XCOD.INFO

Идея использования состояния спина электрона для представления информации в квантовых компьютерах была высказана довольно давно. По заявлению объединенной группы физиков из США и Лондонского центра нанотехнологий, вскоре эта идея будет реализована в пригодном для практического применения компьютере.

Способ представления информации в квантовом компьютере. СВЧ-излучение (красное) используется для изменения состояния спина электрона, которое считывается путем измерения тока, протекающего между электродами (выделены серым).

Исследователям, как утверждается, удалось увеличить время жизни квантового состояния электрона в кристалле кремния более чем на 5 тысяч процентов. «Кремний уже несколько десятилетий занимает доминирующее положение в ИТ-индустрии, — говорит доктор Гевин Морли (Gavin Morley), ведущий автор работы. — Самым точным способом считывания состояний спинов электронов остается измерение электрического тока. До настоящего момента нас останавливало то, что этот ток сам обладает свойством изменять квантовое состояние системы». Его мысль завершает Маршалл Стоунхем (Marshall Stoneham), профессор физики из Медицинского колледжа Лондонского университета: «Да, определить результат квантовых вычислений очень непросто. Теперь, когда наши коллеги продемонстрировали практический способ определения состояния спина электрона, мы значительно приблизились к решению этой проблемы».

Читать далее…

Компания IBM и пять американских университетов создают новую когнитивную компьютерную систему, которая по алгоритму своей работы будет приближена к человеческому мозгу. Заказчиком проекта как обычно является  DARPA.

Команда инженеров будет воссоздавать  в электронных приборах такие функции мозга, как логическое мышление, познание, восприятие, ощущение, взаимодействие с окружающей средой и поведенческие реакции.  Конструируемая  система не будет представлять собой суперкомпьютер из десятка шкафов, разработчики нацелены получить новую экономичную  и компактную архитектуру.

“Наш мозг имеет бесподобную способность интегрировать информацию из различных источников и из разных каналов - зрение, слух, осязание, обоняние, осознания времени и пространства, а также взаимосвязи этих факторов. Сейчас нет компьютеров, которые могут хотя бы отдаленно воспроизвести деятельность мозга. Здесь нужен совершенно иной подход”, - говорит Дарментра Модха, менеджер нового когнитивного проекта из IBM.

В IBM считают, что сейчас уже пришло время для создания систем, симулирующих работу мозга.

Во-первых неврологи добились значительных успехов в изучении процессов взаимодействия нейронов, во-вторых, мощности современных процессоров уже позволяют проводить аналогичные мозговым процессам вычисления в реальном времени, наконец в-третьих, при помощи нанотехнологий в недалеком будущем можно будет вообще создать искусственный мозг, в котором будет симулировано все, вплоть до единого нервного окончания и нейрона.

“Объединив все эти три тенденции, мы можем попытаться симулировать в электронном виде деятельность мозга, хотя создать электронное устройство, сравнимое по размерам и функциям, сейчас все же вряд ли возможно”, - заявляют в IBM.

Первая фаза проекта, во время которой ученые будут проектировать алгоритм работы будущей системы, продлится 9 месяцев. На данный момент у инженеров уже есть программное обеспечение, способное симулировать мыслительные процессы небольших животных, например мышей и крыс.

“Вообще, эти вопросы настолько сложны, что для их решение требуется очень комплексный подход. Мы пока находимся на начальной стадии головоломки”, - отмечает Модха.

По материалам портала Сайберсекьюрити Ру (www.cybersecurity.ru)

Впервые ученым удалось создать в лабораторных условиях около 100 млрд индивидуальных частиц антиматерии. Антиматерия, представляющая собой с физической точки зрения позитроны, также называемые античастицами электронов, до сих пор существовала лишь в космическом пространстве. Теперь же ученым из американской Национальной физической лаборатории им Лоренца удалось получить позитронное вещество.

Позитроны возникают в одном из видов радиоактивного распада (позитронная эмиссия), а также при взаимодействии фотонов с энергией больше 1 МэВ с веществом. Последний процесс называется «рождением пар», ибо при его осуществлении фотон, взаимодействуя с электромагнитным полем ядра, образует одновременно электрон и позитрон.

