Pierwsze splątanie organizmu żywego i fotonu
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Komputery kwantowe, gdy w końcu staną się rzeczywistością, mają poradzić sobie z obliczeniami niemożliwymi do wykonania przez komputery klasyczne w rozsądnym czasie. Powstaje pytanie, czy istnieje granica wydajności obliczeniowej komputerów kwantowych, a jeśli tak, to czy można ją będzie w przyszłości przesuwać czy też trzeba będzie wymyślić zupełnie nową technologię. Odpowiedzi na nie postanowili poszukać Einar Gabbassov, doktorant z Instytutu Obliczeń Kwantowych University of Waterloo i Perimeter Institute oraz profesor Achim Kempf z Wydziału Fizyki Informacji i Sztucznej Inteligencji University of Waterloo i Perimeter Institute. Ich praca na ten temat ukazała się na łamach Quantum Science and Technology.
Okazuje się, że jeśli komputer kwantowy ma rozwiązać jakiś problem, to jego złożoność przekłada się na bardziej złożone splątanie kwantowe. To oznacza, że problem obliczeniowy staje się rzeczywistością fizyczną, w której kubity zachowują się różnie w zależności od stopnia splątania. To, co było matematyką, zamienia się w fizykę z głównym problemem w postaci splątania kwantowego.
Najtrudniejsze z zadań obliczeniowych są klasyfikowane jako problemy NP-trudne. Nie mamy dowodów, że komputery kwantowe będą w stanie szybko poradzić sobie z każdym tego typu problemem, ale mamy wielkiej nadzieję, że tak się stanie. Żeby stworzyć algorytm kwantowy, który umożliwi przyspieszenie prac nad problemami NP-trudnymi, używa się klasyfikacji opisującej złożoność takich procesów w odniesieniu do rzeczywistości fizycznej. Często używa się analogii do krajobrazu. Profesor Kempf mówi, by wyobrazić sobie, że wyskakujemy z samolotu ze spadochronem i mamy za zadanie wylądować w najniższym punkcie okolicy. Tam znajdziemy skarb. W problemie łatwym mamy pod sobą krajobraz, w którym znajduje się jedna wyraźnie widoczna dolina z łagodnie opadającymi stokami. W problemie trudnym pod nami znajduje się teren poprzecinany wieloma dolinami, szczelinami i klifami. Ocena, gdzie należy się kierować jest niezwykle trudna. Komputer kwantowy pozwoliły na przeszukanie całego terenu jednocześnie i od razu wskazałby właściwy punkt lądowania. Jednak, by tego dokonać, splątanie między kubitami musi być tak złożone, jak krajobraz. To właśnie w splątaniu tkwi potęga obliczeń kwantowych.
Odkryliśmy, że trudne problemy matematyczne są tak trudne dlatego, że wymagają od komputerów kwantowych, by manipulowały, tworzyły i rozprzestrzeniały wewnątrz systemu wysoce złożone układy splątań. W miarę ewolucji systemu, kubity zaczynają tworzyć złożoną sieć. Związki pomiędzy nimi zmieniają się, przemieszczają, tworzące kubity cząstki tracą splątanie i na nowo się splątują. Trudne problemy wymagają ciągłych zmian tego typu, a to właśnie determinuje, jak szybkie mogą być obliczenia, wyjaśnia Gabbassov.
Obaj uczeni proponują w swoim artykule nowy sposób pomiaru prędkości rozwiązania dowolnego problemu w oparciu o wymagany stopień złożoności splątania kwantowego. Zaproponowana metoda została opracowana na potrzeby adiabatycznych maszyn kwantowych, jednak powinna działać też na innych typach maszy, więc można ją będzie szeroko stosować. Gabbassov i Kempf mają nadzieję, ze ich praca zainspiruje innych specjalistów, którzy wykorzystają ją na swoich polach specjalizacji. Myślę, że badania te przyspieszą pracę nad ekonomicznie opłacalnymi obliczeniami kwantowymi, stwierdził Kempf.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Na Grzbiecie Wschodniopacyficznym, między Alaską a Kalifornią, naukowcy odkryli trzy nieznane wcześniej gatunki kikutnic (pająków morskich) napędzanych... metanem.
Zwierzęta żyjące przy miejscach wysięków metanu na dnie morskim wypracowały niezwykłe partnerstwo z licznymi gatunkami bakterii żywiących się metanem. Kikutnice z rodzaju Sericosura (rodzina Amotheidae) zapewniają bakteriom miejsce do życia na swoim egzoszkielecie, hodują bakterie i je zjadają. Szczegółowe analizy tkanek kikutnic wykazały, że w ich skład wchodzi węgiel pochodzący z metanu.
