國際量子計算研究獲重大突破-量子計算機成可能

通過電子自旋共振實驗技術,在國際上首次通過固態體系實驗實現最優動力學解耦,使得量子計算機的問世成為可能.

將量子力學和計算機科學結合併實現量子計算是人類的一大夢想.量子計算的本質就是利用量子的相乾性,而在現實中由於環境不可避免地會對量子系統發 生耦合干擾,使量子相乾性隨時間衰減發生消相干,計算任務無法完成.因此為使量子計算成為現實,首要急需解決的問題就是克服消相干.

以分解五百位的自然整數為例,目前最快的計算機需要用幾十億年才能完成,而用量子計算機,同樣的重複頻度,一分鐘就可以解決.但量子計算如同人類思考問題 需要一定時間.其時間長短取決於量子的相乾性,相乾性保持時間越長,量子計算機就可以處理複雜程度更高、難度更大的信息.因此,提高量子相乾性,對提高量 子計算機的能力十分關鍵.

為保持量子相乾性,物理學家提出很多種方法,其中,最優動力學解耦是最有效的方法之一.杜江峰教授介紹說,最優動力學解耦方法就是通過一串精心設計的微波 脈衝直接作用於自旋電子,讓自旋電子反覆翻轉,「感受」到的外力上下翻轉,消去電子自旋與環境中核自旋之間的耦合,保護電子自旋的量子相乾性.

經過多年努力,杜江峰研究小組已成功建立目前中國國內唯一可以同時操控電子和核自旋的實驗平台.研究人員用最多七個微波脈衝把一種叫丙二酸的材料裡的電子 自旋的相干時間從不足二千萬分之一秒延長到了近三萬分之一秒,這個時間已能夠滿足一些量子計算任務的需要.研究顯示,即使在常溫下,這樣的方案也是可以工 作的,這為用固態材料研製出能在室溫下使用的量子計算機奠定了基礎.

研究人員認為,一旦實際固態體系的各種退相干機制被人們所完全瞭解,高精度的相干控制將更加容易,距離量子計算機的真正實現也不再遙遠.

只有8%的人知道瀏覽器是什麼

Google調查顯示,只有8%的人知道瀏覽器是什麼,對此Google發起廣告宣傳,旨在向公眾普及瀏覽器知識.
「什麼是瀏覽器?」這是一個再簡單不過的問題.然而令人意外的是,Google在紐約時代廣場所做的一項隨機調查顯示,只有8%的人知道答案.92%的人 完全不知道瀏覽器是什麼或者將其誤解成搜索引擎.更令Google擔憂的是,絕大多數的受訪者從來沒有聽說過Chrome瀏覽器.

該 問題對web開發者有著直接的影響.開發者總是希望用戶使用最新的瀏覽器,以便能夠直接採用新技術和技巧,而不必花費大量的時間來考慮舊瀏覽器的兼容問 題.IE6的發展是一個特別突出的問題.IE6的最初版本已經發佈8年了,而其至今還擁20%的用戶.因此,在大多數人都不知道瀏覽器是什麼的情況下,如 何鼓勵用戶升級瀏覽器就顯得很棘手.這些用戶不可能理解新版瀏覽器的好處,顯然他們對於現有軟件已經心滿意足.

同時,該問題對於Google更為重要.Google通過搜索和在線應用賺錢.隨著這些應用越來越複雜化,它們將日益倚重HTML5等新技術.微軟對於 HTML5沒有做出明確的承諾,而即使微軟開始支持HTML5,他們也不可能會為老版本的瀏覽器提供支持.目前有65%的人在繼續使用無法運行 Google Wave等在線應用的IE瀏覽器.

Google對此採取積極的應對措施.例如在Youtube等網站停止支持IE6、為IE提供Chrome插件、發佈免費開源的Chrome操作系統等.

然而,用戶教育仍然是最大的障礙.很少有用戶意識到瀏覽器還有另外的選擇,而微軟則從此中得益.因此Google發起了一項名為「瀏覽器是什麼」(What Browser)的廣告宣傳攻勢,發佈了視頻和迷你網站,旨在向互聯網大眾解釋瀏覽器是什麼.

該廣告宣傳可能並不會產生很大的影響.用戶僅僅知道了有另外的瀏覽器選擇,並不意味著他們將更換或升級瀏覽器.很多人意識不到瀏覽器之間的細微差別,對於他們來說,IE完全足夠了,沒有任何理由需要更換瀏覽器.

然而,雖然該網站的影響可以忽略不計,但這只是Google龐大的廣告宣傳計劃中的一小部分.該廣告宣傳的成功取決於公司和個人升級他們的瀏覽器,具體效果還有待進一步觀察.