“Нам удалось получить и обнаружить гораздо больше антиматерии, чем кому-либо ранее во время экспериментов с плазмой. Мы продемонстрировали процесс создания значительного числа позитронов при использовании импульсного лазера”, - говорит Ху Чен, физик-ядерщик из Лаборатории им Лоренца.

В этой лаборатории ученые использовали короткий интенсивный лазер для облучения миллиметровой лазерной пленки. “До сих пор мы использовали для облучения более плотные материалы, однако при использовании миллиметровых золотых пленок нам удалось получить значительно число позитронов”, - говорит физик Скотт Уилкс.

Как рассказали специалисты, во время эксперимента лазер ионизирует и ускоряет электроны, которые взаимодействуют с ядрами молекул золота, выступающими в роли катализаторов.”Электроны превращаются в заряды чистой энергии, которые распадаются на положительные частицы и антиматерию. Фактически это происходит в точности так, как в теории предсказывал Эйнштейн”, - говорит Уилкс.

“Создав приемлемые объемы антиматерии мы можем изучить ее более детально и понять многие процессы во Вселенной”, - уверен физик Лаборатории Лоренца Питер Байерсдорфер.

В нормальных условиях частицы антиматерии практически мгновенно уничтожаются за счет контакта с обычной материей, превращаясь в гамма-лучи. Считается, что в первые мгновения после Большого Взрыва количество позитронов и электронов во Вселенной было примерно одинаково, однако при остывании эта симметрия нарушилась. Пока температура Вселенной не понизилась до 1 МэВ, тепловые фотоны постоянно поддерживали в веществе определённую концентрацию позитронов путём рождения электрон-позитронных пар (такие условия существуют и сейчас в недрах горячих звёзд). После охлаждения вещества Вселенной ниже порога рождения пар оставшиеся позитроны аннигилировали с избытком электронов.

В космосе позитроны рождаются при взаимодействии с веществом гамма-квантов и энергичных частиц космических лучей, а также при распаде некоторых типов этих частиц. Таким образом, часть первичных космических лучей составляют позитроны, так как в отсутствие электронов они стабильны. В некоторых областях Галактики обнаружены аннигиляционные гамма-линии, доказывающие присутствие позитронов.

Сегодня организаторы проекта Top500.org опубликовали очередной уже 32 по счету список 500 самых мощных компьютеров мира. Данный список составляется дважды в год на основе данных официального и единого тестирования вычислительных мощностей. Изюминкой сегодняшнего списка стала борьба за первое место. Разрыв между первым и вторым местом был минимальным за все время составления рейтинга.

Итак, по итогам тестов первым стал суперкомпьютер IBM Roadrunner, установленный в американской Национальной лаборатории в Лос-Аламосе. Мощность Roadrunner c момента предыдущего теста, проведенного в мае этого года, выросла до 1,105 петафлоп в секунду (1,105 квадриллиона операций в секунду). Отметим, что Roadrunner является не только самым мощным суперкомпьютером рейтинга, но и одним из самых новых.

Буквально вплотную к нему идет еще один вычислительный монстр - суперкомпьютер Cray XT5 (Jaguar), который был недавно значительно модернизирован, а его мощность увеличена. По результатам теста Linpack мощность этого суперкомпьютера составил 1,059 петафлоп в секунду. Jaguar установлен опять же в американской Национальной лаборатории, но уже в Окридже.

Отметим, что обе супермощных системы работают в интересах Министерства энергетики США. По официальным данным, на этих компьютерах проводятся различные физические и научные опыты, по неофициальным - на них проектируются и испытываются новые виды ядерного оружия. Составители отчета говорят, что из 10 мощнейших суперкомпьютеров мира 7 работают в интересах американского Минэнерго.

Что касается мощнейшей системы, расположенной за пределами США, то здесь также не обошлось без перестановок. Если раньше следом за Штатами всегда следовали европейские исследовательские центры, то сейчас мощнейшим неамериканским суперкомпьютером стал китайский Dawning 5000A, расположенный в Суперкомпьютерном центре Шанхая. Кроме необычного географического расположения системы, Dawning 5000A стал самым мощным компьютером, работающим на базе Windows HPC 2008.

