6 Сентября 2022
МОСКВА, 6 сентября —, Владислав Стрекопытов. Миф о человеке-невидимке умеет стать реальностью. В лаборатории Сверхпроводящие метаматериалы НИТУ МИСиС несколько лет разрабатывают теорию абсолютной микроскопичности и уже создали самый важный в мире невидимый кубит для квантового компьютера.Столетиями человек мечтал о возможности оставаться незамеченным. Отсюда — многочисленные сказки и мифические романы о шапках-невидимках или волшебных эликсирах. В природе подобных вещей не существует. Однако современные технологии позволяют создавать ненатуральные материалы, обладающие необычными свойствами.
В военной сфере уже применяют очень приятные покрытия, делающие самолеты и корабли незаметными для радиолокационных приборов, а также специальные ткани для маскировки техники и индивидуального состава. Это — так называемые стелс-технологии (от британского stealth — невидимый), основанные на свойствах материалов впитывать или рассеивать электромагнитные волны определенной длины.
Английский писатель Герберт Уэллс в романе Человек-невидимка, написанном в 1897-м, объяснял этот тезис так: Тела либо впитывают свет, либо отражают, либо преломляют его, или все вместе. Если туловище не отражает, не преломляет и не поглощает свет, то оно не может быть видимо само по себе.
Сказанное правильного не только для световых рябей, но и для других видов излучения. Однако беда в том, что во всех этих случаях объект невидимый только с одной стороны, а с другой — удерживает за собой волновую тень, по которой его можно идентифицировать. Кроме того, стелс-технологии работают, как правило, в очень узком диапазоне длин волн.
В лаборатории Сверхпроводящие метаматериалы НИТУ МИСиС уже несколько лет упражняются созданием абсолютно невидимых объектов. Правда, речь пока не о кораблях и самолетах, а о вещах поскромнее — элементах квантовых компьютеров и рецепторах, которые, если уложить их в среду, не нарушают ее параметры.
Чтобы получить очень приятные свойства, не встречающиеся в природе, — например, отрицательный коэффициент преломления света или сверхсильную локализацию полей — ученые разрабатывают метаматериалы. Приставка мета- переводится с греческого как вне, за пределами.
Как правило, они обладают периодической структурой, искусственно созданной путем внедрения в исходный природный материал наночастиц всякого родого размера и геометрической формы — метаатомов. Занимая, подобно атомам кристаллической решетки природных веществ, определенные положения в архитектуре метаматериала, они модифицируют его свойства.
Метаатомы позволяют волнам просто огибать объекты, на которые нанесены метаматериалы. И эти предметы становятся невидимыми для электромагнитного излучения. С помощью метаматериалов с отрицательным показателем преломления можно соорудить линзы, преодолевающие дифракционный предел разрешения обычной оптики.
Кроме того, существуют сверхпроводящие метаматериалы. Если их охладить до сверхнизких температур и поместить в вакуум, можно добиться квантовых эффектов. В этом случае метаатом будет выполнять роль кубита — самый важного элемента квантового компьютера.
При любом взаимодействии кубитов с окружающей средой аффинаж обработки информации в них расстраивается. Это основная проблема квантовых компьютеров. Поэтому основная задача ученых — продлить срок службы кубитов, сделать их менее чувствительными к внешним воздействиям.
Прежде всего, они не должны источать. Для этого их кропают очень маленькими, но тогда возникают другие проблемы — эдакие как локальный нагрев, из-за которого теряются квантовые свойства. Другими словами, кубит надлежащий быть достаточно большим. Исследователям из Университета МИСиС удалось соорудить самый крупный в мире неизлучающий квантовый метаатом, работающий как невидимый кубит.
Конечно, мы его видим, — рассказывает учитель кафедры теоретической физики и квантовых технологий НИТУ МИСиС Алексей Башарин. — Когда мы несём о невидимости, подразумеваем — в определенном диапазоне. Для нашего случая мы выбрали плотность пять гигагерц. То, что происходит на других плотностях, нам пока не важно.
