Компьютерра - Журнал «Компьютерра» № 35 от 26 сентября 2006 года

Перед учеными стояла задача максимально уменьшить трение, которое часто мешает работать и обычным машинам, но становится настоящим бедствием, если механизмы имеют микроскопические размеры. Ведь действующие в них силы уменьшаются пропорционально размерам, а силы трения, возникающие из-за сцепления молекул трущихся поверхностей, остаются на прежнем уровне. Не помогает тут и обычная смазка, которую очень неудобно использовать в микромашинах.

Исследователи решили применить углеродные нанотрубки, уже нашедшие себе массу разнообразных профессий. На поверхности кремния с помощью химического осаждения паров вырастили «лес» из вертикально стоящих трубок толщиной сто и высотой тысячу нанометров. Трубки располагались на расстоянии около ста нанометров друг от друга.

Получившуюся «щетину» сравнили с поверхностью золота, кремния, алмаза и тефлона. Для этого бусинки из полистирола диаметром пять микрон закрепили на микроскопических штангах и стали перемещать вдоль поверхности. Оказалось, что сила трения по такому ежу в пять с половиной раз меньше, чем по тефлону, и в семь раз меньше, чем по золоту. Ученые объяснили это тем, что бусинки касались лишь кончиков углеродных «иголок», оставаясь большей частью в «подвешенном» состоянии. Снижение площади контакта и уменьшило трение.

Другой побочной профессией углеродного наноежа может стать перемещение органических нановолокон — почти так же, как сено поддевают вилами. Это сразу решит массу проблем с манипулированием полезных для микроэлектроники, но слишком нежных и ломких в использовании волокон. ГА

Кремниевый чип, способный работать со спином одного-единственного электрона, который реализует единицу квантовой информации (кубит), создали ученые в Дельфтском технологическом университете в Нидерландах. Это еще один важный шаг на тернистом пути к созданию вожделенных и пока иллюзорных квантовых компьютеров.

Спин, или собственный магнитный момент, электрона давно считался заманчивым кандидатом на физическую реализацию единицы квантовой информации. Электрон может находиться в состоянии «спин вверх» (логическая единица), «спин вниз» (логический ноль), а также в квантовой суперпозиции этих состояний. Но с кубитом надо еще уметь работать. Его нужно устанавливать в правильное начальное состояние, «поворачивать» на заданный угол и измерять его состояние в конце вычислений. Ученые уже давно умеют делать это с самыми разными физическими реализациями кубитов в виде поляризованных фотонов, спинов атомных ядер, ионов в ловушке и ряда других, порой экзотических, квантовых объектов. Однако самый привычный для электроники объект — электрон — до сих пор выпадал из этого ряда. Меж тем электрон привлекает ученых еще и тем, что состояние его спина сравнительно устойчиво по отношению к внешнему шуму, который быстро «портит» нежную квантовую информацию.

Новое устройство изготовлено с помощью обычной полупроводниковой технологии. Оно состоит из двух электродов, которые могут создать напряжение на паре квантовых точек — бугорках из арсенида галлия диаметром около ста нанометров. Приложенное напряжение заставляет электроны перепрыгивать с одной квантовой точки на другую, а в одной квантовой точке может находиться не больше пары электронов одновременно, но обязательно с противоположными спинами. Еще несколько электродов используется для создания специальных импульсов осциллирующего магнитного поля, которые могут управлять спином электронов в квантовых точках. Вся конструкция охлаждается до нескольких десятков миллиградусов выше абсолютного нуля.

Ученым удалось проделать со спинами электронов в подобном устройстве целый ряд хитроумных манипуляций. Например, специальными импульсами можно одновременно и одинаково вращать спины пары электронов, которые расположены в соседних квантовых точках. Можно устанавливать спин электрона в нужное положение и измерять его состояние. Все это доказывает, что такая конструкция вполне годится на роль спин-электронного кубита. Теперь от одного кубита надо переходить к нескольким запутанным между собой, догоняя другие физические реализации прототипов квантовых компьютеров, где число кубитов уже перевалило за дюжину. ГА

Интернациональная группа ученых пришла к заключению, что колебания солнечной активности на протяжении последних столетий лишь незначительно повлияли на земной климат. Их выводы изложены в статье, недавно опубликованной в журнале Nature.

