Информатики Гудермесского Муниципального района.

За последние годы ученые из различных организаций ведут интенсивные исследования, направленные на создание миниатюрных голографических проекторов или на превращение в такие проекторы экранов различных мобильных устройств. Голографические проекторы позволяют отображать трехмерные изображения, для просмотра которых не требуется использования специальных стереоскопических очков, и за все время было предложено множество методов реализации технологий трехмерного отображения. А недавно исследователи из Технологического университета Свинбурна (Swinburne University of Technology), Австралия, разработали еще одну новую технологию, в основе которой лежит использование графена, позволяющую снабдить функциями голографического проектора экраны смартфонов, планшетных компьютеров и других мобильных устройств.

"Наша технология позволяет создавать миниатюрные и универсальные оптические компоненты, используемые для управления потоком света" - рассказывает Мин Гу (Min Gu), директор Центра микро-фотоники (Centre for Micro-Photonics) университета Свинбурна, - "И, используя эти компоненты, мы можем создать высококачественный трехмерный дисплей с очень широким углом обзора, который идеально подходит для использования в мобильных телефонах и планшетах".

В своих исследованиях австралийские ученые выяснили, что использование чистого графена, восстановленного из окиси графена, нанесенного на поверхность дисплея особым образом, позволяет получать широкоугольное полноцветное трехмерное изображение. И делается это при помощи освещения всей структуры короткими импульсами единственного фемтосекундного лазера, которые позволяют изменить коэффициент преломления отдельных участков графеновой пленки.

Подобная технология была известна и раньше, но применение окиси графена для создания трехмерных визуальных эффектов вовлекала процессы теплового обращения. Используемые температуры были настолько велики, что не все материалы выдерживали их без потерь, а создаваемые дисплеи из-за этого не могли обеспечить достаточного уровня контрастности изображения. В новом технологическом процессе, разработанном австралийскими учеными, короткие импульсы лазерного света служат для динамического изменения показателя преломления графеновой пленки. Участки графена, имеющие разные показатели преломления, являются пикселями, из которых формируется голографическое изображение, видимое даже невооруженным глазом.

Основой данного достижения является работа этой группы ученых, проведенная ими еще в 2013 году, в результате которой было выяснено, что окись графена может использоваться для очень и очень глубокой модуляции показателя преломления крошечных участков этого материала. Ученые закодировали рассчитанное компьютером изображение кенгуру в последовательность импульсов лазерного света и создали трехмерную голограмму на листе полимера с нанесенным на его поверхность слоем окиси графена.

"Если вы имеете возможность динамически управлять коэффициентом преломления материала, то вы можете воспроизвести множество оптических эффектов различных типов" - рассказывает Мин Гу, - "Благодаря одноатомной толщине графена и его необычайно высокой механической прочности, он может быть использован для построения голограмм не только "твердыми" дисплеями нынешних компьютеров и телефонов, его можно применить для создания гибких трехмерных дисплеев, которыми, наверняка, будут снабжаться почти все электронные устройства будущего".

Квантовый скачок - ученые IBM заложили основу для практической реализации масштабируемого квантового компьютера

Nasrudi — Tue, 05 May 2015 14:50:05 GMT

Ученые компании IBM сделали два очень важных шага на пути к созданию практического квантового компьютера. Одним из этих шагов является технология эффективного обнаружения и исправления ошибок в квантовых данных, а вторым - конструкция универсального квантового чипа, из которых можно строить квантовые вычислительные системы со сколь угодно большим количеством квантовых битов, кубитов, и наращивать это количество по мере возникновения необходимости.

Транзисторы в процессорах современных компьютеров становятся с каждым годом все меньше и меньше. Размер одного транзистора на нынешнем уровне составляет 14 нанометров, что означает, что между электродами истока и стока находится слой в тридцать атомов кремния. Но только как уровень миниатюризации подойдет к тому, что толщина слоя кремния сократится до четырех-пяти атомов, неопределенность, обусловленная эффектами квантовой механики, лишит транзистор возможности работать в нормальном режиме. Электроны начнут спонтанно и беспорядочно перемещаться от одного электрода транзистора к другому, создавая ток, который течет через транзистор даже при выключенном его состоянии.