Мощнейший суперкомпьютер, расположенный в России - это HP Cluster Platform на базе 4-ядерных процессоров Xeon 5400. Расположен этот суперкомпьютерв в Межведомственном суперкомпьютерном центр в Москве. Эта система занимает 35 место в рейтинге. На 54 месте находится кластер T-Platforms T60, расположенный в МГУ им Ломоносова, 119 место занимает еще один кластер HP, но уже расположенный в Курчатовском институте. Всего в рейтинге принимают участие 8 суперкомпьютеров, расположенных на территории России.

Приведем некоторые прочие статистические факты из рейтинга: из 500 суперкомпьютеров 379 работают на базе процессоров Intel (75,8%), на базе IBM Power и AMD Opteron работают 60 и 59 (12% и 11,8%) соответственно. По производителям лидером стала компания HP, у которой в рейтинге участвует 209 компьютеров (42%), далее следует IBM c 188 системами. Еще полгода назад абсолютным лидером была IBM c 210, против HP c 183 системами.

Суммарная производительность всех систем, вошедших в Top500, составила 16,95 петафлоп в секунду. Мощность суперкомпьютера, занявшего 500-е место составила 12,64 терафлоп в секунду, против 9 терафлоп в секунду 6 месяцами ранее.

Ученые обнаружили “утечку генов” из трансгенной кукурузы в Мексике: два гена из трансгенных сортов попали в растения местных сортов, что свидетельствует о легкости “загрязнения” генами у растений, говорится в статье, опубликованной мексиканскими биологами в журнале Molecular Ecology.

Культивирование трансгенной кукурузы было запрещено в Мексике в 1998 году, чтобы сохранить местные сорта, а также дикорастущие виды кукурузы.

Через три года и шесть лет после запрета - в 2001 и 2004 годах - ученые из Национального автономного университета Мексики исследовали состояние кукурузы на полях в 23 районах страны.

Они провели генетический анализ тысяч семян и листьев кукурузы на наличие в них двух генов, которые должны были находиться только в трансгенных сортах. Неожиданно они обнаружили эти гены в растениях местных сортов на 1% полей, где трансгенная кукуруза не культивировалась.

“Значение работы состоит не в том, что авторы показали передачу генов, но в том, что эти гены распространились легко и быстро, несмотря на то, что культивирование трансгенных растений прекратили”, - поясняет доктор Норманн Эллстрэнд из Калифорнийского университета в Риверсайде, слова которого приводятся на сайте журнала Nature.

Похожие результаты были получены другой группой ученых в 2001 году. Но в 2005 появилась статья, авторы которой не смогли обнаружить “утечку” генов на поля.

По словам ученых, новое исследование проведено с большой тщательностью и снова может вызвать споры о влиянии трансгенных растений на другие сорта и дикорастущие виды.

Пластиковые эппендорфы – одни из самых многочисленных представителей лабораторной посуды. В них смешивают, переносят и исследуют вещества учёные всего мира (фото с сайта licor.com).

Волнения по поводу химикатов, выделяемых пластиком посуды и бутылок, вынудили многих людей отказаться от использования подобной продукции. Теперь настало время учёных, которые, вполне возможно, пересмотрят результаты своих экспериментов, проведённых в пластиковых пробирках.

Биохимик Эндрю Хольт (Andrew Holt) и его коллеги из университета Альберты (University of Alberta) обнаружили, что коммерческие пробирки из пластика, используемые в различных лабораториях по всему миру, могут блокировать некоторые биологические реакции, а значит, привести к неверным результатам и выводам. Например, по поводу действенности тех или иных лекарств. Для того чтобы ёмкости начали выделять вредоносные вещества, достаточно было налить в них воду.

“Многие люди и учёные недооценивают влияние пластиковой посуды. Ранее никто не делал того, чем мы были вынуждены заняться”, — говорит Хольт.

Данная группа биохимиков обнаружила, что во время экспериментов с ферментом MAO-B их данные никак не желали сходиться. Они решили выяснить причину происходящего.

Главными подозреваемыми стали пробирки для микроцентрифуги (в ней молекулярные биологи смешивают соединения). Учёные протестировали пластиковые эппендорфы разных производителей и обнаружили, что хранящаяся в них вода блокирует энзим MAO-B на 40%.

