubidium ultra-dingin dan mengaturnya dalam urutan tertentu menggunakan array satu dimensi dari sinar laser yang terfokus secara individual yang disebut pinset optik.

Sistem baru ini memungkinkan atom untuk dirakit dalam susunan dua dimensi pinset optik. Ini meningkatkan ukuran sistem yang dapat dicapai dari 51 menjadi 256 qubit.

Menggunakan pinset, peneliti dapat mengatur atom dalam pola bebas cacat dan membuat bentuk yang dapat diprogram seperti kisi persegi, sarang lebah, atau segitiga untuk merekayasa interaksi yang berbeda antara qubit.

“Pekerja keras dari platform baru ini adalah perangkat yang disebut modulator cahaya spasial, yang digunakan untuk membentuk muka gelombang optik untuk menghasilkan ratusan balok pinset optik yang difokuskan secara individual,” kata Ebadi.

“Perangkat ini pada dasarnya sama dengan apa yang digunakan di dalam proyektor komputer untuk menampilkan gambar di layar, tetapi kami telah mengadaptasinya menjadi komponen penting dari simulator kuantum kami.”

Pemuatan awal atom ke dalam pinset optik adalah acak, dan para peneliti harus memindahkan atom di sekitar untuk mengaturnya ke dalam geometri target mereka.

Para peneliti menggunakan set kedua pinset optik bergerak untuk menyeret atom ke lokasi yang diinginkan, menghilangkan keacakan awal. Laser memberi para peneliti kendali penuh atas posisi qubit atom dan manipulasi kuantum yang koheren.

Penulis senior lainnya dari penelitian ini termasuk Profesor Harvard Subir Sachdev dan Markus Greiner, yang mengerjakan proyek tersebut bersama dengan Profesor Institut Teknologi Massachusetts Vladan Vuletić, dan ilmuwan dari Stanford, Universitas California Berkeley, Universitas Innsbruck di Austria, Austria Academy of Sciences, dan QuEra Computing Inc. di Boston.

“Pekerjaan kami adalah bagian dari perlombaan global yang sangat intens, dengan visibilitas tinggi untuk membangun komputer kuantum yang lebih besar dan lebih baik,” kata Tout Wang, peneliti fisika di Harvard dan salah satu penulis makalah tersebut.

“Upaya keseluruhan [di luar upaya kami] melibatkan lembaga penelitian akademis terkemuka dan investasi sektor swasta besar dari Google, IBM, Amazon, dan banyak lainnya.”

Para peneliti saat ini bekerja untuk meningkatkan sistem dengan meningkatkan kontrol laser atas qubit dan membuat sistem lebih dapat diprogram.

Mereka juga secara aktif mengeksplorasi bagaimana sistem dapat digunakan untuk aplikasi baru, mulai dari menyelidiki bentuk eksotik materi kuantum hingga memecahkan tantangan dunia nyata. masalah yang dapat dikodekan secara alami pada qubit.

“Pekerjaan ini memungkinkan sejumlah besar arah ilmiah baru,” kata Ebadi. “Kami tidak berada di dekat batas apa yang dapat dilakukan dengan sistem ini.”…

Studi Tentang Magnet Nikelat Dan Superkonduktor Cuprate

Posted on July 9, 2021June 7, 2024 by editor

Studi Tentang Magnet Nikelat Dan Superkonduktor Cuprate – Sejak penemuan 1986 bahwa bahan tembaga oksida, atau cuprates, dapat membawa arus listrik tanpa kehilangan pada suhu tinggi yang tidak terduga, para ilmuwan telah mencari superkonduktor tidak konvensional lainnya yang dapat beroperasi lebih dekat ke suhu kamar.

Ini akan memungkinkan sejumlah aplikasi sehari-hari yang dapat mengubah masyarakat dengan membuat transmisi energi lebih efisien, misalnya.Oksida nikel, atau nikelat, tampak seperti kandidat yang menjanjikan.

Mereka didasarkan pada nikel, yang berada di sebelah tembaga pada tabel periodik, dan kedua elemen tersebut memiliki beberapa karakteristik umum. sbobet

Bukan tidak masuk akal untuk berpikir bahwa superkonduktivitas akan menjadi salah satunya.

Tetapi butuh bertahun-tahun mencoba sebelum para ilmuwan di Laboratorium Akselerator Nasional SLAC Departemen Energi dan Universitas Stanford akhirnya menciptakan nikelat pertama yang menunjukkan tanda-tanda superkonduktivitas yang jelas.

Sekarang peneliti SLAC, Stanford, dan Diamond Light Source telah melakukan pengukuran pertama dari eksitasi magnetik yang menyebar melalui materi baru seperti riak di kolam.