Идея, которая лежит в основе квантовых компьютеров, которая была сформулирована в 1981 году Ричардом Фейнманом (Richard Feynmann), заключается в том, чтобы при помощи разных технологий заставить квантовые эффекты работать на свою пользу, а не рассматривать их в качестве препятствия. Этого можно достичь, создавая более сложные полупроводниковые структуры наподобие транзисторов, которые используют огромный потенциал квантовой обработки квантовой информации.

В мире странной квантовой механики квантовые биты, кубиты, могут иметь два состояния, состояние 1 и 0 одновременно. Более того, когда два или большее количество кубитов запутываются на квантовом уровне, количество состояний, в которых может находиться квантовая система, и, следовательно, ее вычислительная мощность, возрастает по экспоненте в зависимости от количества кубитов. Десять запутанных кубитов будут в состоянии хранить информацию, которую могут хранить 1024 классических кубита. А в 33 кубитах может храниться один гигабайт информации. В 300 полностью запутанных кубитах можно сохранить такое количество информации, для хранения которой потребуются обычные биты в количестве, равном количеству атомов во всей Вселенной.

К сожалению, квантовый компьютер, даже с большим количеством квантовых битов, будет обгонять обычный компьютер не на всех видах вычислительных задач. Наилучшей оптимизации для квантовых вычислений поддаются алгоритмы поиска, оперирования большими наборами данных, шифрования, дешифровки данных и некоторые другие алгоритмы. Но и этого ограниченного круга алгоритмов, способных выполняться на квантовых компьютерах с максимальной эффективностью, достаточно для реализации сложнейших математических моделей, описывающих функционирование белков, воздействие лекарственных препаратов, процессы климатических изменений в масштабах планеты и более глобальные процессы, определяющие развитие Вселенной в целом.

Однако, для создания работоспособного квантового компьютера требуется, чтобы все его кубиты постоянно находились в хрупком состоянии квантовой запутанности и обрабатывали квантовую информацию без ошибок, с высокой степенью достоверности. В случае с обычными данными, загружаемыми из Интернета или хранимыми на наших жестких дисках, для выявления и коррекции ошибок используются специальные алгоритмы, способные выявить биты с неправильными значениями и исправить их на нужное значение.

В классических современных компьютерах ошибки возникают достаточно редко, но эти ошибки являются главной проблемой для квантовых компьютеров, работающих с более тонкой квантовой информацией. Хрупкое состояние запутанности квантовых битов может быть нарушено даже небольшими изменениями температуры окружающей среды или слабым электромагнитным излучением, прибывшим откуда-то извне. И самых неприятным является то, что выявить ошибку в квантовых данных можно лишь считав информацию из квантового бита, который после операции считывания перестанет являться носителем этой информации.

Как мы упоминали выше, ученые компании IBM разработали технологию выявления и коррекции ошибок в квантовых битах, при этом, технология, реализованная в виде квантового чипа с четырьмя кубитами, способна одновременно обнаружить квантовые ошибки сразу двух основных типов. Квантовый чип, размер которого равен около 6 миллиметров, основан на квадратной матрице из четырех сверхпроводящих кубитов. Все кубиты разделены на два информационных кубита, в которых содержится фактическая информация, и два корректирующих кубита, которые не запутанны с информационными кубитами и которые используются для проверки ошибок в информации, хранимой в первых двух кубитах.

Наличие двух корректирующих кубитов позволило ученым реализовать технологию неразрушающего чтения квантовой информации, ведь, благодаря близкому расстоянию квантовая информация, в силу законов квантовой механики, "просачивается" от информационного к соседнему корректирующему кубиту, с которого можно считывать эту информацию без риска повреждения информации в основном носителе.

Предыдущие методы обнаружения и коррекции квантовых ошибок также были реализованы при помощи матриц кубитов, но они могли исправлять только ошибку одно типа, "ошибку значения бита" (bit flips) или "ошибку фазы" (phase flip). Но матричное расположение корректирующих кубитов, реализованное учеными IBM, подразумевает, что для коррекции ошибки в каждом информационном бите можно одновременно использовать два корректирующих кубита, по одному для каждого вида ошибки.

Квадратный квантовый чип был изготовлен при помощи стандартных методов производства кремниевых полупроводниковых приборов. Исследователи утверждают, что их технология устранения ошибок будет эффективно работать даже на больших вариантах таких чипов, в которых будет присутствовать значительное количество запутанных кубитов.

