Naturaleza" (Número 20220120) La guía impresa de esta semana
Compilado | Unjiu
Nature , 20 de enero de 2022, VOL 601, Número 7893
Nature , 20 de enero de 2022, VOL 601, Número 7893
Astronomía
La formación de estrellas cerca del sol está impulsada por la expansión de burbujas locales
La formación de estrellas cerca del sol está impulsada por la expansión de burbujas locales
Autor: Katherine -Catherine Zucker, Alyssa-A.Goodman, João Alves, Shmuel Bialy, Michael Foley, Joshua S.Speagle, et al
Enlace:
/articles/ s41586-021-04286-5
Resumen
Resumen:
Desde hace décadas sabemos que el Sol reside en una burbuja local, que es una cavidad. compuesto de plasma de baja densidad y alta temperatura rodeado por una capa de polvo y gas neutro frío. Sin embargo, debido a la baja resolución de los modelos locales de medios interestelares, la forma y extensión precisas de esta capa, la dinámica y escalas de tiempo de su formación, y su relación con la formación de estrellas cercanas siguen siendo inciertas.
Utilizando nuevas limitaciones espaciales y dinámicas, el equipo analizó la posición tridimensional, la forma y el movimiento de gas denso y estrellas jóvenes dentro de 200 pc del Sol. Descubrieron que casi todos los complejos de formación de estrellas cerca del Sol se encuentran en la superficie de burbujas locales y que sus estrellas jóvenes se expanden principalmente hacia afuera en dirección perpendicular a la superficie de las burbujas.
El seguimiento de las trayectorias de estas estrellas jóvenes respalda la idea de que las burbujas locales se originaron a partir de explosiones de nacimiento y muerte de estrellas (supernovas) que ocurrieron cerca del centro de la burbuja hace unos 14 millones de años. La expansión de la burbuja local creada por la supernova hizo rodar el medio interestelar circundante, formando una capa inflada que ahora se ha fragmentado y colapsado en la nube molecular más visible en las cercanías, proporcionando un poderoso apoyo observacional a la teoría de que las supernovas impulsan la formación estelar. apoyo.
Resumen
Durante décadas hemos sabido que el Sol reside en una "burbuja local", una cavidad compuesta de plasma de baja densidad y alta temperatura rodeado de nieve fría y neutra. gases y polvo. Sin embargo, la forma y extensión precisas de esta capa, la dinámica y las escalas de tiempo de su formación, y su relación con el plasma localizado cercano son todos importantes. Sin embargo, la forma y extensión precisas de esta capa, la dinámica y escalas de tiempo de su formación, y su relación con la formación de estrellas cercanas han sido inciertas, en gran parte debido a los modelos de baja resolución del medio interestelar local. Aquí presentamos un análisis de la posición, forma y movimiento tridimensional de gas denso y estrellas jóvenes dentro de 200 µpc alrededor del Sol utilizando nuevas restricciones espaciales y dinámicas. Aquí presentamos un análisis de la posición, forma y movimiento tridimensional de gas denso y estrellas jóvenes dentro de 200 µpc alrededor del Sol utilizando nuevas restricciones espaciales y dinámicas. Una mirada retrospectiva a los movimientos de estas estrellas jóvenes respalda una imagen en la que sus estrellas jóvenes no estaban en condiciones de expandirse hacia afuera. La expansión de la burbuja local producida por la supernova convirtió el medio interestelar circundante en una capa expandida, que ahora se ha fragmentado y colapsado en la nube molecular más prominente cercana, lo que a su vez ha informado la teoría de que las supernovas impulsan la formación de estrellas. .
Formación estelar provocada por un agujero negro en la galaxia enana Henize 2-10
Formación estelar provocada por un agujero negro en la galaxia enana Henize 2-10
Por Zachary Schutte & Amy E. Reines
Enlace:
/articles/s41586-021-04215-6
Resumen
En varios Núcleos activos Se han observado flujos de salida impulsados por agujeros negros en galaxias enanas. Se han observado flujos de salida impulsados por agujeros negros, y pueden desempeñar un papel en el calentamiento y expulsión de gas (suprimiendo así la formación de estrellas), tal como lo hacen en las galaxias más grandes. No está claro hasta qué punto las salidas de agujeros negros pueden desencadenar la formación de estrellas en galaxias enanas, ya que el trabajo en esta área se ha centrado anteriormente en galaxias masivas y hay poca evidencia observacional.