Когда они проанализировали состав жидкости, выяснилось, что все образцы содержат следовые количества антимикробного вещества и химиката, препятствующего “прилипанию” воды к пластиковым стенкам пробирок. Оба соединения были добавлены компаниями-изготовителями в продукцию намеренно.

Пластиковые пипетки и сменные наконечники для них. Эту продукцию чаще используют биологи (фото с сайтов sorbio.com и sejalplastics.com).

Но на этом биологи не остановились и установили, что тем же эффектом обладают пластиковые наконечники пипеток. В то же время пластиковые чашки, используемые в экспериментах с белками, усиливали активность MAO-B.

Такие эффекты вполне способны спутать результаты любого исследования, считает Хольт. Пока он не нашёл ни одной статьи с неверными данными или выводами, но полагает, что таких скоро обнаружится немало.

“Конечный результат таков: учёные тратят огромное количество времени и денег впустую”, — добавляет Эндрю.

Не вовлечённая в данное исследование Симонетта Сипионе (Simonetta Sipione) опасается, что проблемы возникают и со стерильными пластиковыми контейнерами, в которых биологи выращивают клетки.

Она подозревает, что за мистическую смерть культивированных клеток мозга у неё в лаборатории ответственны всё те же утечки “дополнительных” веществ.

Год назад, когда Хольт впервые заподозрил пробирки в искажении результатов, он написал об этом одному из немецких производителей лабораторной посуды. Но в компании не смогли воспроизвести его результат (Эндрю полагает, что это произошло из-за недостаточной чувствительности оборудования).

Однако Хольт не склонен винить во всём производителей пробирок, ведь они добавляют агенты, чтобы облегчить работу учёных, а те в свою очередь очень редко докладывают им о подобных случаях “путаницы”.

Сейчас в лаборатории Эндрю пробирки перед экспериментом тщательно промывают, чтобы вывести максимальное возможное количество лишних веществ. И хотя процесс занимает много времени, учёные считают это лучшим выходом из ситуации.

Команда Хольта полагает, что “добавки” влияют не на все белки, а только на некоторые из них. В таком случае замена компаниями этих веществ на другие могла бы решить проблему. Тогда биологи смогли бы выбирать пробирки, которые меньше всего влияли бы на каждый конкретный эксперимент.

Статья учёных опубликована в журнале Science.

Читайте также о самой маленькой пробирке в мире.

Инженеры и робототехники из Университета Карнеги Меллон разработали самого крупного и тяжелого на сегодняшний день робота из всех промышленных образцов. В сотрудничестве со специалистами из компании Caterpillar они создали роботизированный вариант 700-тонного грузовика Caterpillar 797, способного работать в горнодобывающей индустрии.

Грузовик-робот способен перевозить до 240 тонн грузов из шахт. В основе разработки находится 24-циллиндровый двигатель, мощностью 3 550 лошадиных силы. Максимальная скорость движения грузовика составляет 70 км/час. Роботизированная составляющая в этом гиганте управляет буквально всем - от количествa оборотов мотора, до давления в шинах.

Как рассказали в Университете Карнеги Меллон, создан был робот на основе технологий, ранее опробованных в соревновании DARPA Urban Challenge. В рамках этого мероприятия, проводимого каждые два года, вручается приз в размере 2 млн долларов команде разработчиков, которой удастся представить лучший роботизированный автомобиль. В ноябре прошлого года завершился последний DARPA Urban Challenge, тогда перед инженерами стояла задача создать робо-автомобиль, способный разогнаться до 100 км/час.

“Пока отрасль создания автономных автомобилей находится на начальной стадии своего развития. Однако через 5-10 лет появятся образцы роботизированных автомобилей, способных применяться в качестве такси, семейного автомобиля или тяжелого строительного грузовика”, - полагает профессор Университета Карнеги Меллон.

На сегодня грузовик Caterpillar 797 является крупнейшим подобным роботом, однако не первым. Ранее японский производитель Komatsu внедрил несколько автоматизированных грузовиков в горно-рудных карьерах в Чили. Британо-австралийская горнодобывающая компания Rio Tinto планирует к концу ноября полностью автоматизировать шахту неподалеку от австралийского города Пилабара, где добывается железная руда.

