Большие молекулы-демоны плавают в сложном растворе и постоянно бомбардируются окружающими молекулами вследствие теплового броуновского движения. От постоянных ударов ручка молекулы время от времени открывается и запирается, а кольцо вращается и скользит по ручке, если она открыта, взад и вперед. В результате образуется некое равновесное распределение молекул по состояниям, с некоторой вероятностью нахождения кольца справа и слева и с определенной пропорцией открытых и закрытых ручек гантели.
Если теперь осветить раствор, то состояние молекул отклонится от равновесия — вырастет вероятность нахождения кольца справа. Дело в том, что если кольцо находилось слева и было заперто, то поглощенный фотон «откроет» ручку, дав возможность кольцу перепрыгнуть направо при подходящем ударе. А если кольцо было справа и тоже заперто, энергии фотона уже не хватит, и ничего не изменится.
Неравновесные молекулы уже можно использовать для выполнения какой-нибудь полезной работы. При этом фактически будет использована тепловая энергия броуновского движения. А поглощенные в устройстве фотоны пойдут на несимметричное открытие ручек гантелей — пищу для демона (конечно, может быть, проще было использовать фотоны и напрямую, но тут уж важна демонстрация принципа).
Авторы надеются, что подобные сложные молекулярные конструкции и замысловатые механизмы их работы могут быть эффективны при выполнении некоторых задач. Удается же это делать природе и без всяких демонов — например, в белковых двигателях бактерий, которые эффективно преобразуют химическую энергию в механическую работу. ГА
Квантовая механика и никакого мошенства
Удивительный квантовый трюк проделала группа физиков из Гарвардского университета. Ученым впервые удалось «записать» импульс света в облаке атомов, переместить «запись» в соседнее облако и через некоторое время вновь восстановить лазерный импульс. Такая трансформация состояния светового импульса в состояние вещества и обратно демонстрирует принципиально новые возможности в квантовых коммуникациях и вычислениях.
В эксперименте два облачка атомов натрия диаметром около полусотни микрон были приготовлены в магнитной ловушке. Для этого ловушку «разрезали» пополам зеленым лазером так, чтобы раздвинуть облака примерно на пятнадцать сотых миллиметра. В каждом облачке было примерно по два миллиона охлажденных почти до абсолютного нуля атомов. Они находились в одном квантовом состоянии с наименьшей энергией, образуя так называемые конденсаты Бозе-Эйнштейна. В таком квантовом конденсате несколько лет назад этой научной группе одной из первых удалось «затормозить» свет до скорости несколько десятков километров в час. Но теперь удалось продвинуться еще дальше.
С помощью дополнительного лазера исследователи научились «записывать» лазерный импульс в долгоживущие возбужденные спиновые состояния части атомов конденсата. Если потом, спустя несколько миллисекунд, вновь включить дополнительный лазер, то «замороженный» лазерный импульс можно «разморозить» или «считать», сохранив при этом около двух процентов его первоначальной энергии. Сначала это проделывали в одном облачке атомов. Однако лазерный импульс не только возбуждает, но и толкает возбужденные атомы вперед. Поэтому время хранения информации в облачке ограниченно. Возбужденные атомы просто вылетают за его пределы и не могут вновь излучить когерентный свет без атомов в основном состоянии. Но если на пути возбужденных атомов находится второе облачко, то, влетев в него, они опять могут «освободить» лазерный импульс, разумеется, при помощи дополнительного лазера.