В последние годы климатологи разных стран убедительно доказали, что среднегодовая температура земной поверхности стала повышаться уже в семнадцатом столетии, причем с начала двадцатого века процесс всемирного потепления шел особенно быстро. Большинство специалистов полагает, что главную ответственность за разогрев нашей планеты несет техногенное накопление двуокиси углерода, метана и других парниковых газов в нижних слоях атмосферы. Однако существуют также подозрения, что потепление можно хотя бы частично объяснить колебаниями яркости Солнца. Речь идет не о росте интенсивности солнечного излучения, вызванном постепенным сжатием нашего светила, которое приводит к повышению температуры его центральной зоны. Недра Солнца нагреваются чрезвычайно медленно, в течение следующего миллиарда лет его яркость увеличится только на 11%. Сторонники теории солнечных причин всемирного потепления полагают, что на земной климат заметно влияют сравнительно кратковременные колебания уровня испускаемой Солнцем лучевой энергии, связанные с динамическими процессами в поверхностных слоях нашего светила.

Сама по себе эта теория достаточно правдоподобна. Как известно, на поверхности Солнца постоянно возникают зоны с пониженной температурой плазмы (солнечные пятна) и более горячие участки (факелы). В годы активного Солнца растет как число пятен, так и число факелов, однако последние вносят больший вклад в общий баланс солнечного излучения, в результате чего его мощность временно увеличивается. Так что вполне можно предположить, что на пиках солнечной активности поверхность нашей планеты дополнительно нагревается, а в годы спокойного Солнца не успевает вернуться к прежнему тепловому режиму.

Эту модель и опровергают исследователи из Соединенных Штатов, ФРГ и Швейцарии, возглавляемые Питером Фукалом (Peter Foukal). Они утверждают, что согласно показаниям радиометров, установленных на европейских и американских космических аппаратах, максимальная разница между средней мощностью солнечного излучения в активные и спокойные годы не превышает 0,07%. Такие вариации никак не могут объяснить резкое ускорение темпов всемирного потепления, которое наблюдается в течение последних тридцати лет.

Однако авторы статьи в Nature не ограничились современностью. Они изучили впечатляющий набор данных об интенсивности излучения Солнца в прошлые столетия, собранный учеными многих специальностей. Анализ этой информации показал, что после 1600 года число солнечных пятен и факелов увеличилось по сравнению с предшествующими веками, но далеко не в такой степени, чтобы стать причиной глобального потепления.

Астрономы-"солнечники" иногда утверждают, что существуют циклы солнечной активности вековой протяженности, не связанные с основным одиннадцатилетним циклом, которые могут сильно влиять на земной климат. Например, недавно сотрудники Пулковской обсерватории заявили, что солнечная активность вскоре начнет снижаться и вернется к росту лишь в начале следующего столетия. Пулковские астрономы предсказали, что этот процесс перебьет негативные последствия парникового эффекта и что всемирное потепление через несколько десятилетий сменится похолоданием. Питер Фукал и его соавторы решительно не согласны с подобными выводами. Они утверждают, что никаких солнечных циклов длительностью в несколько столетий попросту не существует и что колебания мощности солнечного излучения обуславливаются только появлением пятен и факелов. А значит, как ни печально, от всемирного потепления нам никуда не деться. АЛ

Инженерам корпорации Intel вместе с учеными из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре удалось разработать технологию изготовления гибридных лазеров на основе кремния и фосфида индия. Эта технология призвана одолеть последний барьер на пути интеграции фотоники в кремниевые чипы и обещает скорое появление дешевых терабитных оптических каналов передачи данных между чипами компьютеров следующих поколений.

Кремний, как известно, прозрачен для инфракрасного излучения лазеров, используемых в телекоммуникациях. Он хорошо подходит для изготовления оптических волноводов, модуляторов, переключателей и прочих элементов, что необходимо для производства оптических чипов по хорошо отработанной, дешевой и массовой технологии. Беда в том, что кремний не годится для излучения света. Все многолетние попытки обойти эту трудность и создать дешевый кремниевый лазер в чипе пока не привели к приемлемым результатам.