失敗率超高的火星任務

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一個新的禮拜,一張新的科學好圖。只是為什麼最近的好圖都是以太空探險為主題,就不得而知了XD。

在火星周圍一共有五個虛線的圈圈,最內圈是有可移動的探測機器人的任務,目前只有三個,分別是 Sojourner (Pathfinder)、Sprit 和 Opportunity。後兩者於 2003 年發射,竟然到現在還在火星上活躍著,真是個非常了不起的成就。向外的第二圈是成功降落火星表面的任務,算上 Sojourner 的基地(所以這個任務有兩個點),歷來一共也才只有六個而已。其中蘇聯佔了兩個,美國佔了四個。美國的前兩個任務是維京 1 號和 2 號,是一組以尋找火星生命為目標的探測船,可惜因為科學家對收集來的數據有爭議,最後得到的結論是「沒有結論」。從此以後地球上的人們在好長一段時間內都失去了對火星的興趣。最近重啟的火星探測計劃,打算從基礎開始一步步的確認火星是否有支持地球類生物存在的可能,這部份以鳳凰號任務尋找火星表面有沒有水的存在起頭,接下來則是有能力做更進一步完整分析的地表探測機器車 Mars Science Laboratory ,預計 2011 年底發射。

再向外一圈是抵達火星軌道的人造衛星,共有 11 架。最近的三個 — 美國的 Mars Odyssey 和 Mars Reconnaissance Orbitor 及歐洲的 Mars Express 都仍在火星上空運作中,提供火星地理及氣候長時間變化的追蹤,以及地表探測機器車的數據接力工作 — 有這些衛星的話,地面的探測機器車就不需要用大功率的天線將信號送回地球,只要把信號傳給天上的衛星就可以了,如此一來可以節省電力進行更重要的任務。再往外一圈是經過火星,但沒有進入軌道的探測器。早年因為技術不發達,因此火星任務的設定是經過就算成功,近代則是在飛往其它太陽系星體的途中順便經過一下火星,除了和軌道上的衛星打聲招呼外,也趁機檢測一下設備是否運作正常。

最外面一圈,就是失敗的任務了。相較於 21 次成功的任務(其中還有兩個只是經過),失敗的任務一共有 22 個之多(圖上把 2003 年的 Beagle 算成成功,實際上只有衛星 Mars Express 是成功的,Beagle 降落船著陸失敗),失敗的比率過半。值得慶幸的是,自 2001 年之後的任務大多是非常成功的,或至少成功一半,讓科學家對火星探測多少恢復了一點信心。

未來的任務中,最值得觀注的,是中國和俄羅斯合作的 Phobos-Grunt / 螢火一號,預計 2011 年發射。其中螢火一號是進入火星軌道的衛星,Phobos-Grunt 則大半旅程和螢火一號同行,但抵達後會分離,獨自前往火星的衛星 Phobos 採集土壤樣本,再帶著樣本飛回地球。如果任務順利的話,這會是第一個成功從月球軌道外帶回土壤樣本的任務。更遠程的還有 2013 年的 MAVEN,準備接替 Mars Reconnaissance Orbitor 做地表探測機器人的數據接力,以及歐盟的 EXOMARS,一架和 Mars Science Laboratory 一樣的大型地表探測機器人。只是 EXOMARS 任務還要等到 2016 年,有點遙遠了啊!

當然,截至目前為止所有的任務都是無人任務。從 1960 年到今天也快 50 年了,人類什麼時候才能在紅行星上散步呢?

核電池可供電5千年

美國科研人員成功研製出硬幣大小的「核電池」(nuclear battery),通過同位素的衰變產生電能。該研究成果被刊登在最新一期的《應用物理雜誌》等科學雜誌。


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迷你核電池只是略大於1美分硬幣,但電力是普通化學電池的100萬倍。

據瞭解,當放射性物質衰變時,能夠釋放出帶電粒子,如果正確利用的話,能夠產生電流。通常不穩定(即具有放射性)的原子核會發生衰變現象,在放射出粒子及能量後可變得較為穩定。核電池正是利用放射性物質衰變會釋放出能量的原理所製成的,此前已經有核電池應用於軍事或者航空航天領域,但是體積往往很大。

過去在電池的研發過程中面臨的重大難關之一,就是為了提高性能,電池大小往往比產品本身還大。

據BBC報道,由美國密蘇里大學計算機工程系教授權載元率領的研究組成功為「核電池」瘦身,研發出的「核電池」體積小但電力強。但權載元教授組研發出的核電池只是略大於1美分硬幣(直徑1.95厘米,厚1.55毫米),但電力是普通化學電池的100萬倍。密蘇里大學研究團隊稱他們研製小型核電池的目的是,為微型機電系統或者納米級機電系統找到合適的能量來源。如何為微型或納米級機電系統找到足夠小的能量來源裝置,同微型裝置一樣是一個熱門研究領域。

核電池的另一誘人之處是,提供電能的同位素工作時間非常長,甚至可能達到5000年。設想不久的將來,只需要一個硬幣大小的電池,就可以讓你的手機不充電使用5000年。

權載元教授帶領的研究團隊還實現了用於電池的芯片的改革。使用核電池時發出的放射能可能會損壞電池內部的固體芯片結構,但權載元利用液體芯片,最大限度地克服了這一問題。

儘管核電池最核心的部件都是由放射性物質製成,但是在日常的工作條件下卻是很安全的。權載元教授表示:「人們一聽到核這個詞就會感覺非常危險。但是事實上,核能可用於心臟搏動調節裝置或人造衛星等,已經可以安全地用於人們的生活。」

這個令我聯想起iron man心口上的核電池

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