В скором времени ученые предпримут попытку создания варианта квантового чипа с большим количеством сверхпроводящих кубитов, на котором будет проверена работоспособность и эффективность разработанных технологий. И, учитывая уже имеющийся опыт, эта попытка должна завершиться удачей, ведь конструкция кубитов, разработанная учеными IBM, достаточно удачна и она демонстрирует достаточно низкий уровень возникновения ошибок сама по себе.

Разработана новая высокоскоростная и высококачественная 3D-камера

Nasrudi — Tue, 05 May 2015 14:47:54 GMT

Когда в ноябре 2010 компания Microsoft выпустила контроллер Kinect for Xbox, это произвело буквально революцию в области компьютерных игр. На то время Kinect стал самой недорогой трехмерной камерой в мире, способной отслеживать движения и жесты людей, которая избавила игроков от необходимости использования джойстиков и традиционных контроллеров, позволяя игрокам более глубоко погружаться в игровой процесс. Компания Microsoft в течение 60 дней продала более 8 миллионов экземпляров Kinect-а, что сделало его самым быстро продаваемым электронным устройством в мире.

"После этого начало происходить нечто интересное" - рассказывает Оливер Коссэрт (Oliver Cossairt), профессор из Северо-Западного университета (Northwestern University), - "Microsoft открыла доступ к программному обеспечению, обслуживающему устройство и обрабатывающему получаемые им трехмерные данные. Благодаря этому, люди смогли использовать это недорогое устройство во множестве других областей, включая робототехнику, медицину и навигацию".

Но, пользователи быстро выявили все недостатки и ограничения Kinect-а. Контроллер не работает на открытом пространстве и он производит трехмерные картины достаточно низкого качества. И, держа это в памяти, группа Оливера Коссэрта разработала новую трехмерную камеру, лишенную недостатков Kinect-а, которая недорога, способна производить достаточно качественные снимки и сохраняет работоспособность при любых условиях окружающей среды, работая, в том числе, и на открытом воздухе.

Контроллеры Kinect первого и второго поколения работают, проецируя на сцену определенные световые образы. Отраженные от объектов свет улавливается датчиком, а специализированные алгоритмы рассчитывают глубину каждого пикселя трехмерного изображения. Такой метод работает достаточно быстро, но он не обеспечивает той точности, которую обеспечивают технологии сканирования одним лазерным лучом. Камера MC3D (Motion Contrast 3D) также использует технологию сканирования одним лучом, но использует это несколько иначе, нежели традиционные сканеры типа LIDAR. Принцип работы камеры MC3D смоделирован с принципа работы глаз человека, которые фокусируются только на тех частях сцены, которые изменяются в текущий момент времени. Этот метод также работает достаточно быстро, обеспечивая высокое качество создаваемого изображения.

"Если ваш глаз в течение длительного времени видит одно и тоже изображение, то нейроны перестают передавать сигналы в мозг" - рассказывает Оливер Коссэрт, - "Нейроны начинают сигналить тогда, когда ваши глаза видят какие-либо изменения. И такой принцип оказался весьма полезным в деле создания новой трехмерной камеры".

Контроллер Kinect не может работать на открытом воздухе в первую очередь из-за того, что даже рассеянный солнечный свет забивает изображение проецируемых контроллеров световых образов. Лазер, используемый в камере MC3D, устраняет эту проблему, он всегда светит более ярко, оставаясь видимым даже на фоне освещения от прямого солнечного света.

"Для того, чтобы трехмерная камера была действительно универсальной, требуется чтобы ее можно было использовать в повседневной жизни при любых условиях" - рассказывает Оливер Коссэрт, - "И работа на открытом пространстве - это важная функция нашей камеры, которой полностью лишены контроллеры типа Kinect-а".

Разработчики камеры MC3D полагают, что у их детища есть множество областей применения не только в индустрии развлечений, но и в науке и промышленности, везде, где требуется получение качественной трехмерной картины "дикой местности". К этим областям относится в первую очередь робототехника, промышленная автоматизация, дополненная реальность, биоинформатика и многое другое. Также функциями камеры MC3D могут воспользоваться автомобили-роботы и самодвижущиеся инвалидные кресла, и это направление будет активно развиваться далее благодаря тому, что группа Коссэрта получила премию Google Faculty Research Award, направленную на интеграцию разработанной ими технологии на платформы автономных транспортных средств.