Компьютерра - Журнал "Компьютерра" №739

Системе из ядер атомов углерода вроде бы далеко до этих показателей - их удалось запутать лишь три, зато она работает при комнатной температуре и остается запутанной в течение миллисекунд, что уже позволяет выполнить достаточно сложные квантовые расчеты.

Этот метод создания запутанных состояний нельзя считать совершенно новым. Ученые использовали синтетический алмаз с большим процентом атомов изотопа углерода-13. В некоторых узлах кристаллической решетки атомы углерода замещали атомами азота, которые создавали дефекты с одним лишним электроном. Поскольку лишний электрон азота активно взаимодействует с соседними ядрами атомов углерода, облучение его лазером позволяло загнать ядро углерода в нужное квантовое состояние, а затем импульсами магнитного поля на радиочастотах перепутывать квантовые состояния соседних ядер. Эта технология похожа на хорошо известную технику ядерного магнитного резонанса и во многом заимствует ее достижения. В то же время она вынуждена использовать лишние электроны азота в качестве своеобразных посредников, что заметно усложняет метод и мешает запутать большее количество ядер.

Исследователи, однако, не сдаются. Уж больно хорош алмаз в качестве основы для квантовых вычислений. И в ближайших планах научной группы - перепутать пять или даже шесть ядер атомов углерода, обставив по этому показателю фотоны. ГА

Очередной амбициозный проект предложили ученые NASA из Центра космических полетов Годдарда (Goddard Space Flight Center) в Гринбелте, штат Мэриленд. По их оценкам, самую тяжелую деталь современного оптического телескопа - главное зеркало - нетрудно изготовить прямо на Луне из небольшого количества углеродных нанотрубок, эпоксидной смолы и лунной пыли.

Такие телескопы могли бы произвести революцию в астрономии.

Хорошо проработанного проекта у ученых пока нет, но они готовы им заняться. Зато уже есть образец зеркала диаметром 30 см, изготовленный по предложенной технологии. Для этого из нанотрубок, смолы и смеси пород, имитирующей лунную пыль, ученые приготовили нечто похожее на бетон и отлили из него заготовку.

Оказывается, свойства такого бетона вполне подходят для зеркал телескопов. Затем на поверхность заготовки наносят эпоксидную смолу и начинают быстро вращать так, чтобы смола растеклась в идеальный параболоид. Параболоид покрывают тонким отражающим слоем алюминия, и зеркало готово.

Например, для изготовления зеркала диаметром 2,4 м, как у орбитального телескопа Hubble, потребуется 600 кг лунной пыли, 60 кг эпоксидной смолы, 6 кг углеродных нанотрубок и всего несколько грамм алюминия. То есть пыль дает очевидную экономию, так как на Луну придется везти почти на порядок меньше материалов.

А какие захватывающие перспективы открываются! Поскольку на Луне сила тяжести в шесть раз меньше, чем на Земле, становится реальным изготовление телескопов с диаметром зеркала до полусотни метров, тогда как, например, установленный на Канарских островах гигантский телескоп имеет зеркало диаметром 10,4 м.

Стабильная лунная поверхность и отсутствие атмосферы позволит такому телескопу легко разглядеть у ближайших звезд планетные системы, надежно измерять расстояния до космических объектов и в целом лучше понять эволюцию Вселенной. Да и многие другие области астрофизики выйдут на качественно иной уровень.

Однако нашлось и немало скептиков. В современном телескопе и помимо зеркала хватает массивных деталей, которые не получится изготовить на Луне. Так что смету строительства лунной обсерватории пока невозможно толком составить. По-видимому, спутник Земли в первую очередь может быть интересен даже не для оптической, а для радиоастрономии. На обратной стороне Луны нет радиопомех от земных источников, и установленный там радиотелескоп сумеет многое рассказать ученым. ГА

По мере совершенствования техпроцессов изготовления чипов повышается и степень интеграции компонентов, что позволяет получать более производительные устройства меньшего размера. Однако вместе с тем все острее встает проблема эффективного отвода тепла. Оригинальный выход нашла корпорация IBM, предложившая интегрировать внутрь процессоров системы водяного охлаждения.

