Новости физики в Интернете


Квантовая стрела времени

Несмотря на то, что уравнение Шрёдингера обратимо по времени, измерения делают квантовые процессы необратимыми, и пока в квантовой теории не удаётся объяснить эту необратимость исчерпывающим образом. Одним из подходов является введение квантовой энтропии. K.W. Murch (Институт материаловедения и инженерии и Университет Вашингтона в Сент-Луисе, США) и его коллеги выполнили эксперимент, в котором показано существование квантовой стрелы времени для открытой системы, испытывающей обратное влияние процесса измерений. Система представляла собой сверхпроводящий трансмонный кубит, связанный с электромагнитной модой в микроволновом волноводе. Квантовые состояния кубита измерялись по сдвигу фазы отражённого сигнала, а импульс с противоположным сдвигом фазы приводил к обратной эволюции состояния кубита. Серия последовательных измерений задавала квантовую траекторию кубита. Были измерены 280 тыс. квантовых траекторий, и вычислена энтропия, связанная с вероятностью траекторий. Это позволило охарактеризовать стрелу времени как направление наиболее вероятных процессов, а именно, преобладание прямых траекторий над обратными. С увеличением продолжительности цепочки измерений необратимость (преобладание прямых траекторий) нарастала, что также подтверждало наличие квантовой стрелы времени. О классической и квантовой необратимости см. в книге Б.Б. Кадомцева «Динамика и информация», а также в его статьях и обзорах в УФН 173 1221 (2003), УФН 166 651 (1996), УФН 165 967 (1995), УФН 164 449 (1994). Источник: Phys. Rev. Lett. 123 020502 (2019)

Телепортация кутрита

К настоящему времени выполнено множество экспериментов по квантовой телепортации состояний частиц без перемещения их самих. Однако эксперименты были выполнены лишь с двумерными подпространствами квантованных уровней, представляемых кубитами. Y.-H. Luo (Научно-технический университет Китая и Центр передового опыта в области квантовой информации и квантовой физики, Китай) и соавторы предложили схему телепортации фотонных квантовых состояний любой размерности и продемонстрировали её в эксперименте на примере телепортации кутрита, соответствующего трёхмерному подпространству. В этой схеме отправитель и получатель сначала обмениваются фотонами в трёхмерном запутанном состоянии. Затем отправитель производит измерения, создавая интерференцию между ранее распределённым состоянием фотонов, состоянием телепортируемого и вспомогательного фотонов. Получателю направляется информация о результатах измерений по классическому каналу, и он, выполнив унитарное преобразование над своей частью запутанного состояния, воспроизводит телепортируемое квантовое состояние. В эксперименте запутанные по траекториям трёхмерные состояния фотонных пар получались с помощью лазеров, сплиттеров и нелинейных кристаллов. Была достигнута квантовая точность 0,75 и подтверждено наличие трёхмерной телепортации. Телепортация с большими размерностями более устойчива к шумам в линии передачи по сравнению с кубитной связью. Источник: Phys. Rev. Lett. 123 070505 (2019)

Высокоселективный полосовой фильтр

Микроволновые полосовые фильтры находят широкое применение в средствах связи, радиоизмерениях и в других областях радиоэлектроники. Полосовые фильтры непрерывно совершенствуются. Одним из направлений является разработка эффективных фильтров на основе проводящих полосок с различной конфигурацией. Исследователи из Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН и Сибирского федерального университета (г. Красноярск) сконструировали фильтр с уникальными характеристиками и продемонстрировали его работу. Фильтр смонтирован на диэлектрической подложке. На одной стороне подложки помещается ленточный проводник с заглушкой, а на другой стороне — ленточные проводники, соединенные с экраном. В формировании узкой полосы пропускания участвуют две из трёх первых резонансных мод, а третья мода формирует минимум коэффициента передачи, смежный с полосой пропускания. Б.А. Беляев с соавторами с помощью компьютерного моделирования подобрали оптимальные размеры и расположение ленточных проводников. Затем было изготовлено устройство-прототип из четырёх таких фильтров. Устройство имеет характеристику высокоселективного полосового фильтра восьмого порядка с центральной частотой f0=0,52 ГГц и относительной шириной полосы 14 %, а полоса затухания продолжается до ≈ 5f0. Тем самым, по своим избирательным свойствам новый фильтр превосходит имеющиеся аналоги. Источник: Technical Physics Letters 45 485 (2019)

Эффект Аскарьяна и поиск нейтрино сверхвысоких энергий

В 1961 г. выдающийся советский физик Г.А. Аскарьян предсказал теоретически эффект генерации вспышек когерентного радиоизлучения Вавилова – Черенкова при прохождении высокоэнергетических фотонов через вещество (ЖЭТФ 41 616 (1961); УФН 144 523 (1984)). Фотоны вызывают электромагнитные ливни, которые на своем пути ионизируют атомы, выбивая из них дополнительные электроны в направлении ливня. Одновременно с этим, позитроны выбывают из состава ливня в результате аннигиляции. В результате, избыток отрицательного заряда в ливне может достигать ≈10 %, и нескомпенсированные заряды генерируют излучение Вавилова – Черенкова. Коротковолновое (в сравнении с размерами ливня) излучение гасится интерференцией, а длинноволновое дает когерентный импульс. Впервые этот эффект наблюдался экспериментально на ускорителе SLAC. Эффект Аскарьяна является перспективным методом регистрации частиц космических лучей в области больших энергий. Поиск нейтрино ν сверхвысоких энергий по методу Аскарьяна в настоящее время выполняется детекторами ARA (Askaryan Radio Array) на Южном полюсе. Идея использовать для этой цели антарктический лед принадлежит сотрудникам ИЯИ РАН В.А. Гусеву, И.М. Железных и М.А. Маркову. Массив ARA включает пять радиоантенн, расположенных во льду на глубине 200 м. Согласно расчётам, ν сверхвысоких энергий могут генерироваться как непосредственно в астрофизических объектах, так и быть космогенными, т.е возникать при взаимодействии космических лучей с фоновыми излучениями (космогенные ν были предсказаны В.С. Березинским и Г.Т. Зацепиным в 1969 г.). На конференции по космическим лучам в Мэдисоне коллаборация ARA представила результаты поиска в 2013-2016 гг ливней, производимых ν. Сигналы над уровнем фона зарегистрированы не были, но были улучшены в два раза ранее полученные ARA ограничения сверху на диффузный поток ν. По своей чувствительности при энергиях >1010 ГэВ ARA уже начинает конкурировать с другими нейтринными телескопами, и в течение следующих трех лет ARA может дать самые лучшие ограничения, либо зарегистрировать ν сверхвысоких энергий. В качестве мишени для генерации радиоимпульсов Г.А. Аскарьян рассматривал также вещество Луны (см. УФН 182 793 (2012)). Источник: arXiv:1907.11125 [astro-ph.HE]

Новостной канал

Новости физики в Интернете — раздел журнала Успехи физических наук, ежемесячно публикующего обзоры современного состояния наиболее актуальных проблем физики и смежных с нею наук. В данном обзоре новостей представлены последние открытия в физике и астрофизике.

Постоянный ведущий — Ю.Н. Ерошенко.

Материалы подготовлены на основе электронных препринтов и бюллетеней.

Физические ресурсы Рунета

© Успехи физических наук, 1918–2019
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение