Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Diament liczy i obrazuje

Recommended Posts

Fizycy z amerykańskiego Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST), którzy pracują nad rozwojem kwantowych komputerów, odkryli, że użycie diamentów może znacząco zwiększyć rozdzielczość urządzeń do obrazowania medycznego.

Specjaliści uznali, że dobrym kandydatem do zapisywania kwantowych informacji będzie atom azotu uwięziony w diamencie. Badania wykazały, że jest to rozwiązanie niezwykle czułe na oddziaływanie pola magnetycznego i, co ważne, działa w temperaturze pokojowej.

W diamentach czasami występują niedoskonałości. Jednym z najpopularniejszych zanieczyszczeń jest zastąpienie dwóch atomów węgla atomem azotu. Miejsce po drugim atomie węgla pozostaje puste. To właśnie te puste miejsca spowodowane oddziaływaniem azotu odpowiadają częściowo za błyszczenie się diamentu. Gdy diament z takim atomem azotu oświetlimy zielonym światłem, dwa pozbawione pary wzbudzone elektrony atomu azotu świecą jasnym czerwonym światłem.

Amerykańscy naukowcy użyli niewielkich różnic w fluorescencji elektronów, by określić ich spin. Co najważniejsze, udało im się przetransferować zawartą w spinie informację pomiędzy jądrem atomu a elektronem. Dzięki temu można ją znacznie łatwiej odczytać, co zawsze stanowiło problem w systemach kwantowych.

To kolejny mały krok w kierunku powstania komputerów kwantowych, jednak zanim prace Amerykanów znajdą zastosowanie w tego typu maszynach, mogą pomóc znacząco zwiększyć rozdzielczość urządzeń do obrazowania medycznego. Fizyk teoretyczny Jacob Taylor uważa, że w niedalekiej przyszłości mogą powstać czujniki wyposażone w diamentowy czubek, które będą w stanie wykonywać na pojedynczych komórkach czy molekułach testy za pomocą techniki rezonansu magnetycznego. Obecnie uznaje się, że tego typu badania nie są możliwe do przeprowadzenia, gdyż ich pola magnetyczne są zbyt słabe. Jednak ta technika charakteryzuje się bardzo niską toksycznością i może być stosowana w temperaturze pokojowej. Może ona pozwolić na zajrzenie do wnętrza pojedynczej komórki i wykonać wizualizację tego, co dzieje się w jej poszczególnych częściach - mówi Taylor.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Grafenowe bolometry mogą całkowicie zmienić zasady gry na polu komputerów kwantowych, stwierdzają na łamach Nature fińscy naukowcy z Uniwersytetu Aalto i VTT Technical Research Centre of Finland. Stworzyli oni nowy detektor mierzący energię z niedostępnymi wcześniej dokładnością i szybkością. To może pomóc w rozwoju komputerów kwantowych i upowszechnieniu się tych maszyn poza laboratoria.
      Bolometr to urządzenie, które określa ilość promieniowania mierząc, jak bardzo zostało przez to promieniowanie ogrzane. Głównym autorem nowego niezwykle precyzyjnego bolometru jest profesor Mikko Möttönen, który pracował nad nim przez ostatnią dekadę.
      Współczesne komputery kwantowe działają dzięki pomiarom energii kubitów. Większość z nich mierzy napięcie elektryczne indukowane przez kubit. Dokonywanie takich pomiarów jest jest związane z występowaniem trzech problemów. Po pierwsze pomiary takie wymagają rozbudowanych obwodów wzmacniających napięcie, co może ograniczać możliwości skalowania systemów kwantowych. Po drugie obwody takie zużywają sporo energii. W końcu po trzecie, pomiary napięcia wprowadzają szum kwantowy, który z kolei generuje błędy w odczytach kubitów. Specjaliści zajmujący się komputerami kwantowymi od dawna mają nadzieję, że wszystkie trzy problemy można będzie rozwiązać dzięki bolometrom. A profesor Möttönen stworzył właśnie bolometr, który jest wystarczająco czuły i szybki, by sprostać takim zadaniom.
      Bolometry wchodzą do technologii kwantowych i być może ich pierwszym zadaniem będzie odczyt informacji z kubitów. Czułość i dokładność bolometrów właśnie osiągnęła poziom wymagany w takich zadaniach, mówi Möttönen.