Henize 2-10 es una galaxia enana explosiva de la que anteriormente se había informado que tenía un agujero negro masivo en su centro, pero esta explicación ha sido controvertida porque alguna evidencia observacional es consistente con restos de supernova. Ahora existe la oportunidad de conocer las condiciones en la región central a una distancia de aproximadamente 9 Mpc y determinar si hay evidencia de salidas de agujeros negros que afecten la formación estelar.
El equipo de investigación informa observaciones ópticas de Henize 2-10 con una resolución lineal de unos pocos segundos. Descubrieron un filamento ionizado de aproximadamente 150 pc de largo que conecta la región del agujero negro con regiones donde se han formado estrellas recientes. El espectroscopio reveló una estructura sinusoidal de posición-velocidad descrita por un simple flujo dipolar incidente. El equipo concluyó que las salidas de agujeros negros desencadenan la formación de estrellas.
Resumen
Se han observado flujos de salida impulsados por agujeros negros en algunas galaxias enanas con núcleos galácticos activos, y probablemente desempeñen un papel en el calentamiento y expulsión de gas (inhibiendo así la formación de estrellas). tal como lo hacen en las galaxias más grandes. No está claro hasta qué punto los flujos de salida impulsados por agujeros negros pueden desencadenar la formación de estrellas en galaxias más grandes. No está claro hasta qué punto las salidas de agujeros negros pueden desencadenar la formación de estrellas en galaxias enanas, ya que el trabajo en esta área se ha centrado anteriormente en galaxias masivas y hay poca evidencia observacional. Henize 2-10 es una galaxia enana en explosión que, según se informó anteriormente, tiene un agujero negro masivo en su centro, pero esta explicación ha sido controvertida porque algunos aspectos de la galaxia no se comprenden bien. Henize 2-10 es una galaxia enana explosiva de la que anteriormente se había informado que tenía un agujero negro masivo en su centro, pero esta explicación ha sido controvertida porque algunos aspectos de la evidencia observacional también son consistentes con restos de supernova. Encontramos un filamento ionizante de unos 150 picosegundos de largo que conecta esta región. Descubrimos un filamento ionizado de unos 150 picómetros de largo que conecta la región del agujero negro con el sitio de formación estelar reciente. El espectroscopio reveló una estructura sinusoidal de posición-velocidad que se describe bien como el flujo de salida del agujero negro que afecta la formación de estrellas. La estructura sinusoidal de posición-velocidad revelada por el espectroscopio se puede describir mejor como una simple salida bipolar prograda. Concluimos que este flujo de agujero negro desencadena la formación de estrellas. Concluimos que los flujos de salida de agujeros negros desencadenan la formación de estrellas.
Física
Transición topológica de triple fase en un cuasicristal de Floquet no hermitiano
Transición topológica de triple fase en un cuasicristal de Floquet no hermitiano
Autor : Sebastian Weidemann, Mark Kremer, Stefano Longhi y Alexander Szameit
Enlace:
/articles/s41586-021-04253-0
Resumen
Las transiciones de fase conectan diferentes estados de la materia, a menudo acompañadas de una ruptura espontánea de la simetría. Migración La migración es un tipo importante de transición de fase, y es bien sabido que el aumento de la aleatoriedad local de Anderson conduce a transiciones de metal-aislante. Después de la introducción de la topología en la física de la materia condensada, se descubrieron las transiciones de fase topológicas y los materiales aislantes topológicos.
Las transiciones de fase en las simetrías de sistemas no plasmónicos describen transiciones a energía promedio conservada y nuevas fases topológicas. La conductividad masiva, la topología y la ruptura de simetría no equivalente parecen originarse en físicas diferentes y, por lo tanto, pueden considerarse fenómenos independientes. Sin embargo, en los cuasicristales que no son Emmy, tales transiciones pueden interconectarse formando una transición de tres fases.
El equipo de investigación informa observaciones experimentales de una transición de fase triple en la que cambiar un solo parámetro induce simultáneamente un cambio de fase de localización (metal-aislante), topología y ruptura de simetría par-impar (energía). Este fenómeno físico se manifiesta como un cuasicristal disipativo impulsado por el tiempo (Floquet).