Нейроны спинного и головного мозга, которые в отличие от нервных клеток периферии тела не способны к самовосстановлению, можно регенерировать, “отключив” ряд ферментов организма. Это открывает путь к созданию методов лечения тяжелых травм, приводивших к параличу, говорится в статье, опубликованной американскими учеными в журнале Science .

Авторы статьи, ученые из детской больницы Бостона, провели ряд экспериментов на мышах, у которых они временно “выключили” гены, ответственные за вещества-ингибиторы роста нейронов. В результате клетки центральной нервной системы, рост которых прекращается после достижения зрелости, вновь начинали расти, восстанавливая повреждения.

Поскольку поврежденные нейроны не могут регенерировать, в настоящее время не существует способов лечения травм спинного и головного мозга, отмечает ведущий автор исследования, доктор Чжиган Хэ (Zhigang He).

“Мы знали, что после завершения развития клетки перестают расти из-за генетических механизмов. Мы думаем, что один из таких механизмов может также предотвращать регенерацию после травмы”, - поясняет ученый.

Ключевым веществом, регулирующим рост нейронов, является фермент mTOR, который “работает” во время развития организма, но значительно снижает активность, когда клетки созревают. Более того, после травмы этот фермент “замолкает” полностью, как полагают, чтобы сохранить энергию клеток для выживания. Авторы статьи предположили, что если предотвратить “выключение” фермента, нейроны смогут регенерировать.

Ученые использовали методы генной инженерии, чтобы удалить два ключевых вещества PTEN и TSC1, выключающих mTOR в клетках мозга мышей. Спустя две недели экспериментаторы повредили зрительный нерв у этих мышей. Еще через две недели они проверили состояние нервов и выяснили, что более 50% поврежденных нейронов у мышей с выключенными ингибиторами роста сохранились, в то время как у мышей контрольной группы осталось лишь 20% клеток.

Кроме того, 10% клеток показали значительный рост аксонов - выростов, связывающих нейроны между собой.

“Мы надеемся, что наши исследования откроют путь для создания лекарств и развития других подходов, которые будут способствовать росту аксонов”, - говорит Хэ.

Долгосрочная память раскрылась в одном белке

1 ноября 2008

Гиппокамп подопытных крыс – именно этот отдел мозга, по мнению большинства учёных, обеспечивает основные функции памяти (иллюстрация Ehlers et al.).

Американские нейрофизиологи сделали ещё один шаг на пути к осознанию фундаментальных механизмов интеллекта – они описали трансформацию полученного опыта в долгосрочную память на молекулярном уровне. Вполне возможно, что существенную часть наших когнитивных способностей обеспечивает всего лишь один небольших размеров “биомоторчик”.

Каким образом мозг обрабатывает воспоминания и складирует их в нейродинамических структурах мозга? У науки однозначного ответа на этот вопрос пока нет. Даже типов обращения к “жёсткому диску” существует как минимум несколько.

В целом считается, что воспоминания сохраняются в результате долговременной потенциации (LTP), то есть протяжённого во времени обмена сигналами между двумя нейронами. Этот механизм взаимодействия, известный как синаптическая связь, вообще очень важен. Мы уже писали, что именно его усложнение, возможно, привело к развитию человеческого интеллекта.

Обменивающиеся информацией нейроны вырабатывают особые вещества-посредники, нейротрансмиттеры, которые стимулируют рецепторы близлежащих клеток – и так далее, по цепочке. Если взаимодействие длительное, активизируется максимальное число рецепторов, и “принимающая сторона” лучше усваивает входящий трафик.

На словах звучит довольно просто, но на молекулярном уровне в этом процессе разобраться гораздо сложнее.

Ранее уже было выдвинуто предположение, что за активизацию чувствительности может отвечать белок миозин, более известный в качестве регулятора сокращения мышц.

Весь процесс контролировался с помощью замедленной томографической съёмки мозга (иллюстрация Ehlers et al.).

С этим фибриллярным протеином и решили познакомиться поближе нейрофизиологи из США во главе Майклом Элерсом (Michael Ehlers) из медицинского центра при университете Дюка (Duke University). Чтобы оценить его истинную роль учёные ввели в мозг подопытных крыс некоторое количество ионов кальция (Ca++).