      Przed rokiem zespół profesora Möttönena stworzył ze stopu złota i palladu bolometr, którego pomiary charakteryzował niezwykle niski poziom szumu. Jednak urządzenie pracowało zbyt wolno jak na potrzeby komputerów kwantowych. Najnowszy bolometr, którego osiągi pozwalają na zastosowanie go w komputerach kwantowych, został zbudowany z grafenu.
      Grafen charakteryzuje się bardzo niską pojemnością cieplną, co oznacza, że pozwala on na szybkie wykrywanie niewielkich zmian w poziomie energii. Dzięki temu nadaje się do pomiarów w systemach kwantowych. Grafenowy bolometr dokonuje pomiaru w czasie znacznie krótszym niż mikrosekunda, a więc szybkością pracy dorównuje obecnie używanym systemom pomiarowym. Jest jednak pozbawiony ich wad.
      Zmiana stopu złota i palladu na grafen spowodowała 100-krotne przyspieszenie pracy detektora przy zachowaniu niskiego poziomu szumów. Uważamy, że możemy jeszcze bardziej udoskonalić nasze urządzenie, mówi profesor Pertti Hakonen z Aalto.
      To bardzo ważne, gdyż pokazuje, że skoro bolometry dorównują systemom opartym na pomiarach napięcia prądu, to w przyszłości będą od nich bardziej wydaje. Możliwości obecnej technologii są ograniczone przez zasadę nieoznaczoności Heisenberga. Wynika z niej, że – przynajmniej teoretycznie – możliwe jest stworzenie bolometru p pozbawionego szumu kwantowego. Teoria nie pozwala zaś na stworzenie systemu pomiaru napięcia bez szumu kwantowego. Zatem wyższa teoretyczna dokładność, niższe zapotrzebowanie na energię oraz znacznie mniejsze rozmiary czynią z grafenowych bolometrów niezwykle obiecującą technologię, która pozwoli na wprowadzenie komputerów kwantowych pod strzechy.
      Ze szczegółami badań Finów można zapoznać się na łamach Nature.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dotychczas słyszeliśmy, że „kiedyś” powstanie pełnowymiarowy komputer kwantowy, zdolny do przeprowadzania obliczeń różnego typu, który będzie bardziej wydajny od komputerów klasycznych. Teraz IBM zapowiedział coś bardziej konkretnego i interesującego. Firma publicznie poinformowała, że do końca roku 2023 wybuduje komputer kwantowy korzystający z 1000 kubitów. Obecnie najpotężniejsza kwantowa maszyna IBM-a używa 65 kubitów.
      Plan IBM-a zakłada, że wcześniej powstaną dwie maszyny pozwalające dojść do zamierzonego celu. W przyszłym roku ma powstać 127-kubitowy komputer, a w roku 2022 IBM zbuduje maszynę operującą na 433 kubitach. Rok później ma zaprezentować 1000-kubitowy komputer kwantowy. A „kiedyś” pojawi się komputer o milionie kubitów. Dario Gil, dyrektor IBM-a ds. badawczych mówi, że jest przekonany, iż firma dotrzyma zarysowanych tutaj planów. To coś więcej niż plan i prezentacja w PowerPoincie. To cel, który realizujemy, mówi.
      IBM nie jest jedyną firmą, która pracuje nad komputerem kwantowym. Przed rokiem głośno było o Google'u, który ogłosił, że jego 53-kubitowy komputer kwantowy rozwiązał pewien abstrakcyjny problem osiągając przy tym „kwantową supremację”, a więc rozwiązując go znacznie szybciej, niż potrafi to uczynić jakakolwiek maszyna klasyczna. Stwierdzenie to zostało jednak podane w wątpliwość przez IBM-a, a niedługo później firma Honeywell ogłosiła, że ma najpotężniejszy komputer kwantowy na świecie.
      Google zapowiada, że w ciągu 10 lat zbuduje kwantową maszynę wykorzystującą milion kubitów. Tak przynajmniej zapowiedział Hartmut Neven, odpowiedzialny w Google'u za prace nad kwantową maszyną, który jednak nie podał żadnych konkretnych terminów dochodzenia do celu.
