Компьютерра - Журнал «Компьютерра» № 22 от 12 июня 2007 года
Сейчас исследователи пытаются найти глубинные причины пространственного упорядочивания нанотрубок и нановолокон при образовании пленки, так как это один из ключевых факторов, позволяющих управлять свойствами материала. Конечно, группа Либера не собирается останавливаться на «двумерных» пленках и интенсивно изучает свойства «объемных» материалов, полученных сворачиванием пленки в плотные цилиндры и складыванием ее в стопки. В перспективе путем подбора матричного полимера содержание армирующих частиц планируется довести до 4–5%, чтобы получить лучшие прочностные параметры.
Сама технология выдувания пленки далеко не нова и широко применяется в промышленности. Гарвардские ученые впервые применили эту технологию для полимеров, наполненных нанообъектами, получив благодаря этому новые перспективные материалы. ЕГ
Свет сквозь слезыКак известно, глаза – зеркало души. Николас Стоун и Якоб Филик ((Nicholas Stone, Jacob Filik) – исследователи из Королевского госпиталя Глостера (Великобритания) – утверждают, что глаза вполне подойдут и на роль зеркала для тела. Эти ученые разработали метод, позволяющий на основании спектроскопического исследования слез проводить диагностику различных инфекционных заболеваний.
Строго говоря, любая болезнь охватывает весь организм в целом, поэтому и изменения происходят в нем повсеместно. Однако где-то эти изменения ярко выражены и по ним можно легко и достоверно установить характер заболевания, а где-то отклонения от нормы не столь однозначны. Подавляющее большинство недугов вообще и активность болезнетворных микроорганизмов в частности, в первую очередь вызывает изменения биохимического состава крови, поэтому именно анализ крови является первоочередным этапом диагностики. Но если знать, что искать, то диагностику можно проводить и по другим, казалось бы, мало пригодным для этого, «субстанциям» организма. Например, в волосах сохраняются признаки употребления человеком наркотиков, даже если их прием имел место достаточно давно.
За ответом на некоторые медицинские вопросы английские биохимики обратились к секрету слезных желез. В слезах содержится ряд белков, причем 95% белкового набора приходится на лизоцим, лактоферрин и альбумин. В частности, лизоцим обладает способностью разрушать клеточную стенку бактерий и, таким образом, выполняет функции антибактериального барьера. Антибактериальными свойствами обладает и лактоферрин. Было бы логичным ожидать, что многие инфекционные заболевания, особенно глазные, будут вызывать изменения в белковом составе слез, что и было подтверждено британцами на практике. Высушенная капля слезной жидкости анализируется с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния (другое название – рамановская спектроскопия). Данный метод дает информацию как о качественном составе белковой смеси, так и о количестве каждого белка. Новизна метода во многом именно в «индивидуальном» подходе к каждому белку, а для анализа достаточно образца слез объемом 1,5 микролитра.
Сейчас ученые исследуют возможное влияние небелковых примесей и других загрязнений, содержащихся в слезах, на результаты анализа. Кроме того, пока не совсем ясен круг заболеваний, которые можно диагностировать таким путем: будет ли он ограничен только глазными инфекциями или же расширен и на другие заболевания, в том числе неинфекционного характера. Если технология окажется эффективной и востребованной, то, скорее всего, придется разработать и новый медицинский прибор, специально предназначенный для анализа слез, которых в стенах больниц предостаточно. ЕГ
Бриллиантовый битВажные результаты, обещающие сделать реальными квантовые вычисления при комнатной температуре, получили физики из Гарвардского университета. Ученым удалось реализовать кубит, оперируя спином ядра атома изотопа углерода-13 в кристаллической решетке алмаза и продемонстрировать его великолепные характеристики.
Как известно, главная проблема на пути создания квантовых компьютеров в том, что нежная квантовая информация быстро разрушается тепловым шумом физического окружения. В лучшем случае информацию удается сохранять несколько тысячных долей секунды, а этого времени слишком мало, чтобы выполнять серьезные вычисления. Чтобы уменьшить влияние тепловых шумов, кубиты охлаждают до низких температур и стараются как можно лучше изолировать от окружения. Но необходимость охлаждения резко осложняет практическое использование квантовых вычислений. А если кубиты как следует изолировать, то как же потом ими управлять в процессе вычислений? И эта дилемма создает замкнутый круг, из которого очень непросто найти приемлемый выход.