Достижение гарвардцев произвело сильное впечатление на специалистов. Некоторые даже считают, что это первая прямая экспериментальная демонстрация справедливости фундаментального квантового принципа неразличимости тождественных частиц. Дело в том, что в квантовом мире, в отличие от классического, любые два идентичных объекта принципиально неразличимы. То есть их можно поменять местами и ничего не изменится. А это значит, что, строго говоря, мы не можем обсуждать, например, электрон, не учитывая состояний всех остальных электронов во Вселенной. Просто потому, что не очень понятно, о каком, собственно, электроне идет речь. Они ведь неразличимы…
Но при увеличении размеров объектов квантовый мир где-то кончается и переходит в классический. И никто толком не знает, где именно. И это одно из самых темных мест теории. «Отцы-основатели» чрезвычайно хитро устроили квантовую науку, так что границу между квантовым миром и классическим можно провести в разных местах и показания классических приборов от этого не изменятся. А тот факт, что точные квантовые расчеты даже с небольшим количеством частиц легко затыкают любой классический суперкомпьютер и будут по зубам лишь квантовым вычислителям, гарантирует, что эта парадоксальная ситуация разрешится еще не скоро. Сравнить-то не с чем.
Пока приходится обходиться приближенными моделями. К счастью, далекие электроны Вселенной слабо влияют на практически интересные результаты, и приближенных расчетов пока вполне хватает. Но как же тогда быть с принципами? Остается эксперимент.
В данном эксперименте квантовое состояние лазерного импульса кодируется в суперпозиции состояний возбужденных и невозбужденных атомов облака. Поэтому восстановить импульс при замене невозбужденных атомов атомами из другого облака удалось только благодаря их принципиальной неразличимости. А эти облачка имеют просто гигантские по атомным меркам размеры и разнесены в пространстве на расстояние, видимое невооруженным глазом. То есть принцип неразличимости тождественных частиц, косвенно подтверждавшийся ранее выводами квантовой статистики, тут впервые продемонстрирован на объектах почти классических размеров.
Впрочем, такая интерпретация экспериментов может показаться спорной. Можно ли считать два облака в основном квантовом состоянии неразличимыми, ведь в них наверняка разное количество атомов и уже по этому признаку они разные? Тогда о какой неразличимости речь? Просто отдельных атомов, их ансамблей в основном состоянии, участвовавших в запоминании и излучении импульса, или произвольных частей облаков с одинаковым количеством атомов?
Интерпретация этих экспериментов, по-видимому, будет еще обсуждаться. Но, во всяком случае, принципиальную возможность нового способа манипулирования с квантовой информацией они демонстрируют вполне убедительно. Пока трудно сказать, найдет ли предложенный способ практическое применение в информационных технологиях, но использование этой техники в сверхчувствительных сенсорах вращения и сил гравитации авторы уже обещают. ГА
Пузырьковый компьютер
Неординарная идея пришла в голову специалистам из Массачусетского технологического института. Там разработаны все основные компоненты гидрокомпьютера, вычисления в котором могут выполняться с помощью пузырьков, путешествующих в кремниевых микроканалах с жидкостью.
На первый взгляд идея пузырьковых вычислений кажется если и не бредом, то околонаучным развлечением праздных университетских профессоров. Чего же можно ожидать от пузырькового компьютера, который, несмотря на каналы микронных размеров, будет заведомо крупнее и гораздо медленней современных электронных чипов? Но не станем торопиться с выводами, тем более что за это дело взялись прагматичные американцы.
Ученые обнаружили, что направлением движения газового пузырька в канале легко управлять с помощью других пузырьков. Дело в том, что когда пузырек достигает развилки, он всегда поворачивает туда, где меньше сопротивление потоку жидкости. Присутствие пузырька в канале значительно увеличивает сопротивление, и, если есть возможность повернуть, следующий пузырек за ним не пойдет. Пользуясь этими свойствами, из каналов нетрудно изготовить различные логические вентили. Проще всего выглядит вентиль «И-ИЛИ», который напоминает букву Х. Причем толщина каналов может быть разной, и маленькие пузырьки могут управлять движением больших, «усиливая сигнал» подобно транзистору. Вентиль «И с отрицанием» более сложен, но этой пары вентилей уже достаточно, чтобы, в принципе, собрать пузырьковую логическую схему любой сложности. С помощью каналов можно изготовить ячейку памяти и другие элементы компьютера. Для примера ученые уже сделали пузырьковые аналоги триггера, счетчика, кольцевого осциллятора и ряд других устройств. Готовы и устройства для преобразования сигнала из электрической формы в пузырьковую и обратно. Но зачем все это нужно?