El equipo de investigación implementó su idea acoplando paseos cuánticos de fotones en bucles de fibra óptica y destacó la interconexión de la topología, la ruptura de simetría y las transiciones de fase de movilidad en materiales sintéticos cuasicristalinos no equivalentes. Se espera que estos resultados tengan aplicaciones en dispositivos de cambio de fase donde se pueda predecir y controlar el transporte del lado del cuerpo y el intercambio de energía o partículas con el medio ambiente.
Resumen
Los cambios de fase conectan diferentes estados de la materia y a menudo ocurren simultáneamente con cambios de fase espontáneos. La introducción de la topología en la física de la materia condensada condujo al descubrimiento de transiciones de fase topológicas y materiales aislantes topológicos. Las transiciones de fase en simetrías de sistemas no hermitianos describen la transición a la uniformidad media. Las transiciones de fase en simetrías de sistemas no hermitianos describen la transición a una energía conservada promedio y una nueva fase topológica. La conductividad global, la topología y la ruptura de la simetría no hermitiana parecen surgir de diferentes físicas y, por lo tanto, pueden parecer fenómenos separables. Sin embargo, en los cuasicristales no ermitianos, estas transiciones pueden interconectarse formando una transición de fase triplete. Un solo parámetro provoca simultáneamente transiciones de fase localizadas (metal-aislante), topológicas y de ruptura de simetría par-impar (energéticas). Este fenómeno físico se manifiesta como un cuasicristal disipativo impulsado por el tiempo (Floquet). Realizamos nuestra idea mediante el paseo cuántico de fotones acoplados. Implementamos nuestra idea acoplando paseos cuánticos de fotones en bucles de fibra óptica. Nuestro estudio destaca el entrelazamiento de la topología, la ruptura de simetría y las transiciones de fase migratoria en materiales sintéticos cuasicristalinos no hermitianos. Nuestros hallazgos tienen aplicaciones en dispositivos de cambio de fase donde se puede predecir y controlar el transporte masivo y de borde y el intercambio de energía o partículas con el medio ambiente.
Lógica cuántica de espín cruzando el umbral criptográfico de superficie
Lógica cuántica de espín cruzando el umbral criptográfico de superficie
Autor: Xue Xiao, Maximilian Ma Maximilian-Maximilian Maximilian: Xiao Xue, Maximilian Russ, Nodar Samkharadze, Brennan Undseth, Amir Sammak, Giordano Scappucci y otros
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/articles/s41586 - 021-04273-w
Resumen
El control de qubits de alta fidelidad es fundamental para la ejecución confiable de algoritmos cuánticos y lograr tolerancia a fallas (corregir errores más rápido de lo que ocurren). El requisito básico para la tolerancia a fallos se expresa en términos de umbrales de error. Sin embargo, el umbral real depende de muchos detalles y un objetivo común es un código de superficie con un umbral de error de aproximadamente el 1%.
La fidelidad de la puerta de dos bits superior al 99% ha sido un objetivo importante para los qubits de espín semiconductores. Con la aplicación de tecnología avanzada de semiconductores, se espera que estos qubits se expandan.
El equipo de investigación presenta un procesador cuántico de silicio basado en espín con una fidelidad de puerta de un solo bit y de dos bits superior al 99,5 %, verificada mediante tomografía de conjunto de puertas. Cuando se tienen en cuenta los errores de diafonía y escisión de qubits vecinos, la fidelidad promedio de la puerta de un solo bit sigue siendo superior al 99%.
Utilizando este conjunto de puertas de alta fidelidad, el equipo logró la difícil tarea de calcular la energía del estado fundamental de una molécula utilizando el algoritmo de resolución de firma cuántica de mutaciones. Los qubits semiconductores tienen una fidelidad que supera el umbral del 99% de las puertas de dos bits y se encuentran en la era de los dispositivos cuánticos de tamaño medio y alto ruido, teniendo así un lugar en la tolerancia a fallos y sus posibles aplicaciones.