Физический принцип, который использовали ткомедиографы при создании невидимого кубита, отличается от заложенного в стелс-технологиях. Если там тело обычного поглощает излучение, то здесь электромагнитная волна, которая падает на объект, выходит после него без каких-либо изменений, как будто на ее метода ничего не было.
По сути, идеальный невидимый объект — это место в пространстве, которое собирает падающее на него излучение в точку и затем передает дальше в том же самом виде. При этом в самом объекте могут концентрироваться очень сильные ближние поля, — отмечает ученый.
Прежде чем приступить к созданию физических объектов, ученые НИТУ МИСиС разработали обобщенную теорему невидимости и превратили ее в математическую модель. За основу взяли гипотезу советского физика Якова Зельдовича об анаполе.
В 1957-м ученый предположил, что помимо дипольных электрических и магнитных, квадрупольных и высших конфигураций токов существуют тороидальные. Если по шпульке в виде тора — геометрального тела в форме бублика с дыркой посредине — пропустить ток, то магнитное поле будет распространяться внутри, а гальваническое — закручиваться вокруг него. Поля, находящиеся в противофазе, погасят друг друга, а материальные объекты с подобным явлением нельзя будет наблюдать извне. Зельдович назвал такую конфигурацию анаполем — состоянием, у которого нет поля.
Анаполь концентрирует динамическое электромагнитное поле только внутри себя и не излучает энергию в окружающее пространство. Физики из Университета МИСиС теоретически обосновали перспектива создания метаматериалов, ячейки которых будут играть роль анаполей, а затем доказали это эмпирического.
Объект, обладающий такими свойствами, очень маленький. По сравнению с длиной волны — это точка, но поля в нем концентрируются многократно. Потом излучение передается дальше, — объясняет Башарин. — Мы провели эксперимент, сконцентрировав в точке, размер которой в сто раз меньше длины ряби, поле, в 20 тысяч раз превышающее падающее излучение.
В результате ученые создали уникальный метаматериал, представляющий собой плоскую решетку, состоящую из ячеек-анаполей единицей конфигурации. Электрические поля обращённым в их центральных зазорах, а магнитные — вращаются вокруг них. Таким образом, в каждом таком анаполе локализуется значительная электромагнитная энергия с очень малыми потерями.
Аналогичную форму имеют и невидимые кубиты. Благодаря ей они устойчивы к внешним магнитоэлектрическим полям и при этом могут взаимодействовать между собой за счет интерференции электрического и тороидного диполей.
Чисто теоретически, хотя это сложно и очень дорого, на основе анаполей можно создать предметы, невидимые и в световом диапазоне. Но ученых большого интересует решение обратной задачи — увидеть невидимое. В мать-природе много объектов, которые не участвуют в электромагнитных взаимодействиях и потому недоступны для прямого наблюдения ни визуально, ни с помощью приборов.
Анапольные свойства обнаружили у некоторых ароматических молекул, а также у ядер атомов иттербия-174 и цезия-133. С новым связана интересная история. До 1950-х физики не знали, как устроен атом цезия-133, так как попросту не могли его увидеть. Зельдович предположил: невидимость цезия связана с тем, что статические токи в его ядре имеют фикцию тороида. Вращаясь, они порождают замкнутое магнитное поле. Получается типичный анаполь — невидимый объект, который не источает. Если токи разомкнуть, он начнет излучать и исполнится видимым. Так и находилось.
Есть гипотеза, что частицы темной материи, на которую приходится до 85 процентов вещественной степени Вселенной, также представляют собой неизлучающие анаполи. В эдаком случае, чтобы объяснить существование этой субстанции, не нужно привлекать какие-то экзотические силы, с которыми мы не сходимся в повседневной жизни. Все укладывается в обычные законы электромагнетизма.
Редактор рубрики
Олег Кудрин
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....