Технология микроструйных химических «лабораторий в чипе» уже не новинка. Эти системы хороши, если приходится работать с микроскопическими количествами очень дорогих или опасных веществ и выполнять с ними тысячи реакций для анализа их состава или синтеза различных вариантов полезного продукта. Микронные каналы «лабораторий» изготавливают по отработанной кремниевой технологии, а потоками химикатов в них распоряжаются с помощью электромагнитных заслонок и помп, управляемых обычным компьютером. Но заслонки и помпы сравнительно громоздки и не очень надежны, твердые продукты реакций быстро засоряют каналы, так что большинство работ в химических лабораториях, как и много веков тому назад, выполняют с помощью стеклянных колб, реторт и пробирок. Но теперь, возможно, ситуация изменится. По крайней мере часть логических операций в химическом чипе можно будет выполнить с помощью мигрирующих по каналам пузырьков, что поможет сократить количество помп и заслонок, а то и вовсе отказаться от них.
По оптимистичным прогнозам, первые чипы с пузырьковой логикой для некоторых приложений можно будет увидеть на рынке через два-три года. ГА
Микрофишки
Под натиском коммуникаторов и смартфонов рынок карманных компьютеров быстро сокращается. По данным IDC, в 2006 году объемы поставок PDA упали на 28,5% по сравнению с 2005 годом и составили всего 5,5 млн. штук. Хотя Palm не представила в прошлом году ни одной новой модели, именно эта компания остается крупнейшим игроком на рынке — на ее долю пришлось 39,8% поставок. HP принадлежит 24,9%, Mio — 8,8%, Dell — 7,6% и Acer — 3,6%. ТБ
***
Геймеры жалуются на новую ОС от Microsoft: согласно последним тестам энтузиастов, такие хитовые боевики, как CounterStrike, Half-Life 2, Doom 3 и F.E.A.R., очень плохо работают под Vista. Проблемы в основном связаны с драйверами видеокарт и аудиоустройств. В Редмонде говорят, что «большинство» из пяти тысяч проверенных на совместимость программ и игр, работающих на 2000/XP, прекрасно живут и под Vista. Но похоже, все не так просто. ТБ
***
Сайт InternetTableTalk.com написал, что в интернет-консоль Nokia N800 (см. «КТ» #671) встроен FM-радиоприемник, о котором до сих пор никто не сообщал. Непонятно, почему Nokia не стала сразу рекламировать такую важную «фичу». Возможно, были проблемы с доведением до ума или лицензированием драйвера. Теперь же софт доступен для скачивания, а любознательные пользователи даже разобрали устройство и нашли радио на плате.
Возможно, это был хитрый ход со стороны производителя — раскрывать недокументированные функции спустя некоторое время, для подогрева интереса. Сообщество Linux-пользователей еще не отошло от обсуждения предыдущего события, — похоже, большинство активных разработчиков платформы, прикладных программ и просто стороннего открытого софта получили дискаунт-коды на покупку N800 за сотню евро. Причем самим разработчикам даже не пришлось для этого ничего делать — их кандидатуры выдвигали другие. Поскольку активные разработчики зачастую являются и активными блоггерами, Nokia обеспечила своему новому устройству непрекращающийся пиар и поддержку в таких сообществах, как, например, planet.gnome.org. СК
***
Наконец-то проект One laptop per child вступил в активную фазу. Первые 2,5 тысячи компьютеров будут переданы на тестирование образовательным учреждениям восьми развивающихся стран. Пока каждый ноутбук обходится примерно в 150 долларов, в следующем году планируется достичь заветной стодолларовой отметки. ТБ
***
Skype, разработчики которого гордятся отсутствием в продукте закладок и spyware, недавно преподнес своим почитателям неприятный сюрприз. Пользователи 64-битной версии Windows стали свидетелями странной ошибки, ее причиной была программа, считывающая содержимое BIOS. Как удалось выяснить, ноги у подозрительной утилиты растут из популярного VoIP-софта. И хотя к чести Skype ситуация быстро нашла объяснение («стрелки» были переведены на компанию EasyBits Software, поставляющую «телефонистам» DRM-библиотеку для проверки подлинности плагинов), осадочек, как говорится, остался. АЗ
***
Вслед за посольством Швеции в онлайновой ролевой игре Second Life открылось первое рекрутинговое агентство. Компания TMP, подразделение корпорации Monster Worldwide, предлагает любым фирмам взять на себя все HR-заботы, начиная от создания во «Второй жизни» копии офиса клиента до проведения онлайновых интервью с соискателями.