      IBM zadeklarował konkretne daty po to, by jego klienci i współpracownicy wiedzieli, czego można się spodziewać. Obecnie dziesiątki firm kwantowe używają maszyn kwantowych IBM-a,by rozwijać własne technologie kwantowe. Poznanie planów Błękitnego Giganta i śledzenie jego postępów, pozwoli im lepiej planować własne działania, mówi Gil.
      Jednym z partnerów IBM-a jest firma Q-CTRL, rozwija oprogramowanie do optymalizacji kontroli i wydajności poszczególnych kubitów. Jak zauważa jej założyciel i dyrektor, Michael Biercuk, podanie konkretnych terminów przez IBM-a może zachęcić fundusze inwestycyjne do zainteresowania tym rynkiem. Fakt, że wielki producent sprzętu wkłada dużo wysiłku i przeznacza spore zasoby może przekonać inwestorów, mówi.
      Zdaniem Bierucka 1000-kubitowa maszyna będzie niezwykle ważnym krokiem milowym w rozwoju komputerów kwantowych. Co prawda będzie 1000-krotnie zbyt mało wydajna, by w pełni wykorzystać potencjał technologii, ale przy tej liczbie kubitów możliwe już będą wykrywanie i korekta błędów, które trapią obecnie komputery kwantowe.
      Jako, że stany kwantowe są bardzo delikatne i trudne do utrzymania, badacze opracowali protokoły korekcji błędów, pozwalające na przekazanie informacji z jednego fizycznego kubita do wielu innych. Powstaje w ten sposób „kubit logiczny”, którego stan można utrzymać dowolnie długo.
      Dzięki 1121-kubitowej maszynie IBM będzie mógł stworzyć kilka kubitów logicznych i doprowadzić do interakcji pomiędzy nimi. Taka maszyna będzie punktem zwrotnym w pracach nad komputerami kwantowymi. Specjaliści będą mogli skupić się nie na walce z błędami w indywidualnych kubitach, a na wysiłkach w celu udoskonalenia architektury i wydajności całej maszyny.
      IBM już w tej chwili buduje olbrzymi chłodzony helem kriostat, który ma w przyszłości chłodzić komputer kwantowy z milionem kubitów.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Amerykańscy fizycy ostrzegają, że w przyszłości komputery kwantowe będą musiały być chronione grubą warstwą ołowiu lub... przechowywane głęboko pod ziemią. Są bowiem niezwykle wrażliwe na zewnętrzne zakłócenia, w tym na promieniowanie jonizujące. Promieniowanie to może znacząco skracać czas koherencji kubitów (kwantowych bitów), a to z kolei niekorzystnie wpłynie na możliwość praktycznego wykorzystania technologii kwantowych.
      William Oliver i jego koledzy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) oraz Pacific Northwest National Laboratory zmierzyli i modelowali wpływ promieniowania jonizującego na aluminiowe kubity umieszczone na krzemowym podłożu. Podczas swoich eksperymentów naukowcy wykorzystali dwa kubity, które poddano działaniu dobrze znanego źródła promieniowania jonizującego, cienkiego dysku wykonanego z miedzi-64. Naukowcy mierzyli tempo dekoherencji kubitów. Badali też, jak łatwo w wyniku oddziaływania promieniowania w kubitach pojawiają się kwazicząsteczki. Uzyskane w ten sposób informacje połączyli z danymi dotyczącymi promieniowania jonizującego w laboratorium MIT, pochodzącego zarówno z promieniowania kosmicznego jak i z naturalnych izotopów radioaktywnych. W tym przypadku były to głównie izotopy obecne w betonowych ścianach laboratorium.
      Okazało się, że w warunkach panujących w laboratorium górna granica czasu koherencji kubitów wynosi 3–4 milisekund. Po tym czasie następuje dekoherencja, zatem kubity stają się nieprzydatne do przeprowadzania obliczeń.
      Uczeni zweryfikowali uzyskane wyniki za pomocą dodatkowego niezależnego eksperymentu sprawdzając, jak można kubity chronić przed promieniowaniem jonizującym. W tym eksperymencie siedem kubitów – a raczej pojemnik z chłodziwem, w którym je przechowywano – zostało otoczonych 10-centymetrową warstwą ołowiu. Podnosząc i opuszczając osłonę byli w stanie zbadać wpływ promieniowania jonizującego oraz osłony na te same kubity. Potwierdzili, że limit czasu koherencji wynosi około 4 ms. Jednocześnie odkryli, że 10-centymetrowa osłona wydłuża ten czas o około 10%.