Resumen
El control de qubits de alta fidelidad es fundamental para la ejecución confiable de algoritmos cuánticos y lograr tolerancia a fallas: la capacidad de corregir errores más rápido de lo que ocurren. El requisito principal para la tolerancia a fallos es el umbral de error. Si bien el umbral real depende de muchos detalles, un objetivo común es aumentar la fidelidad de la puerta de doble qubit a más del 99%, que ha sido un objetivo importante para los qubits de espín semiconductores. Estos qubits prometen ampliar la escala de los códigos de superficie porque pueden aprovechar la tecnología avanzada de semiconductores. Aquí, presentamos un procesador cuántico de silicio basado en espín que logra una fidelidad de puerta superior al 99,5% para qubits simples y duales. Cuando se utiliza la cromatografía de conjunto de puertas, la fidelidad promedio de la puerta de un solo qubit se mantiene por encima del 99%. Utilizando este conjunto de puertas de alta fidelidad, logramos la difícil tarea de calcular la energía del estado fundamental de una molécula utilizando el algoritmo de contorno cuántico de mutación. Los qubits semiconductores han roto la barrera del 99% de la fidelidad de puerta de qubit dual, bien posicionados en el camino hacia una era de tolerancia a fallas y posibles aplicaciones en dispositivos cuánticos ruidosos de escala media.
Puertas cuánticas universales rápidas por encima del umbral de tolerancia a fallos en silicio
Puertas cuánticas universales rápidas por encima del umbral de tolerancia a fallos en silicio
Autor: Akito Nojiri, Kenta Toda , Kaji Yuki: Akito Noiri, Kenta Takeda, Takashi Nakajima, Takashi Kobayashi, Amir Sammak, Giordano Scappucci y otros
Enlace:
/articles/s41586-021-04182 - y
Resumen
Las computadoras cuánticas tolerantes a fallas capaces de resolver problemas difíciles se basan en la corrección de errores cuánticos. Los códigos de superficie son uno de los códigos de corrección de errores más prometedores, que requieren una fidelidad de puerta generalizada por encima del umbral de corrección de errores del 99%.
Entre las numerosas plataformas de qubits, sólo los circuitos superconductores, los iones atrapados y los centros de vacantes de nitrógeno en diamantes cumplen este requisito. Los qubits de espín electrónico en silicio son prometedores para las computadoras cuánticas a gran escala debido a sus capacidades de nanofabricación, pero la fidelidad de la puerta de dos bits está limitada al 98% debido a sus lentas velocidades de operación.
El equipo de investigación logró una fidelidad de puerta de doble bit del 99,5 % y una fidelidad de puerta de doble bit del 99,8 % en qubits de espín de silicio mediante el uso de campos de gradiente inducidos micromagnéticamente y un control electrónico rápido del acoplamiento de doble qubit sintonizable. fidelidad de puerta. Determinaron la velocidad de rotación del qubit y la fuerza de acoplamiento, lo que permitió una implementación sólida de puertas de alta fidelidad.
Utilizando este conjunto de puertas universales, el equipo de investigación implementó con éxito los algoritmos de búsqueda de Deutsch-Jozsa y Grover. Los resultados muestran que la fidelidad de la puerta universal supera los umbrales de tolerancia a fallos, lo que promete ordenadores cuánticos de silicio escalables.
Resumen
Los ordenadores cuánticos tolerantes a fallos y capaces de resolver problemas difíciles se basan en la corrección de errores cuánticos. Uno de los códigos de corrección de errores más prometedores son los códigos de superficie, que requieren una fidelidad de puerta universal que supere un umbral de corrección de errores del 99%. Entre muchas plataformas de qubits, sólo los circuitos superconductores, los iones atrapados y los centros de vacantes de nitrógeno en diamantes cumplen con este requisito. Los qubits de espín electrónico en silicio son particularmente prometedores para las computadoras cuánticas a gran escala debido a sus capacidades de nanofabricación, pero la eficiencia de las puertas de qubit duales ha sido menos que satisfactoria. Aquí, demostramos una fidelidad de puerta de dos qubits del 99,5% y una fidelidad de puerta de un solo qubit del 99,5% en qubits de espín de silicio mediante un control eléctrico rápido utilizando campos de gradiente inducidos por microimanes y un acoplamiento de puerta de dos qubits ajustable. Determinamos velocidades de rotación de qubits y fuerzas de acoplamiento que permiten una implementación sólida de puertas de alta fidelidad. Nos dimos cuenta de que la velocidad de rotación y la fuerza de acoplamiento del qubit no son las mismas que la velocidad de rotación y la fuerza de acoplamiento del qubit. Utilizando nuestro conjunto de puertas universales, los algoritmos de búsqueda de Deutsch-Jozsa y Grover logran altas tasas de éxito. Nuestros resultados demuestran la fidelidad de las puertas universales más allá de la tolerancia a fallas. Implementamos los algoritmos de búsqueda de Deutsch-Jozsa y Grover con altas tasas de éxito utilizando conjuntos de puertas universales. Nuestros resultados demuestran la fidelidad de la puerta universal más allá de los umbrales de tolerancia a fallas y potencialmente permiten computadoras cuánticas de silicio escalables.
