Серия «NooTech»

Разработаны и успешно испытаны прототипы реактора, способного производить чистое водородное топливо, используя только солнечный свет и воду.

В основе устройства лежит инновационная технология фотокаталитических панелей. Эти панели, подобно солнечным батареям, поглощают энергию света, но вместо производства электричества направляют ее на химическую реакцию — расщепление молекул воды (H₂O) на водород (H₂) и кислород (O₂). Такой процесс, известный как фотокатализ, имитирует естественный фотосинтез, но с целью получения ценного энергоносителя.

Главное преимущество нового реактора — производство «зеленого» водорода без каких-либо выбросов углекислого газа. В отличие от традиционных промышленных методов, которые в основном опираются на природный газ, эта технология требует только двух самых распространенных ресурсов на планете — солнечного света и воды. Полученный водород можно использовать в качестве топлива для транспорта, для выработки электроэнергии или в промышленности, при этом единственным побочным продуктом его сгорания является вода.

Созданное устройство является успешным прототипом, его демонстрация открывает широкие перспективы для масштабирования. Следующими шагами для ученых станут повышение эффективности и долговечности фотокаталитических материалов, а также разработка более крупных систем, способных обеспечить промышленное производство водорода. Этот прорыв приближает человечество к созданию устойчивой зелёной водородной энергетики.

Топологические квантовые компьютеры давно считаются «святым Граалем» в мире вычислений благодаря своим «бессмертным» кубитам, чрезвычайно устойчивым к ошибкам. Однако на пути к их созданию стоит фундаментальная проблема: несмотря на свою стабильность, эти системы не являются универсальными. Недавнее теоретическое открытие предлагает возможное решение этой давней головоломки.

Основная идея топологических вычислений заключается в использовании квазичастиц, называемых анионами, в качестве носителей квантовой информации (кубитов). Их главное преимущество — топологическая защита: информация кодируется не в самой частице, а в свойствах всей системы, что делает ее невосприимчивой к локальным помехам. Однако наиболее изученные и стабильные изинговские анионы обладают серьезным недостатком: они могут выполнять лишь ограниченный набор логических операций, недостаточный для полноценных вычислений.

Эта проблема универсальности является главным «слабым звеном», которое мешает реализовать весь потенциал кубитов. Неспособность выполнять произвольные алгоритмы делает такие системы узкоспециализированными и неспособными заменить классические суперкомпьютеры в широком спектре задач, от создания лекарств до разработки новых материалов.

Недавно исследователи из США предложили теоретическое решение, введя концепцию новой частицы — Neglecton. Добавление всего одного такого объекта в систему может наделить ее способностью к универсальным вычислениям. Хотя это пока лишь теория, она указывает путь для преодоления ключевого барьера и превращает сложнейшую инженерную задачу, создание стабильных кубитов — в более понятную цель: найти материал, способный вместить в себя как анионы, так и неглектоны.

Ученые из Калифорнийского технологического института (Caltech) нашли способ значительно продлить жизнь квантовой информации, превращая ее в звуковые волны. Это элегантное решение одной из главных проблем квантовых вычислений, быстрой потери данных — открывает путь к созданию практичных и мощных квантовых компьютеров.

Главный недостаток современных сверхпроводящих кубитов, используемых Google и IBM, — их «забывчивость». Хрупкое квантовое состояние, в котором хранится информация, разрушается за считанные микросекунды из-за внешних помех. Команда Caltech разработала гибридную систему, где информация из «шумного» электрического кубита передается на крошечный и более стабильный механический резонатор.

Этот резонатор, похожий на микроскопический камертон, вибрирует на сверхвысоких частотах. Квантовое состояние кубита преобразуется в квантованные звуковые колебания — фононы. Информация, сохраненная в виде звуковой волны, оказалась гораздо более устойчивой: время ее жизни увеличилось в 30 раз. Это позволяет «паковать» квантовые данные, выполнять другие операции, а затем считывать их обратно для дальнейших вычислений.

Открытие доказывает состоятельность новой концепции гибридных квантовых систем, где разные физические платформы выполняют те задачи, в которых они сильны: сверхпроводящие кубиты — для быстрых вычислений, а механические резонаторы — для надежного хранения. Этот подход делает архитектуру квантовых компьютеров более похожей на классические, с разделением на процессоры и модули памяти, приближая эру практических квантовых вычислений.

Ученые из Университета Южной Калифорнии предложили элегантное решение одной из главных проблем на пути к созданию мощного квантового компьютера. Они теоретически описали новую квазичастицу, названную «неглектон», которая способна превратить высокостабильные, но ограниченные в функциональности топологические кубиты в универсальный вычислительный инструмент.

Проблема заключалась в том, что самый перспективный тип топологических кубитов, «изинговские анионы» — устойчив к внешним помехам, но позволяет выполнять лишь ограниченный набор логических операций. Этого недостаточно для решения произвольных задач, что делало невозможным создание на их основе универсального квантового компьютера. Исследователи математически доказали, что добавление в систему всего одной неподвижной частицы-неглектона снимает это фундаментальное ограничение.

Название «неглектон» происходит от английского слова neglect (пренебрегать), поскольку частица возникает в сложных математических теориях, где подобные объекты ранее считались бесполезными и отбрасывались. Теперь же ученые видят в этом «математическом мусоре» ключ к прорыву. Вычисления в такой системе должны производиться путем «запутывания» траекторий анионов вокруг статичного неглектона.

Хотя неглектон пока существует лишь на бумаге, это открытие открывает новое направление для экспериментальной физики. Следующим шагом станет поиск или создание материала, в котором можно было бы физически реализовать и удержать эту частицу. Если это удастся, человечество может оказаться на пороге создания отказоустойчивых квантовых компьютеров, способных решать сложнейшие задачи.

Команда учёных из компании QuEra Computing, Гарварда и MIT объявила о прорыве на пути к созданию мощных и отказоустойчивых квантовых компьютеров. Впервые в истории им удалось экспериментально провести «дистилляцию магических состояний» — ключевой процесс для выполнения сложных вычислений — на основе защищённых от ошибок логических кубитов.

Для выполнения любых, а не только базовых, задач квантовому компьютеру необходимы специальные ресурсы — так называемые «магические состояния». Однако их создание подвержено ошибкам. Продемонстрированный учёными процесс дистилляции, или «очистки», решает эту проблему: он позволяет из нескольких несовершенных, «шумных» состояний получить одно — высокого качества, с минимальным уровнем ошибок. Это открывает дорогу к универсальным квантовым вычислениям.

Главная новизна эксперимента заключается в том, что дистилляция впервые проведена не на обычных, физических кубитах, а на логических. Логический кубит — это система из нескольких физических кубитов, которая способна самостоятельно обнаруживать и исправлять ошибки. Успешно реализовав протокол на своём квантовом компьютере Gemini, исследователи доказали, что вся цепочка — от защиты информации до создания ресурсов для сложных вычислений — может работать как единый отказоустойчивый механизм.

Это достижение устраняет один из ключевых барьеров на пути к масштабированию квантовых систем. Оно на практике подтверждает жизнеспособность теоретических концепций, разработанных два десятилетия назад, и доказывает, что создание мощных и одновременно надёжных квантовых компьютеров является достижимой инженерной задачей. Прорыв приближает эру, когда квантовые вычисления смогут решать практические задачи, недоступные классическим суперкомпьютерам.