Год физики
Уходящий год можно было бы назвать годом физики: на долю именно этой науки выпало максимальное число значительных достижений. Человечество приблизилось с созданию сверхбыстрых квантовых компьютеров, исследователи наблюдали столкновение двух нейтронных звезд, а обычные молнии оказались источником антивещества.
Пятьдесят первый
В уходящем году был совершен прорыв на пути к квантовому компьютеру: группа ученых из России (Российский квантовый центр) и США собрала первый универсальный, полностью программируемый квантовый процессор из 51 кубита. В обычных полупроводниковых компьютерах каждый бит информации может принимать одно из двух значений — 0 или 1. Кубит одновременно содержит оба этих состояния и может одновременно их обрабатывать. С увеличением количества кубитов до N растет и производительность такой системы — как 2 в степени N. Созданный российско-американской группой процессор теоретически может одновременно выполнять 2,2 квадриллиона операций, это превышает мощности обычных современных суперкомпьютеров.
Предыдущее достижение составляло 17 кубитов и не было достаточным для решения задач, не реализуемых на классических вычислительных машинах.
Речь идет именно об универсальном квантовом процессоре, способном производить любые вычисления: для отдельных операций ранее удавалось собрать и более высококубитные процессоры.
Космос волнуется — два
Гравитационные волны, открытие которых наделало шума осенью 2015 года, принесли крупные научные достижения и в этом году. Минувшим летом астрофизикам впервые удалось наблюдать столкновение двух нейтронных звезд. Гравитационные волны, образовавшиеся при этом, были зарегистрированы детектором международного научного сообщества LIGO, в составе которого работают две группы из России. Благодаря обсерваториям всего мира, в том числе созданной в МГУ сети телескопов «Мастер» (входящие в нее устройства установлены по всей России), ученые смогли определить источник волн и вычислить размер нейтронных звезд. При этом их свойства и строение пока еще остаются загадкой.
Грозная антиматерия
В Центре науки и инженерии Японского агентства по атомной энергии обнаружили, что при ударе молнии образуется антиматерия. Ученые исследовали гамма-излучение, которое испускается при грозовом разряде, и после обработки данных неожиданно для себя выяснили, что одним из источников радиации является антивещество. Регистрирующие детекторы были построены на побережье острова Хонсю. Средства на их создание собраны добровольцами с помощью краудфандинговой кампании в интернете.
Полимер меняет кожу
В Национальном исследовательском центре (НИЦ) «Курчатовский институт» междисциплинарные коллективы медиков, биологов, химиков и, конечно, физиков занимаются созданием аналогов человеческих тканей и органов. Специалисты НИЦа создали искусственную кожу для лечения людей, пострадавших от ожогов. Если суммарная площадь ожогов превышает 30–40% поверхности тела, то чрезвычайно высок риск смерти от болевого шока или обезвоживания. Ученые разработали материал, который позволяет избежать воспаления и потери влаги, содержит обезболивающие препараты, а также легко отделяется от ран в силу своей гидрофильности. Сейчас исследователи работают над созданием целых искусственных органов на основе полимеров.
Раку не поздоровится
Российские физики и биологи из МГУ, НИЯУ МИФИ, Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН разработали технологию, которая позволяет изучать и уничтожать раковые клетки с помощью ультразвука, не затрагивая здоровые. В тело опухоли можно ввести наночастицы, которые будут поглощать ультразвук, нагреваться и убивать раковые клетки. Такой метод лечения не лишен проблем: частицы слишком быстро растворяются. Ученые придумали покрыть наноструктуры кремния слоем биополимера — это сделало их более долговечными. Как показали опыты на культуре раковых клеток человека, такие наночастицы под действием ультразвука аккуратно разрушают важные компоненты больных клеток, не приводя к массовому разрыву здоровых. Чтобы новый метод смог войти в лечебную практику, необходимы длительные медицинские исследования.
С непрозрачной стороны
Физики из МФТИ и ИТМО при участии зарубежных коллег обнаружили, что некоторые считающиеся прозрачными материалы могут стать совершенно непрозрачными, если яркость падающего на них света меняется определенным образом. Теория и численное моделирование обещают подобным материалам весьма серьезные перспективы — например, они могут стать основой оптической компьютерной памяти будущего.
Временной кристалл
В этом году журнал Nature опубликовал сразу две статьи от двух независимых коллективов ученых, которые создали невиданный прежде материал. Группа Криса Монро и другая, под руководством Михаила Лукина, предложили две разные реализации так называемого временного кристалла. Это система частиц, состояние которой меняется со временем. Временной кристалл, как и обычный, обладает периодичностью, но не в пространстве, а во времени. Раньше многие физики отрицали возможность существования подобных структур.
Нанодырки в графене
Оживление вокруг графена не стихало весь год: как выяснилось, достаточно слегка поменять структуру этого двумерного кристалла — и получается совершенно новый материал с неожиданными свойствами. Международная команда исследователей, включающая российских ученых из МИСиС, нашла еще один подход к графену. Бомбардируя кристалл ионами, в нем пробили дырки диаметром от одного до четырех нанометров. Изменяя энергию ионов, можно регулировать размер отверстий и свойства материала. Графен с нанопорами можно будет использовать в электронике в роли полупроводника. Другое возможное применение нового материала — очистка воды от примесей.
Ключ к оптогенетике
С помощью рентгеновской кристаллографии ученые из МФТИ и зарубежных институтов впервые узнали точную структуру канального родопсина ChR2. Это самый известный светочувствительный белок, который используют в оптогенетике. Если методами генной инженерии встроить его в нервные клетки, ими можно управлять при помощи света. Теперь будет проще манипулировать свойствами белка и, соответственно, мозговыми импульсами.