Rodzaj Sericosura jest znajdowany wyłącznie w habitatach chemosyntetycznych, takich jak okolice kominów hydrotermalnych, zimnych wysięków z dna morskiego, czy miejsc, w które opadły ciała waleni. Chemosynteza jest prostszym od fotosyntezy i starszym ewolucyjnie sposobem autotrofizmu (samożywności).
Chemosyntezę przeprowadzają bakterie. Jak widzimy, często stanowią one źródło pożywienia dla kolejnych organizmów. W tym przypadku dla kikutnic. To niezwykle ważny proces, który zachodzi w ekosystemach głębinowych, gdzie fotosynteza jest niemożliwa.
Mikrobiom egzoszkieletu kikutnic zawierał wiele taksonów bakterii, w tym trzy rodziny znane z powiązań ze zwierzętami. Były wśród nich Methylomonadaceae-MMG-2, które są symbiontami gąbek czy wieloszczetów, Methylomonadaceae-MMG-3 to symbionty omułkowatych, a Methylophilaceae są epibiontami skorupiaków żyjących przy kominach hydrotermalnych.
Naukowcy przypuszczają, że żywiące się metanem bakterie kolonizują egzoszkielet kikutnic przechodząc z rodziców na potomstwo.
Więcej o napędzanych metanem kikutnicach znajdziecie tutaj: https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2501422122
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy potrafią przygotować bakterie tak, by wyczuwały różnego typu molekuły obecne w środowisku, jak składniki odżywcze czy zanieczyszczenia w glebie. Jednak by odczytać takie sygnały, by stwierdzić, że bakterie wyczuły obecność interesujących nas molekuł, trzeba przyjrzeć się samym bakteriom pod mikroskopem. Przez to dotychczas nie mogły być wykorzystywane do monitorowania środowiska na duża skalę. Jednak właśnie się to zmieniło. Naukowcy z MIT stworzyli bakterie, od których sygnały można odczytywać z odległości 90 metrów. W przyszłości mogą więc powstać bakterie, które będzie można monitorować za pomocą dronów lub satelitów.
Wyprodukowane na MIT bakterie wytwarzają molekuły generujące unikatowe połączenie kolorystyczne. To nowy sposób na uzyskiwanie informacji z komórki. Jeśli staniesz obok, niczego nie zauważysz, ale z odległości setek metrów, wykorzystując specjalną kamerę, możesz odczytać potrzebne informacje, mówi jeden z autorów badań, Christopher Voigt, dziekan Wydziału Inżynierii Biologicznej MIT.
Naukowcy stworzyli dwa różne typy bakterii, które wytwarzają molekuły emitujące światło o specyficznej długości fali w zakresie widma widzialnego i podczerwieni. Światło to można zarejestrować za pomocą specjalnej kamery. Generowanie molekuł jest uruchamiane po wykryciu sąsiadujących bakterii, jednak tę samą technikę można wykorzystać do wytwarzania molekuł w obecności np. zanieczyszczeń. W ten sposób można bakterie zamieniać w czujniki wykrywające dowolne substancje.
Generowane przez bakterie molekuły można obserwować za pomocą kamer hiperspektralnych, które pokazują zawartość różnych kolorów w każdym z pikseli obrazu. Każdy z nich zawiera bowiem informację o setkach fal światła o różnej długości.
Obecnie kamery hiperspektralne wykorzystywane są na przykład do wykrywania promieniowania. Wykorzystuje się je chociażby wokół Czarnobyla do rejestrowania niewielkich zmian koloru, powodowanych przez pierwiastki radioaktywne w chlorofilu roślin.
Uczeni z MIT wykorzystali podczas testów bakterie Pseudomonas putida i Rubrivivax gelatinosus. Pierwszą z nich przygotowali tak, by wydzielała biliwerdynę, drugą wyposażono w możliwość wytwarzania pewnego typu bakteriochlorofilu. Testowe skrzynki zawierające bakterie umieszczono w różnych miejscach, a następnie były one obserwowane przez kamery hiperspektralne.
Kamery w ciągu 20–30 sekund skanowały skrzynki, a algorytm komputerowy analizował sygnały i zgłaszał, czy doszło do emisji wspomnianych związków. Największa odległość, z której udało się wykryć emisję molekuł przez bakterie wynosiła 90 metrów.