Ciencias de la Tierra
Los cambios históricos en el glaciar Svalbard predicen que la pérdida de masa se duplicará para el año 2100
La pérdida de masa del glaciar Svalbard se duplicará/articles/ s41586-021-04314-4
Resumen
El derretimiento de glaciares y capas de hielo representa aproximadamente un tercio del aumento actual del nivel del mar, más que las capas de hielo más grandes de Groenlandia o la Antártida. El daño causado por la cubierta es aún mayor. El archipiélago ártico de Svalbard, con gradientes climáticos espaciales mayores que los cambios climáticos actualmente proyectados para el próximo siglo, es un laboratorio natural para limitar la sensibilidad climática de los glaciares y predecir las respuestas de los glaciares al calentamiento futuro.
El equipo de investigación vinculó observaciones de glaciares históricos y modernos para predecir que los glaciares perderán peso en el siglo XXI a más del doble que entre 1936 y 2010. Utilizando archivos de imágenes aéreas históricas de 1936 y 1938, utilizaron fotogrametría de estructura a partir de movimiento para reconstruir la geometría tridimensional de 1.594 glaciares en Svalbard.
El equipo comparó estas reconstrucciones con datos modernos de elevación de glaciares para derivar patrones espaciales de equilibrio de masa durante un lapso de más de 70 años, lo que les permitió cuantificar cómo variables como la temperatura y la precipitación cambian a lo largo de años interanuales y decenales. Períodos de ruido intercambiables controlan la pérdida de glaciares.
El equipo de investigación descubrió que la tasa de derretimiento está estrechamente relacionada con la temperatura, es decir, por cada aumento de 1 grado en la temperatura promedio de verano, el balance de masa normalizado por área disminuirá en 0,28 metros de equivalente de agua por año. Finalmente, el equipo de investigación diseñó un método sustituto espaciotemporal que combina datos históricos de observación de glaciares con predicciones climáticas para producir predicciones de primer orden de los cambios de los glaciares de Svalbard en el siglo XXI.
Resumen
El derretimiento de glaciares y capas de hielo representa aproximadamente un tercio del aumento actual del nivel del mar, superando el aumento del nivel del mar en el archipiélago ártico de Svalbard. El gradiente climático espacial de Svalbard es mayor que los cambios climáticos temporales esperados durante el próximo siglo, lo que lo convierte en un laboratorio natural para limitar la sensibilidad del clima glacial y predecir las respuestas de los glaciares al calentamiento futuro. Aquí, vinculamos las observaciones históricas y modernas de los glaciares para predecir que las tasas de desgaste de los glaciares en el siglo XXI serán más del doble de las que serán en el futuro.
Aquí, vinculamos datos históricos y modernos de observación de glaciares para predecir que las tasas de desgaste de los glaciares en el siglo XXI serán más del doble que entre 1936 y 2010. Utilizando un archivo de imágenes aéreas históricas de 1936 y 1938, utilizamos fotogrametría de estructura-movimiento para predecir la futura sensibilidad climática de los glaciares. Utilizando un archivo de imágenes aéreas históricas de 1936 y 1938, reconstruimos la geometría tridimensional de 1594 glaciares en Svalbard utilizando fotogrametría estructura-cinemática. Comparamos estas reconstrucciones con datos modernos de elevación de glaciares para derivar patrones espaciales de balance de masa durante un lapso de más de 70 años, lo que nos permite cuantificar el balance de masa a través del ruido de la variabilidad anual y decenal. Comparamos estas reconstrucciones con datos modernos de elevación de la superficie del hielo para derivar patrones espaciales de equilibrio de masa durante un período de más de 70 años, lo que nos permitió cuantificar cómo variables como la temperatura y la precipitación controlan el hielo a través del ruido de los cambios anuales y decenales. perdido. Descubrimos que las tasas de derretimiento están estrechamente relacionadas con la temperatura, con temperaturas promedio en verano que aumentan en 1? Finalmente, diseñamos un enfoque alternativo espacio-temporal que combina datos históricos de observación de glaciares con predicciones climáticas para predecir los glaciares del siglo XXI en Svalbard. predicciones de cambios.