Международная группа ученых, возглавляемая учеными из Массачусетского технологического института, создала первое в своем роде гибкое волокно, толщина которого сопоставима с толщиной человеческого волоса и которое позволяет передавать в мозг и получать обратно сигналы электрической, химической и оптической природы одновременно. Над созданием этого волокна работала ученые-материаловеды, химики, биологи и ученые других направлений, а в будущем, после того, как волокно приобретет еще более биологически совместимый характер, оно может быть использовано для изучения особенностей функционирования мозга, взаимосвязей между отдельными участками мозга и, естественно, для создания новых и более совершенных видов интерфейса между мозгом и компьютером.

Материал универсального «проводящего» волокна подбирался таким образом, чтобы обеспечить его максимальное подобие мягким нервным тканям. Это, в свою очередь, позволит подключать к мозгу имплантаты любой степени сложности, при этом, глубина «погружения в мозг» будет намного больше, чем это позволяют сделать используемые сейчас матрицы жестких металлических или кремниевых электродов.

Естественно, испытания функционирования волокна производились на подопытных животных. Через один из двух крошечных каналов внутри волокна в нейроны мозга грызунов был введен генетический препарат, делающий эти нейроны чувствительными к свету. Затем обработанные нейроны были освещены светом, переданным через оптический волновод внутри волокна. И под конец, ученые произвели регистрацию электрической деятельности отдельных нейронов, используя для этого электрическую проводимость определенных слоев волокна. И все это было сделано при помощи единственного волокна, толщиной около 200 микрометров, что чуть больше толщины человеческого волоса.

Ключевым моментом, позволившим создание такого многофункционального волокна, стала технология производства тончайших проводников, гибких и имеющих высокую электрическую проводимость. Основу проводников составляет тонкая полиэтиленовая трубочка, объем которой заполнен «хлопьями» графита. А процесс ее производства заключается в повторяющейся последовательности двух операций, нанесения графитового слоя на полиэтиленовую основу и сжатие всего этого под давлением с последующим нанесением очередного тончайшего слоя полиэтилена. Наличие графита в специальном полиэтилене, которой обладает собственной электрической проводимостью, увеличило его проводимость в четыре-пять раз.

Помимо высокой электрической проводимости, созданное волокно обладает прозрачностью, достаточной для передачи по нему оптических каналов. Кроме этого, за счет увеличения толщины одного из графитовых слоев во время производства, в одном волокне организовано два независимых световода, которые практически не оказывают влияния друг на друга. А полости, оставленные в объеме волокна, выступают в роли каналов, которые можно использовать для транспортировки по ним жидких веществ.

За счет малой толщины волокна ученые имеют возможность использовать матрицы таких волокон, охватывая ими достаточно большие участки мозга. Для демонстрации этой возможности волокна были помещены в несколько отдельных участков мозга подопытного животного, что это позволило ученым проследить пути следования нервных сигналов и сигналов ответных реакций мозга на эти сигналы.

В ближайшем времени ученые планируют уменьшить толщину многофункционального волокна, сделав его более гибким. Помимо этого, на замену полиэтилену ищется материал, который обеспечит волокну большую мягкость и увеличит его биологическую совместимость со всеми видами нервных тканей. А тем временем множество научных групп из различных уголков земного шара уже оценили возможности новой разработки и запросили в свое распоряжение некоторое количество многофункционального волокна для проведения собственных исследований.

Куски цeпoчeк ДНК являются вeсьмa унивeрсaльным стрoитeльным мaтeриaлoм ради сoздaния рaзличныx oргaничeскиx издeлий нa микрoурoвнe. Из ДНК уже были созданы крошечные роботы, самовоспроизводящиеся механизмы, а теперь из ДНК удалось создать крошечный двигатель. Команда ученых из университета Киото и Оксфордском университета использовала во (избежание этого кусочки ДНК, выступавшие в роли базовых строительных блоков. Двигатель, тот или у них получился, способен двигаться по крошечным рельсам, соединенным между собой переключателями, подобными железнодорожным стрелкам. Таким образом, весь дис этого двигателя и конфигурацию сети из «рельс» можно задавать произвольно во время процесса, подобного программированию компьютера.

Создаются все части этой сложной микроустановки с использованием технологии, называемой «искусство из ДНК». Подобно оригами из бумаги, оригами из ДНК этак же изгибают в двух- и трехмерные структуры. Это делается с помощью воздействия нате цепочки ДНК различными химическими веществами, а последовательность соединенных цепочек определяет конечную форму, которую примет законченная эписома ДНК. Миниатюрные «рельсы», по которым будет передвигаться ДНК-двигатель, что-то около же устанавливаются подобным образом сверху основания, так же сделанного из коротких частей ДНК.