Естественно, речь идет лишь о предварительных собеседованиях. Успешно пройдя интервью в онлайне, соискатель получает приглашение на «офлайновый» разговор с работодателем. Такая практика, уверяет TMP, позволит значительно сократить время и расходы на набор персонала. ТБ
***
Как сообщила пекинская газета People’s Daily, в 2006 году Китай потратил на научные исследования и разработки 300 млрд. юаней (38,5 млрд. долларов), что составляет 1,4% валового национального продукта. По сравнению с 2005 годом расходы на эти цели выросли на 22%. К 2020 году Китай намерен открыть еще десять национальных лабораторий вдобавок к шести, строительство которых началось в 2000 году. В этих научных центрах будут выполняться крупные исследовательские проекты в области энергетики, биологии, экологии, электроники и компьютерной техники, авиации, машиностроения и фармакологии. АЛ
***
Американский космический зонд Cassini обнаружил исполинское облако, плавающее над северным полюсом Титана, крупнейшего спутника Сатурна. Астрономы давно знают, что Титан — это единственный из спутников планет Солнечной системы, окруженный плотной (давление выше 1,5 бара) атмосферой, состоящей из азота (98 с лишним процентов) и метана (чуть больше полутора процентов). В северной полярной зоне Титана недавно были обнаружены обширные озера, заполненные жидким метаном. Ученые не исключают, что новооткрытое облако как раз и состоит из метана, испарившегося с поверхности этих резервуаров. Предполагается, что такие облака орошают поверхность Титана метановыми дождями, замыкая круговорот этого газа между сушей и атмосферой. АЛ
Альберти и внутренние враги
Автор: Киви Берд
RSA Conference, крупнейший и самый знаменитый в мире форум по информационной безопасности, из года в год набирает популярность. Ни утрата независимости фирмой-организатором RSA Security (в прошлом году ее купила корпорация-гигант EMC, специализирующаяся на промышленных системах хранения данных), ни общая тенденция к снижению популярности компьютерных выставок-ярмарок, похоже, не отражаются на успехе форума. Подтверждением чему стало 15 с лишним тысяч зарегистрированных участников на RSA Conference 2007, состоявшейся в этом месяце в Сан-Франциско.
По давней традиции каждая из конференций RSA выстроена вокруг какой-то определенной — и каждый раз новой — сквозной темы из истории культуры, так или иначе связанной с защитой информации. В нынешнем году мероприятие решили посвятить памяти одного из великих «универсальных людей» Возрождения Леона Батисты Альберти. Художник и поэт, философ и музыкант, архитектор и математик, в сообществе инфобезопасности Альберти особо почитается как «отец западной криптологии». Ибо именно он во второй половине XV века изобрел шифр многоалфавитной замены и реализующее его устройство, шифрующий диск. Этот диск состоял из двух алфавитов, выписанных по кругу, — один на неподвижном внешнем кольце, а второй на вращающемся внутреннем диске. Столь нехитрое на первый взгляд приспособление ознаменовало важнейший этап в развитии западной криптографии со времен Юлия Цезаря, а реализуемый им принцип многоалфавитной замены и сегодня лежит в основе большинства современных шифрсистем.