Hasilnya mengungkapkan persamaan penting dan perbedaan halus antara nikelat dan cuprat. Para ilmuwan mempublikasikan hasil mereka di Science hari ini. https://www.benchwarmerscoffee.com/

“Ini menarik, karena memberi kita sudut pandang baru untuk mengeksplorasi cara kerja superkonduktor yang tidak konvensional, yang masih menjadi pertanyaan terbuka setelah penelitian selama 30 tahun lebih,” kata Haiyu Lu, seorang mahasiswa pascasarjana Stanford yang melakukan sebagian besar penelitian dengan Peneliti postdoctoral Stanford Matteo Rossi dan ilmuwan staf SLAC Wei-Sheng Lee.

“Di antara hal-hal lain,” katanya, “kami ingin memahami sifat hubungan antara cuprates dan nickelates: Apakah mereka hanya tetangga, melambaikan tangan dan berpisah, atau lebih seperti sepupu yang berbagi sifat keluarga dan cara melakukan sesuatu. sesuatu?”

Hasil penelitian ini, katanya, menambah semakin banyak bukti bahwa hubungan mereka dekat.

Berputar di papan catur

Cuprat dan nikelat memiliki struktur yang serupa, dengan atom-atomnya tersusun dalam kisi yang kaku. Keduanya datang dalam lembaran tipis dua dimensi yang dilapisi dengan elemen lain, seperti ion tanah jarang.

Lembaran tipis ini menjadi superkonduktor ketika didinginkan di bawah suhu tertentu dan kerapatan elektron yang mengalir bebas disesuaikan dalam proses yang dikenal sebagai doping.

Nikel superkonduktor pertama ditemukan pada tahun 2019 di SLAC dan Stanford. Tahun lalu, tim SLAC/Stanford yang sama yang melakukan eksperimen terbaru ini menerbitkan studi terperinci pertama tentang perilaku elektronik nikelat.

Studi tersebut menetapkan bahwa dalam nikelat yang tidak didoping, elektron mengalir bebas di lapisan oksida nikel, tetapi elektron dari lapisan perantara juga menyumbangkan elektron ke aliran. Ini menciptakan keadaan logam 3D yang cukup berbeda dari apa yang terlihat di cuprates, yang merupakan isolator saat tidak didoping.

Magnetisme juga penting dalam superkonduktivitas. Ini dibuat oleh putaran elektron material. Ketika semuanya berorientasi ke arah yang sama, baik ke atas atau ke bawah, bahannya bersifat magnetis dalam arti dapat menempel di pintu lemari es Anda.

Cuprates, di sisi lain, bersifat antiferromagnetik: Putaran elektronnya membentuk pola kotak-kotak, sehingga setiap putaran ke bawah dikelilingi oleh putaran ke atas dan sebaliknya.

Putaran bergantian membatalkan satu sama lain, sehingga materi secara keseluruhan tidak magnetis dalam arti biasa.

Akankah nikelat memiliki karakteristik yang sama? Untuk mengetahuinya, peneliti mengambil sampelnya ke sinkrotron Sumber Cahaya Berlian di Inggris untuk diperiksa dengan hamburan sinar-X inelastis resonansi, atau RIXS.

Dalam teknik ini, para ilmuwan menyebarkan cahaya sinar-X dari sampel material. Injeksi energi ini menciptakan eksitasi magnetik—riak yang merambat melalui material dan secara acak membalik putaran beberapa elektronnya.

RIXS memungkinkan para ilmuwan untuk mengukur eksitasi yang sangat lemah yang tidak dapat diamati dengan cara lain.

Membuat resep baru

“Apa yang kami temukan cukup menarik,” kata Lee.

“Data menunjukkan bahwa nikelat memiliki jenis interaksi antiferromagnetik yang sama dengan cuprates. Ia juga memiliki energi magnet yang serupa, yang mencerminkan kekuatan interaksi antara spin tetangga yang menjaga tatanan magnet ini tetap pada tempatnya. Ini menyiratkan bahwa jenis yang sama dari fisika penting dalam keduanya.”

Tapi ada juga perbedaan, kata Rossi. Eksitasi magnetik tidak menyebar jauh di nikel, dan mati lebih cepat.

Doping juga mempengaruhi kedua bahan secara berbeda; “lubang” bermuatan positif yang diciptakannya terkonsentrasi di sekitar atom nikel dalam nikelat dan di sekitar atom oksigen dalam cuprat, dan ini memengaruhi perilaku elektronnya.

Saat pekerjaan ini berlanjut, kata Rossi, tim akan menguji bagaimana doping nikelat dengan berbagai cara dan menukar elemen tanah jarang yang berbeda ke dalam lapisan di antara lembaran oksida nikel mempengaruhi material. superkonduktivitas—membuka jalan, mereka berharap, untuk menemukan superkonduktor yang lebih baik.…