Журнал "Компьютерра" №758

Перенесший в 2006 году операцию по удалению злокачественной опухоли, Кнут продолжает читать лекции, писать книги и развивать проекты TeX и METAFONT, а значит, прием багов продолжается. ЕЗ

Фосфорная память

Важного успеха в разработке компонентов квантовых компьютеров добилась команда физиков из университетов Оксфорда, Принстона и Беркли. Ученые научились записывать, хранить и считывать квантовую информацию с помощью единственного атома фосфора-31.

Квантовый компьютер, как и обычный, должен уметь не только обрабатывать, но и хранить данные. И если для обработки информации могут подойти электроны, способные кодировать единицу квантовой информации (кубит) в состоянии своего спина, то для ее хранения электроны приспособлены плохо. Легкий электрон сравнительно быстро "забывает" квантовое состояние своего спина, поскольку сильно реагирует на тепловые колебания окружающих электромагнитных полей. Хранить квантовую информацию лучше в спинах сравнительно тяжелых и неповоротливых атомных ядер, которые вдобавок хорошо экранированы от окружения своими электронными оболочками. А значит, надо научиться передавать квантовое состояние спина электрона спину ядра, а затем, при необходимости, считывать его.

Оказалось, что для этого прекрасно подходят атомы стабильного изотопа фосфора-31, введенные в качестве примесей в идеальный кристалл изотопа кремния-28. Обычный химически чистый кремний, использующийся в полупроводниковой промышленности, кроме основного изотопа кремния-28 содержит еще почти пять процентов кремния-29, а также кремний-30. У ядер кремния-28 спин нулевой, и они не мешают фосфору, но спин ядер кремния-29 уже не нулевой, так что он неизбежно взаимодействует со спином ядер фосфора, способствуя его разрушению. Поэтому ученым пришлось потратить массу усилий, чтобы получить изотопически чистые монокристаллы кремния-28.

У фосфора на один электрон больше, чем у кремния, и его спин связан со спином ядра. С помощью пары импульсов, лежащих в радио- и микроволновом диапазоне частот, удалось переписать квантовое состояние спина электрона фосфора в состояние спина его ядра. Те же импульсы в обратной последовательности считывали состояние ядра, передавая его в квантовое состояние электрона. Вероятность успеха операций записи-чтения достигала 90%, что очень неплохо для опытов подобного рода. Но самое замечательное, что при температуре 5,5° выше абсолютного нуля кубит мог сохраняться ядром фосфора до двух секунд, а это в тысячи раз дольше, чем в самой лучшей квантовой памяти, созданной до сих пор.

Авторы метода уверены, что дальнейшее улучшение химической и изотопической чистоты кремния позволит хранить квантовые состояния в фосфорной памяти гораздо дольше, вероятно, даже в течение нескольких лет. А поскольку ее можно изготавливать почти так же, как и обычные кремниевые чипы, у этой памяти есть очень хорошие шансы найти применение в квантовых компьютерах будущего. ГА

Ключевое действие

К новостям о взломе электронных систем безопасности уже не привыкать. Но развитие технологий порождает новые риски и в мире осязаемых вещей - и помнить об этом необходимо каждому. Так считает группа американских ученых, продемонстрировавших метод воссоздания ключей по фотографии. Случайно или намеренно запечатленные, они в достаточном количестве отыщутся даже на популярных фотохостингах.

Первыми "воришками", сумевшими проделать этот трюк, стали исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего. В рамках проекта Sneakey они разработали оригинальный процесс создания дубликата, исходным материалом для которого может служить даже случайная фотография связки ключей, сделанная мобильным телефоном. Процесс делится на два сравнительно простых этапа. Сначала изображение искомого объекта нормализуется с применением специальных алгоритмов при минимальном вмешательстве оператора (пользователь лишь расставляет несколько контрольных точек). После этого остается только измерить глубину бороздок, чего, в совокупности со знанием марки и типа ключа, будет достаточно для воссоздания его точной копии "в металле". Проект реализован в популярном пакете MATLAB, а в ходе пробных испытаний метод доказал свою эффективность как при использовании снимков, сделанных мобильным телефоном, так и фотографий, полученных с помощью телеобъектива с расстояния 60 метров.