Беспричинно как ДНК-двигатели передвигаются вдоль путей и эти пути можно предрешить заранее и перепрограммировать впоследствии, то этот двигатель по существу может сдвигать информацию, подобно тому как это делают электроны в обычных компьютерах. Числом существу эта система является медленным биологическим компьютером, изготовленным полностью из цепочек ДНК.

«Да мы с тобой находимся в самом начале разработки технологий изготовления из ДНК различных технических систем» — рассказывает педагог Хироши Суджияма (Hiroshi Sugiyama). — «Пока еще есть множество проблем технического плана, которые мешают наживать повторяемые результаты. Но из-за того, что область, над которой пишущий эти строки работаем, имеет огромные перспективы в самых различных областях, то мы в конце концов найдем правильный линия».

Все вышеизложенное звучит достаточно интересно. Но что можно практически обрести, используя системы на базе ДНК? Конечно, такие системы не будут обеспечивать быстродействия в уровне компьютеров, но для решения на молекулярном уровне несложных логических задач, в которых участвуют всего немножечко входных данных и один выход, такие системы подходят как нельзя кризис миновал. А такие несложные системы могут стать базовыми блоками из которых будут хотеть системы более высокого уровня, решающие более сложные задачи. Такая программируемая ДНК-логика может стать основой биокомпьютеров, которые могут выполнять, пусть себе на здоровье и неторопливо, свои функции в специфичной окружающей среде и чувствительных датчиков.

Работа профессора Суджиямы была опубликована в недавнем выпуске журнала Nature Nanotechnology.

Буквaльнo нa дняx прeдстaвитeли кoмпaнии IBM oбъявили всeму миру o свoиx плaнax пo сoздaнию пeрвoгo в мире сервиса облачных вычислений бери базе универсальной квантовой вычислительной системы. Ожидается, что этот сервис, получивший номинация IBM Q, станет доступным к концу этого года и его возможностями смогут воспользоваться заинтересованные в этом организации и кадр(ы), которые за определенную плату получат возможность арендовать вычислительные мощности системы. Основой нового сервиса IBM Q стал служба IBM Quantum Experience, за которым сейчас «скрывается» экспериментальный квантовый компьютер всего с пятью кубитами, да в будущей квантовой системе будет насчитываться в десять раз больше кубитов, сколько обеспечит ей необычайно высокую производительность.

Напомним нашим читателям, что основой квантовых компьютеров являются квантовые биты, кубиты, которые, кроме двух стандартных состояний, и 1, могут находиться в третьем состоянии, состоянии квантовой суперпозиции. Сие обеспечивает то, что при увеличении количества кубитов, работающих за счет явления квантовой запутанности, вычислительная всемогущество квантовой системы увеличивается по экспоненте. И, согласно мнению специалистов компании IBM, лишь квантовому компьютеру с достаточно большим количеством кубитов будет посильна задача моделирования всего окружающего нас решетка с его бесконечным разнообразием взаимодействий и отношений.

Частями нового проекта станут программный интерфейс API for Quantum Experience и мебель инструментов для разработчиков программного обеспечения (SDK), которые появятся одновременно с запуском сервиса IBM Q. Содержимое сих инструментов и специальная литература позволят программистам научиться кодировать совершенно новым способом, создавая программы, максимально производительно использующие все уникальные возможности универсальной квантовой вычислительной системы.

Следует углядеть, что в момент запуска в составе квантовой вычислительной системы, стоящей за сервисом IBM Q, довольно насчитываться 5 кубитов, т.е., по сути, она будет представлять собой модернизированный вариант системы Quantum Experience. Однако, в течение нескольких лет количество кубитов будет увеличено до 50 и позже система обретет свою расчетную вычислительную мощность. Есть большая вероятность того, кое-что по мере разработки новых типов кубитов и сопутствующих сверхпроводящих схемах, которые содержатся при температурах, ненамного превышающих температуру абсолютного нуля, прием IBM Q пройдет через несколько этапов кардинальной модернизации.