      Jednak biorąc pod uwagę fakt, że istnieją silniejsze od promieniowania jonizującego źródła dekoherencji kubitów, Oliver i jego zespół wyliczają, że 10-centymetrowa osłona wydłuża czas koherencji zaledwie o 0,2%. To niewiele, ale zdaniem naukowców stosowanie takich osłon będzie koniecznością. Zmniejszenie lub pozbycie się wpływu promieniowania jonizującego będzie krytycznym elementem praktycznego wykorzystania nadprzewodzących komputerów kwantowych, napisali na łamach Nature.
      Jedną z opcji, przynajmniej na początku rozwoju informatyki kwantowej, mogłoby być umieszczenie komputerów pod ziemią. To jednak wymaga dalszych badań. Oliver mówi, że najlepszym rozwiązaniem będzie stworzenie kubitów, które są mniej podatne na zakłócenia.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Rezonans magnetyczny i tomografia komputerowa to często zalecane metody badań obrazowych, które mimo pewnych podobieństw odpowiadają na inne medyczne pytania. Jeśli chcemy się dowiedzieć, na czym dokładnie polegają i jakie występują między nimi różnice, zapraszamy do artykułu!
      Nowoczesne technologie obrazowania
      Zarówno rezonans magnetyczny (RM), jaki i tomografia komputerowa (TK), wykorzystują nowoczesne technologie obrazowania, które z niebywałą dokładnością pozwalają odwzorować struktury znajdujące się wewnątrz ludzkiego ciała. Badaniu mogą być poddane poszczególne części ciała, konkretne narządy lub w razie potrzeby całe ciało - np. w celu wykrycia ewentualnych przerzutów nowotworowych. Pełną listę badań z zakresu RM i TK można znaleźć pod adresem Badania.znanylekarz.pl - po wybraniu konkretnego badania można wyszukać oferujące je placówki diagnostyczne, porównać ceny i od razu umówić się na wykonanie badania w dogodnym terminie.
      W obu przypadkach przebieg badania wygląda bardzo podobnie. Pacjent układa się na specjalnym stole, który wsuwany jest automatycznie do urządzenia z okrągłym otworem, przypominającym tunel. Technik, który nadzoruje badanie przebywa w osobnym pomieszczeniu i zdalnie wydaje pacjentowi polecenia dotyczące np. wstrzymania oddechu w odpowiednim momencie. Na tym kończą się jednak podobieństwa.
      Istotną różnicę stanowi technologia stosowana podczas badania. We wnętrzu tomografu zainstalowane są lampy rentgenowskie odpowiedzialne za wykonywane serii prześwietleń pod różnymi kątami. W rezonansie zaś to zadanie spoczywa na falach radiowych i wytworzonemu w tych specyficznych warunkach polu magnetycznemu. Towarzyszą temu głośne dźwięki, czego absolutnie nie zaobserwujemy podczas tomografii.
      Kiedy tomografia? Kiedy rezonans?
      To, na jakie badanie zostaniemy wysłani, zależy od decyzji lekarza, między innymi z tego powodu, że tomografia - ze względu na szkodliwe promieniowanie rentgenowskie - wymaga skierowania. W małej ilości nie jest ono szkodliwe, ale jeśli to badanie jest wykonywane zbyt często, może prowadzić do nieodwracalnych zmian w organizmie, uszkadzając DNA w komórkach, co w konsekwencji przyczynia się nawet do rozwoju nowotworów. Lekarz więc musi ocenić, czy przyczyna medyczna wymaga wykonania tomografii, czy raczej nie jest to konieczne.
      Zupełnie inaczej wygląda to w przypadku rezonansu magnetycznego, gdyż wykorzystywane w czasie tego badania fale radiowe nie są niebezpieczne dla tkanek. Oczywiście z pewnymi wyjątkami, które dotyczą osób, którym wszczepiono na przykład rozrusznik serca czy pompę insulinową. Rezonans może zaburzyć ich działanie.
      Czym jeszcze różnią się oba badania?
      Ważną różnicą jest także czas badania. Rezonans potrafi trwać nawet dwa razy dłużej od tomografii, co sprawia, że w przypadku nagłego zdarzenia (jak wypadek) przeprowadza się tomografię, by szybko przekonać się, z jakimi zmianami w organizmie mamy do czynienia. Tomografia to jednocześnie tańsza i powszechniejsza metoda badania.