Подводя итог, авторы Sneakey честно признают, что не открыли Америку. Производители замков давно осведомлены о возможности воссоздания ключей по фотографии и иногда прибегают к ней - правда, пользуясь снимками высокого качества, сделанными отнюдь не в полевых условиях. Кроме того, в Sneakey процесс автоматизирован только для простенькой модели ключа с пятью или шестью бороздками, самой распространенной в США. Тем не менее исследователи воздержались от публикации исходников, заметив, однако, что повторить их опыты при должных знаниях не так уж трудно. Поэтому авторы призывают относиться к своим ключам с не меньшей осторожностью, чем, скажем, к кредитным картам. По крайней мере до тех пор, пока производители не добавят замкам еще одну степень защиты. ЕЗ

Взмыленные электроны

Рекордного значения подвижности электронов в органическом полупроводнике удалось добиться команде японских физиков из университетов Токио, Киото и Осаки. Новый полупроводник обещает в недалеком будущем радикально улучшить свойства гибких электронных схем, дисплеев и солнечных элементов.

Все органические полупроводники сильно страдают от малой подвижности электронов, что тормозит развитие органической электроники. Поэтому специалисты с энтузиазмом восприняли сообщение об увеличении подвижности электронов в популярном органическом полупроводнике - конденсированном порфириновом медном комплексе - до 0,27 см2/В·с, что на порядок больше предыдущего рекорда.

Чтобы увеличить подвижность электронов, ученые модифицировали полупроводник, добавив к его молекулам с одного конца гидрофобную, а с другого гидрофильную цепочку. Это сделало молекулу амфифильной, как мыло или любое другое моющее средство, молекулы которых способны присоединяться к жирам и одновременно легко смываться водой. Амфифильные молекулы из-за несовместимости их концов стремятся выстроиться в регулярные структуры, что и повышает подвижность электронов, которые теперь движутся в более упорядоченной среде, а потому реже рассеиваются.

Новый органический полупро­вод­­ник эффективно поглощает видимый свет, а зна­чит, подойдет для изготовления дешевых тонкопленочных сол­нечных элементов. Сам способ увеличения подвижности применим и к другим органическим полупроводникам, так что новые рекорды, вероятно, еще впереди. ГА

Здравый смысл победил

В конце октября Апелляционный суд США по федеральному округу отказал в удовлетворении апелляции Бернарда Билски и Рэнда Уорсоу (Bernard Bilski, Rand Warsaw) по делу, касавшемуся получения патента на способ страхования рисков при торговле. Ранее в выдаче патента заявителям уже отказала Палата по патентным спорам.

Это дело касается такого важного вопроса, как критерии патентования, или, проще говоря, механизма, позволяющего не допустить охраны патентом общеизвестных и повсеместно применяемых идей или концепций. При первоначальном рассмотрении спора Палата отказала в выдаче патента на том основании, что способ взаимодействия контрагентов при заключении сделок, описанный в заявке, не может охраняться, поскольку не соответствует этим критериям.

При рассмотрении заявления суд фактически отменил многочисленные тесты на патентоспособность, которые использовались ранее, признав применимым только так называемый критерий "устройства или преобразования". По мнению суда, патентной защите подлежит только такой процесс, который может быть связан с определенным устройством или механизмом или трансформирует какой-либо объект в другое состояние.

По мнению представителей Software Freedom Law Center, это решение является первым гвоздем в крышку гроба софтверных патентов, которыми в США охраняется множество тривиальных принципов, используемых в программах. Разумеется, заумное описание маскирует эту тривиальность, однако многие заявки по своей оригинальности подобны "методу тренировки кота", на который выдан один из патентов. Он заключается в использовании лазерной указки для привлечения внимания животного, начинающего охотиться за пятнышком света. Один из судей, рассматривавших дело, привел этот случай в качестве примера "патентного абсурда".