Компания IBM планирует, что клиенты их сервиса будут использовать возможности среды Quantum Experience и стоящего вслед ней маломощного квантового компьютера для разработки и предварительной отладки собственных приложений, которые после сего будут запускаться на большом квантовом компьютере IBM Q. О правильности такого подхода говорит в таком случае, что менее чем за год существования, количество клиентов сервиса IBM Quantum Experience насчитывает 40 тысяч, а количество созданных в его рамках приложений перевалило после отметку в 275 тысяч. Справедливости ради следует отметить, что подавляющее значительная этих приложений являются тестовыми, а количество приложений, результаты работы которых были использованы в реальных научно-исследовательских работах, составляет всего 15.

Сaмыe мoщныe сoврeмeнныe кoмпьютeры, супeркoмпьютeры, прeдстaвляют сoбoй мнoжeствo вычислитeльныx узлoв, связaнныx мeжду сoбoй спeциaльными мoстaми и высoкoскoрoстными шинами данных, где-то называемыми интерконнектами. Точно так же будет обстоять дело и с будущими квантовыми компьютерами, которые должны представлять собой законченную с функциональной точки зрения систему, интегрированную с множеством дополнительных устройств. Исследователи из Гарвардского университета и лаборатории Ion Beam Laboratory, являющейся до некоторой степени Национальной лаборатории Sandia, сделали большой шаг к осуществлению интеграции квантовых вычислительных систем. Они создали лучший в своем роде квантовый «мост», способный эффективно объединить множество квантовых компьютеров в единую сетевую вычислительную систему.

В сегодняшний день время на свете существуют лишь простейшие квантовые вычислительные системы, к примеру, IBM Quantum Experience, которые способны выполнять только лишь несложные алгоритмы. Некоторое время учеными предпринимаются попытки создания систем, состоящих из нескольких простых квантовых компьютеров, которые общими усилиями смогут определять и более сложные задачи. Но, к сожалению, несмотря на все эти активность, попытки создания полностью функционирующих «многопроцессорных» квантовых систем еще не увенчались успехом.

«Кадр(ы) уже достаточно давно создали простейшие квантовые компьютеры» — рассказывает Райан Камачо (Ryan Camacho), исследователь из лаборатории Sandia, — «И, вполне вероятно, что такое? следующим этапом будет не создание одного большого и мощного квантового компьютера, а целой системы, состоящей из связанных наперсник с другом простых квантовых компьютеров».

Для того, чтобы связать квантовые компьютеры в единое система. Ant. часть требуется мост, способный разделить квантовую информацию между несколькими устройствами. Другими словами, настоящий мост должен сделать так, чтобы все атомы (квантовые биты, кубиты), содержащиеся в системе, вели себя скажем, словно они являются одним единственным атомом.

При помощи установки ионной имплантации фокусированным лучом, находящейся в лаборатории Sandia, ученые заменили Водан атом углерода в кристаллической решетке алмазного основания большим по размеру атомом кремния. Что только это удалось сделать, атом кремния «потеснил» соседние атомы углерода, создав вокруг себя гомотетия буферной зоны. Промежуток этой буферной зоны действует как изолятор через электрического тока, которым оказывается воздействие на кристалл алмаза. И, во-вторых, частица кремния, находящийся в центре буферной зоны, ведет себя так, словно возлюбленный находится в вакууме, а не заключен внутри твердого кристалла. Это позволяет приобрести необходимую «реакцию электронов атома на квантовые явления, которая не затрагивается нежелательным взаимодействием с другими частицами материи».

При накачке фотонами лазерного света все атомы кремния переходят в возбужденное энергетическое состояние, их электроны перескакивают держи более высокие энергетические орбиты. Но, когда эти электроны возвращаются в свое исходное состояние, они испускают «пачки» фотонов света, квантовые формат которых со 100-процентной вероятностью соответствуют текущему квантовому состоянию атома кремния.

«Блюдо, что нам удалось сделать, это поместить атомы кремния в строго заданные места кристаллической решетки, расположенные стократ ниже уровня поверхности. Теперь мы уже имеем возможность создать тысячи таких «кремниевых дефектов», которые будут расположены в строгом порядке» — рассказывает Райан Камачо, — «Неравно раньше мы должны были суметь выделить фотоны от одного из тысячи не так разбросанных источников света, то сейчас мы можем точно сказать каким атомом кремния был излучен каждый кому не лень из фотонов».

При условии разработки и реализации некоторых дополнительным методов, включая поуже созданные «квантовые детекторы», такая упорядоченная матрица «кремниевых дефектов» может стать мостом, какой объединит в единое целое практически бесконечное количество квантовых процессоров. И ученые собираются продлить работать в этом направлении, которое рано или поздно приведет к появлению эффективных и функциональных квантовых вычислительных систем.