      Co istotne, mimo że obie metody są bardzo dokładne, to jednak rezonans zapewnia większe możliwości, pozwalając zobaczyć także tkanki, których nie da się sprawdzić podczas tomografii. Często więc rezonans jest ważnym uzupełnieniem tomografii, zapewniając uzyskanie dokładniejszej diagnozy.
      Podsumowując, zarówno rezonans magnetyczny, jak i tomografia komputerowa są niezbędnymi badaniami, by precyzyjnie sprawdzić stan organizmu. Konieczność ich wykonania warto jednak skonsultować z lekarzem, który oceni, czy nie ma żadnego ryzyka dla zdrowia w związku z technologią stosowaną w każdym z nich. 

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W marcu przedstawiciele firmy Honeywell zapowiadali, że w ciągu trzech miesięcy zaprezentują najpotężniejszy komputer kwantowy na świecie. Słowa dotrzymali. Firma poinfomrmowała właśnie, że jej system uzyskał największą wartość „kwantowej objętości”.
      Miara Quantum Volume (QV) została opracowana przez IBM-a. Trzeba jednak podkreślić, że nie jest powszechnie akceptowaną skalą pomiaru wydajności komputerów kwantowych. Nie jest też jasne, jak ma się ona do „kwantowej supremacji” ogłoszonej przez Google'a w ubiegłym roku. Przypomnijmy, że Google ogłosił ją twierdząc, że jego komputer wykonał w ciągu 200 sekund obliczenia, na które klasyczny superkomputer potrzebowałby 10 000 lat, zatem nie wykona ich w rozsądnym czasie. Przedstawiciele IBM-a poinformowali, że to naciągane stwierdzenia, gdyż klasyczny superkomputer poradziłby sobie z nimi w 2,5 doby.
      QV ma być obiektywnym, niezależnym od użytego sprzętu czy rozwiązań technologicznych, sposobem pomiary wydajności komputera kwantowego. Bierze on pod uwagę liczbę kubitów, błędy pomiarowe czy wydajność komputera. Honeywell informuje, że wartość QV jego 6-kubitowego systemu wynosi 64. Zdecydowanie pokonał więc najpotężniejszy z komputerów oceniany tym systemem, IBM-owską 53-kubitową maszynę Raleigh, która osiągnęła QV=32.
      Mimo, że QV nie jest powszechnie akceptowaną miarą, to Honeywell uważa, że jest najlepszą z dostępnych. Bierze ona pod uwagę nie tylko liczbę dostępnych kubitów, mówi Tony Uttlej, prezes działu Quantum Solutions w Honeywell. Jak wyjaśnia, sama liczba kubitów niewiele mówi o możliwościach komputera kwantowego, gdyż w prawdziwych obliczeniach niekoniecznie odnosi się korzyści z większej liczby kubitów.
      Maszyna Honeywella wykorzystuje jony iterbu uwięzione w pułapce elektromagnetycznej. Kubit jest reprezentowany przez spin jonów. Całość chłodzona jest ciekłym helem do temperatur niewiele wyższych od zera absolutnego. Lasery manipulują kubitami, przeprowadzając obliczenia. Główną zaletą tego systemu i tym, co dało mu przewagę w QV jest długotrwałe – trwające kilka sekund – utrzymanie stanu kwantowego kubitów. Tak długi czas koherencji pozwala na wykonanie niezbędnych pomiarów stanu kubitów.
      Honeywell twierdzi zatem, że posiada najpotężniejszy komputer kwantowy na świecie. Firma ma zamiar udostępniać go komercyjnie. Inne przedsiębiorstwa będą mogły dzięki temu wykonywać złożone obliczenia. Uttley mówi, że godzina korzystania z komputera zostanie wyceniona na około 10 000 USD. Firma nie zdradza ilu ma w tej chwili klientów. Poinformowała jednak, że jednym z nich jest bank JPMorgan Chase, którego eksperci wykorzystują maszynę Honeywella do budowania modelu wykrywania oszustw bankowych. Firmy, które nie zatrudniają własnych specjalistów ds. obliczeń kwantowych mogą zaś korzystać z maszyny za pośrednictwem firm Zapata Computing i Cambridge Quantum Computing.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...