Дело в том, что кальций стимулирует производство миозина Vb, который, в свою очередь, прицепляется к неактивным рецепторам и как бы вытягивает их в рабочую область синапса. В результате обеспечивается долгосрочная потенциация, а вместе с ней и лучшая способность к запоминанию и обучению. В теории.

Чтобы проверить версию с миозином Vb на практике, американцы химически заблокировали его выработку в нейронах. В результате оказалось, что без “умного” белка клетки действительно неспособны к LTP.

“Этот настоящий моторчик долгосрочной памяти. Возможно, именно он обеспечивает основную часть наших способностей к запоминанию”, — полагает доктор Элерс”.

“Полученные результаты позволят нащупать общую схему устройства интеллекта”, — уверена нейробиолог Мэри Вутен (Marie Wooten) из университета Оберна (Auburn University). По её мнению, авторам работы впервые удалось пошагово описать молекулярный механизм долгосрочной памяти.

Подробнее с этим исследованием вы можете ознакомиться в журнале Cell.

Кстати, вам будет также интересно узнать, почему память ухудшается в старости или почему с воспоминаниями необходимо переспать.

Здесь символически показаны два луча лазера, что помогли “расшевелить” облако димеров оксида азота (иллюстрация UC at Boulder).

Человек давно мечтает замедлить и до конца понять химию многих процессов на уровне атомов и электронов. Канадские и американские учёные нашли новый способ увидеть движение электронов в молекуле по мере изменения её формы.

Для чего физикам понадобилось вглядываться в столь сложные взаимодействия? Понимание этих процессов станет первым шагом к совершению множества научных прорывов в областях материаловедения, катализа и альтернативных источников энергии, считают в лаборатории профессоров Маргарет Мёрнейн и Генри Каптайна (Kapteyn-Murnane group) из университета Колорадо в Боулдере (University of Colorado at Boulder), а также Альберт Столоу (Albert Stolow) из Института молекулярных наук Стиси (Steacie Institute for Molecular Sciences).

“Наблюдение за трансформацией молекул и движением электронов во время протекания химической реакции раздвинуло бы существующие границы всех молекулярных наук. Впрочем, мы пока ещё не достигли этой цели, заветной для многих учёных, но сделали ещё один большой шаг на пути к ней”, — поясняет Мёрнейн.

Образование и разрыв химических связей — одни из самых быстрых в мире процессов (фемтосекунды или 10^-15с), как следствие, наблюдать за ним может лишь очень точная аппаратура.

Чего же добились физики из Боулдера? Они смогли отснять (конечно же, не в прямом смысле) искусственно вызванные колебания молекулы димера оксида азота N₂O₄.

Сначала они “раскачали” её коротким лазерным импульсом, а затем при помощи второго лазера заставили молекулу испускать рентгеновские лучи, пишут физики в статье, опубликованной в журнале Science Express.

Рентгеновский спектр позволил посмотреть на энергетические уровни молекулы и положение электронов на них. Вместе с тем у учёных появилась возможность проследить за изменением положения энергетических уровней по мере модификации формы молекулы.

“Это совершенно новый метод наблюдения за составляющими вещества, — говорит Каптайн. — Он позволил нам замедлить движение электронов в системе, а затем проследить за их головокружительным танцем”.

Молекула N₂O₄ была выбрана по той простой причине, что она колеблется медленнее остальных, это облегчает наблюдение за процессами.

По мере происходящей периодической модификации электронного облака молекулы димера её свойства также изменяются. Выяснение причин, по которым электроны делают то, что наблюдают учёные, помогает понять, как можно улучшить/получить необходимые свойства материалов.

“Если мы поймём физику происходящих взаимодействий, то в будущем сможем перевести это знание в лучшие технологические решения, например, в более эффективные светособирающие молекулы или катализаторы и даже элементы солнечных батарей”, — говорит Столоу в пресс-релизе университета Боулдера.

Читайте также о том, как учёным удалось отснять на видео перемещающиеся электроны и движение молекулы, а ещё о том, как нановидео снимают новейшие атомные силовые микроскопы.