Сейчас процессорные ядра размещаются в одной плоскости, а будущее, по мнению Голубого гиганта, за многослойными микрочипами, в которых те же элементы упакованы в хайтек-"бутерброд". Это позволит существенно повысить быстродействие за счет сокращения длины соединений между компонентами.

Правда, для чипов нового типа обычные системы охлаждения (радиатор плюс кулер) уже не подойдут, поскольку слои микросхем будут нагревать друг друга изнутри. Поэтому IBM предлагает встраивать в чипы тончайшие каналы, по которым будет прокачиваться вода. Подобно тому, как кровеносная система забирает углекислый газ из каждой клетки тела, водяные капилляры, по диаметру сравнимые с человеческим волосом, будут отводить тепло от всех элементов многослойной микросхемы. Изолировать каналы от компонентов чипа предлагается при помощи кремниевых стенок и слоя диоксида кремния.

Новая система охлаждения разрабатывается специалистами IBM совместно с немецкими исследователями из Института Фраунгофера. Вода, подчеркивают ученые, в четыре тысячи раз лучше отводит тепло, нежели воздух, поэтому, проходя между слоями чипа, тончайшие трубочки с жидкостью смогут забирать до 180 Вт тепловой энергии с одного квадратного сантимера. В случае с крупными вычислительными комплексами и суперкомпьютерами, насчитывающими тысячи процессоров, нагретая вода может быть пущена в систему отопления офисных помещений или на другие бытовые нужды. Таким образом, удастся не только обеспечить эффективное охлаждение техники, но и снизить энергозатраты дата-центров.

Впрочем, первые микрочипы с капиллярным охлаждением появятся в лучшем случае через пять-десять лет - для коммерческого применение технологию еще предстоит довести до ума. ВГ

Новый метод изучения электронной и магнитной структуры нескольких атомных слоев вблизи поверхности материала предложили японские физики из Института науки и технологии Нара (Nara Institute of Science and Technology). Метод, названный дифракционной спектроскопией, обещает подсобить разработчикам, конструирующим винчестеры с перпендикулярной записью информации.

В жестких дисках плотность записи вскоре обещает превысить один терабайт на квадратный дюйм пластины. При такой плотности размеры одного бита составят около десяти нанометров. А на подобных масштабах должны доминировать поверхностные магнитные эффекты, которые пока плохо изучены. И без детального понимания особенностей магнитных свойств различных материалов вблизи поверхности инженерам уже не обойтись.

До сих пор в арсенале ученых не было подходящих методов исследования атомных слоев под поверхностью материала. Например, весьма популярная сканирующая туннельная спектроскопия позволяет проанализировать только строение самой поверхности, то есть одного-единственного верхнего слоя атомов. Чтобы проникнуть глубже, японцы реализовали нетривиальную комбинацию двух известных методов - метода дифракции Оже-электронов и спектроскопии поглощения рентгеновского излучения.

Кванты рентгеновского излучения с достаточно большой энергией сначала выбивают электроны из внутренних электронных оболочек атомов. В образовавшиеся дырки падают электроны из внешних электронных оболочек. При этом избыток энергии от падения уносится за счет испускания атомом с внешних электронных оболочек других Оже-электронов. Поскольку эти процессы существенно зависят от энергетических уровней электронов в атомах и ориентации спинов частиц, их анализ позволяет детально разобраться в электронной и магнитной структуре поверхностных слоев материала.

Новый метод применили для изучения магнитной структуры тонкой пленки никеля на медной подложке. Никель и его соединения часто используют в магнитных устройствах хранения данных. До сих пор атомная магнитная структура поверхностных слоев никелевых пленок оставалась неясной. Однако предполагалось, что направление намагниченности никеля меняется от параллельного поверхности до перпендикулярного. И происходит эта смена на протяжении первых десяти атомных слоев.

Новый метод позволил непосредственно измерить направление намагниченности каждого атомного слоя никеля и детально проследить за ее изменением. Эти результаты крайне важны для совершенствования перпендикулярного метода записи информации, который позволяет заметно повысить плотность хранения информации на винчестерах.