Autorzy badań pracują już nad zwiększeniem odległości, z jakiej można odczytywać sygnały. Mówią, że ich technologia przyda się zarówno do badania ilości składników odżywczych w glebie, jak i do wykrywania min.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z University of Birmingham opublikowali na łamach Physical Review Letters artykuł, w którym niezwykle szczegółowo opisali naturę fotonów, ich interakcję z materią oraz sposób, w jaki są emitowane przez atomy i molekuły oraz kształtowane przez środowisko. W ten sposób mogli precyzyjnie opisać kształt pojedynczego fotonu. Zadanie to przekraczało dotychczas możliwości nauki, gdyż foton może propagować się w środowisku na niezliczoną liczbę sposobów, przez co trudno jest modelować interakcje, w jakie wchodzi.
Nasze obliczenia pozwoliły nam na przełożenie pozornie nierozwiązywalnego problemu w coś, co można obliczyć. A produktem ubocznym naszego modelu jest możliwość stworzenia obrazu pojedynczego fotonu, czego dotychczas nikt nie dokonał, mówi doktor Benjamin Yuen z Wydziału Fizyki i Astronomii University of Birmingham.
Współautorka badań, profesor Angela Demetriadou stwierdziła: geometria i właściwości optyczne środowiska mają olbrzymi wpływ na sposób emitowania fotonów, definiują ich kształt, barwę, a nawet to, z jakim prawdopodobieństwem istnieją.
Praca brytyjskich uczonych pogłębia naszą wiedzę na temat wymiany energii pomiędzy światłem a materią, pozwala lepiej zrozumieć, w jaki sposób światło wpływa na bliższe i dalsze otoczenie. Pozwolą lepiej manipulować interakcjami światła z materią, a więc przyczynią się do udoskonalenia czujników, ogniw fotowoltaicznych czy komputerów kwantowych.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Endometrioza to poważna choroba, która dotyka do 10% kobiet w wieku rozrodczym. Jej najbardziej widocznym objawem jest ból, niejednokrotnie tak mocny i długotrwały, że uniemożliwia normalne funkcjonowanie. W wyniku choroby komórki wyściółki macicy, endometrium, przemieszczają się po organizmie osadzając się i rozrastając w różnych miejscach, niszcząc organizm i życie kobiety. Choroba ta jest jedną z najczęstszych przyczyn niepłodności kobiet. Mimo to, wciąż nie znamy jej przyczyn.
W ostatnim czasie coraz więcej uwagi zwraca się na potencjalną rolę mikroorganizmów w rozwoju endometriozy. Rozwój endometriozy próbuje się powstrzymywać za pomocą terapii hormonalnych i zabiegów chirurgicznych. Najczęściej są to jednak półśrodki, a choroba nawraca przez kilkadziesiąt lat, aż do okresu menopauzy. Chcielibyśmy znaleźć nowe sposoby leczenia. Jednak najpierw musimy się dowiedzieć, dlaczego ludzie cierpią na endometriozę, mówi specjalizująca się w biologii nowotworów Yutaka Kondo z Uniwersytetu w Nagoi.
Pani Kondo wraz ze swoim zespołem przebadała tkankę endometrium 155 Japonek. I okazało się, że u 64% kobiet z endometriozą występują mikroorganizmy z rodzaju Fusobacterium. U kobiet zdrowych bakterie te znaleziono jedynie u 7% badanych. Tymczasem wiemy, że Fusobakterium, często występujące w ustach, jelitach i pochwie może powodować różne choroby, jak np. choroby przyzębia.
Naukowcy postanowili sprawdzić, czy Fusobacterium może mieć wpływ na rozwój endometriozy. Dlatego też przeszczepili tkankę endometrium od jednych do jamy brzusznej innych myszy. Zgodnie z oczekiwaniami, w ciągu kilku tygodni u myszy pojawiły się blizny typowe dla endometriozy. Okazało się, że jest ich więcej i są one większe u tych myszy, którym jednocześnie przeszczepiono Fusobacterium. Myszy zaczęto więc leczyć, podawanymi dopochwowo, antybiotykami – metronidazolem lub chloramfenikolem. Doprowadziło to do zmniejszenia liczby i rozmiarów ognisk endometriozy. Japończycy prowadzą obecnie badania kliniczne na kobietach z endometriozą, by sprawdzić, czy podawanie antybiotyków przyniesie im przynajmniej częściową ulgę.
Badania są obiecujące, ale mają poważne ograniczenia. Myszy nie są bowiem dobrymi modelami do badań nad endometriozą, gdyż ani nie menstruują, ani nie tworzą się u nich spontanicznie blizny spowodowane endometriozą. Dlatego też konieczne jest prowadzenie większej liczby badań na ludziach. Ponadto Japończycy skupili się na badaniu blizn tworzących się na jajnikach, tymczasem u ludzi w wyniku endometriozy mogą powstawać one w całym organizmie i na wszystkich organach wewnętrznych.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.