Но, тем не менее, одну из хитрых лазеек удалось отыскать в Гарварде. Ученые работали в этом направлении уже несколько лет и, наконец, их труды увенчались успехом. Для реализации кубита был выбран спин ядра атома изотопа углерода-13 в кристаллической решетке алмаза, которая состоит из ядер обычного углерода-12. Тяжелое ядро атома слабо взаимодействует со своим окружением, и квантовое состояние такого кубита очень стабильно и при комнатной температуре. Оно может сохраняться целую секунду, что на несколько порядков больше обычных параметров. Но как же им манипулировать и как считывать с него информацию? В обычных реализациях кубитов с помощью ядерного магнитного резонанса для этого требуется много миллиардов ядер. Но здесь рядом с атомом углерода-13 ученые поместили примесь – атом азота с одним дополнительным, по сравнению с углеродом, электроном. Спины ядра и рядом расположенного лишнего электрона оказываются тесно связаны и могут обмениваться своими квантовыми состояниями при подходящем внешнем воздействии. Спином легкого электрона нетрудно управлять с помощью электромагнитного поля оптической и радиочастоты. И в то же время ядро и электрон можно надежно изолировать друг от друга, превратив ядро в ячейку квантовой памяти, и даже продолжать при этом измерять состояние электрона.
Авторам удалось продемонстрировать, что несколько таких кубит можно оптическими методами заставить взаимодействовать, то есть «запутать» друг с другом, наращивая вычислительную мощь квантовой ячейки. Пока нет данных, позволяющих сказать, сколько всего алмазных кубит удастся одновременно реализовать при комнатной температуре и как они будут выглядеть по сравнению с рекордными результатами при низкой температуре, но прогнозы авторов весьма оптимистичны. ГА
Черные ракетыУдивительные предсказания о последствиях слияния массивных черных дыр удалось сделать недавно сразу нескольким независимым научным группам астрофизиков. Благодаря новым компьютерным расчетам показано, что черные дыры могут «выстреливаться» из столкнувшихся галактик с гигантской скоростью до четырех тысяч километров в секунду.
Согласно современным астрономическим представлениям, в центре галактик обычно находятся массивные черные дыры. А что произойдет, если две галактики, блуждающие во вселенной, столкнутся так, что их центральные черные дыры сольются? Теория предсказывает, что в этой ужасной катастрофе пространство и время могут искривиться так сильно, что во вселенную выплеснется мощнейший импульс гравитационных волн, которые, однако, и волнами назвать трудно. За ними закрепился термин гравитационное излучение. Каким будет это гравитационное излучение, зависит от масс столкнувшихся черных дыр, их взаимных скоростей и от того, как они вращались до столкновения. Иногда это гравитационное излучение может сконцентрироваться в одном направлении, и в этом случае слившиеся дыры получат мощный толчок в противоположную сторону.
Рассчитать процесс слияния черных дыр ученые пытаются, начиная с шестидесятых годов. Однако долгое время сложность нелинейных уравнений общей теории относительности не позволяла сделать достаточно подробные трехмерные модели. И лишь за последние пару лет новые вычислительные методы и возросшая мощь суперкомпьютеров помогли сдвинуться с мертвой точки.
Сначала сразу несколько научных групп независимо пришли к выводу, что толчок будет самым сильным, если столкнутся черные дыры с примерно одинаковой массой, которые быстро вращаются в противоположном направлении вокруг своих осей, перпендикулярных плоскости их взаимного вращения. В этом случае слившаяся черная дыра может достичь скорости в пятьсот километров в секунду и останется в своей галактике. Однако позже астрофизики из Рочестерского технологического института в штате Нью-Йорк предположили, что толчок будет даже сильнее, если оси вращения дыр будут параллельны, а не перпендикулярны плоскости их вращения. Проверяя эту гипотезу, астрофизики из Йенского университета в Германии получили в расчетах скорость более 2500 км/с. А авторы гипотезы независимо вычислили, что в случае быстрого вращения дыр и оптимальных углов скорость «выстрела» может достичь 4000 км/с.
