Китайский дрон обеспечит квантовую связь с воздуха
Исследователи из Китая создали беспилотник, предназначенный для обеспечения всепогодного квантового канала связи. В рамках эксперимента авторы показали возможность распределения квантового состояния между двумя наземными станциями с 35-киллограммового дрона, поднимающегося на высоту в 100 метров. Ученым удалось добиться высокой степени сохранности запутанного состояния, таким образом продемонстрировав более дешевую альтернативу спутниковым квантовым каналам, сообщается в препринте на arXiv.org.
Квантовый канал связи — это способ передачи информации, защищенной посредством квантовой криптографии. Технология предполагает использование эффекта квантовой запутанности при записи данных или ключа для их дешифровки. В таком случае перехват запутанных частиц всегда может быть замечен отправителем и адресатом.
Основными сложностями при реализации квантового канала связи на данный момент являются потери частиц и удержание их в состоянии запутанности, так как оно может быть разрушено при взаимодействии с любыми телами. В частности, передача запутанных фотонов по современным оптоволоконным кабелям ограничена сотнями километров. В то же время можно использовать распространение частиц света в воздухе.
Китайские ученые совместно с европейскими коллегами уже продемонстрировали возможность использования спутников для передачи запутанных фотонов на расстояния до 1200 километров. Однако спутники, если их немного, нельзя назвать оптимальным решением, так как один низкоорбитальный аппарат виден с ограниченной области поверхности Земли и лишь короткое время в течение суток, а стоимость создания спутниковой группировки и соответствующие технические сложности очень велики.
В качестве альтернативы другая группа исследователей из Китая предложила использовать дроны. Экспериментальный октокоптер весит 35 килограмм, поднимается на высоту до 100 метров, непрерывно работает до 40 минут и обеспечивает всепогодную квантовую связь между наземными станциями. В эксперименте станции были расположены на расстоянии до 200 метров, но это расстояние было ограничено размером испытательного полигона.
Дрон смог успешно поддерживать квантовый канал, что было подтверждено при помощи S-параметра Клаузера — Хорна — Шимони — Хольта — одного из вариантов записи неравенства Белла. Значения этой величины выше двойки отвечают квантовому режиму корреляций, а в данной работе было получено 2,49 ± 0,09. Результаты были подтверждены как днем, так и ночью, в том числе дождливой.
Авторы утверждают, что размер и вес аппаратуры (приемников и передатчиков отдельных фотонов) можно уменьшить, что позволит ее устанавливать на небольшие дроны, которые смогут обеспечивать развертывание локального квантового канала связи по требованию. Также множество дронов может согласованно работать, передавая фотоны друг другу, увеличивая площадь покрытия.
Теоретически можно использовать высотные аппараты, которые смогут подниматься выше десяти километров, откуда можно покрывать область размером в сотни километров. Однако эта перспектива требует дополнительных исследований, так как нижние слои атмосферы в наибольшей степени подвержены турбулентности, а вращающиеся лопасти создают дополнительные возмущения, которые увеличивают шанс потери фотона или разрушения его квантового состояния.
Лишь относительно недавно ученым удалось добиться, чтобы скорость передачи запутанных состояний превысила скорость их разрушения. Также ранее другие китайские физики доказали квантовую природу теплового света на примере фотонов Солнца. Мы подробно писали о принципах функционирования квантовых каналов связи в материалах «Выдергиваете и сжигаете» и «Квантовая связь без лишнего шума».
Он предназначен для исследования гипертермии
Компания Thermetrics разработала термический манекен ANDI, который предназначен для имитации тепловых свойств тела человека. Манекен может выделять тепло с помощью нагревательных элементов, а также имитировать потоотделение и дыхание. Множество сенсоров, размещенных в 35 зонах по всему корпусу манекена, позволяют контролировать температуру и измерять тепловые потоки в реальном времени. Манекен будет использоваться учеными в исследованиях воздействия теплового стресса и гипертермии на человека, сообщает New Atlas. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Всемирная метеорологическая организация недавно сообщала, что за последние 40 лет волны жары стали случаться в шесть раз чаще. Можно ожидать, что в будущем во многих регионах планеты люди столкнутся с новой климатической нормой, в которой придется приспосабливаться к жизни в условиях, когда температура воздуха достигает 40 градусов Цельсия и выше на протяжении длительных промежутков времени. Известно, что высокие температуры воздуха могут представлять угрозу для здоровья и жизни человека. Однако точные механизмы и последствия воздействия жары на сегодняшний день изучены недостаточно хорошо. В связи с этим возрастает интерес ученых к изучению последствий воздействия теплового стресса на человеческий организм. В опасных для здоровья человека исследованиях, в которых требуется воспроизведение поведения человеческого тела, вместо людей зачастую используются манекены. К примеру, манекены много лет успешно выполняют роль пассажиров при испытаниях автомобилей. По этой же причине ученые из Университета штата Аризона вместо того, чтобы подвергать риску здоровье людей, в проводимых ими исследованиях воздействия теплового стресса на человеческий организм решили воспользоваться испытательным манекеном. Для этого компания Thermetrics, занимающаяся разработкой тепловых манекенов для тестирования спортивной одежды, создала симулирующий человеческую физиологию роботизированный манекен ANDI. Рост ANDI составляет 178,5 сантиметров, а масса — 35 килограмм. Его тело разделено на 35 независимых термических зон. Они снабжены сенсорами и индивидуальными нагревательными элементами, с помощью которых можно имитировать тепловыделение человеческого тела, контролировать температуру и динамически измерять теплопотери и получаемое тепло в режиме реального времени. По всей поверхности манекена размещено множество выходных отверстий системы искусственного потоотделения. Также в манекен встроена система имитации дыхания, которая позволяет контролировать влажность и температуру входящего и выходящего воздуха. Руки и ноги манекена имеют подвижные соединения, поэтому, используя внешние приводы для актуации, исследователи могут управлять манекеном, имитируя ходьбу или другую физическую активность. Скорость отвода тепла можно регулировать за счет встроенной системы водяного охлаждения. Исследователи могут задавать параметры, моделирующие тепловые особенности характерные для людей разного возраста, физического состояния и здоровья. Например, уровень потоотделения пожилого человека будет ниже, чем у молодого спортсмена. https://www.youtube.com/watch?v=ivAQvkoft9o&t=59s Исследования с ANDI можно проводить не только в тепловой камере, но и в естественных условиях. Ученые надеются, что данные, собранные с помощью теплового манекена, помогут им выработать рекомендации для широкого круга людей, которые снизят риски для здоровья. Кроме этого, результаты исследования помогут в создании одежды или других средств индивидуальной защиты для смягчения влияния жары на здоровье людей в условиях меняющегося климата. Рост окружающей температуры сказывается и на образовательной системе. Ученые выяснили, что повышение среднегодовой температуры воздуха и увеличение количества жарких учебных дней приводят к снижению школьной успеваемости.