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La nouvelle source est compacte et fonctionne à température ambiante !

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Des chercheurs ont mis au point une nouvelle source de photons uniques de haute pureté pouvant fonctionner à température ambiante. La source est une étape importante vers des applications pratiques de la technologie quantique, telles que la communication de haute sécurité basée sur la distribution quantique de clés (QKD).

« Nous avons développé une méthode à la demande pour générer des photons de haute pureté dans un système évolutif et portable fonctionnant à température ambiante », a déclaré Helen Zing, membre de l’équipe de recherche de l’Université de technologie de Sydney en Australie. « Notre source de photons unique peut améliorer le développement de systèmes QKD pratiques et peut être intégrée dans une variété d’applications photoniques quantiques du monde réel. »

Dans le groupe d’édition Optica Lettres optiquesTsing et ses collègues de l’Université australienne de Nouvelle-Galles du Sud et de l’Université Macquarie décrivent leur nouvelle source de photons uniques et montrent qu’elle peut produire plus de dix millions de photons uniques par seconde à température ambiante. Ils ont également intégré une source de photons unique dans un appareil entièrement portable capable d’effectuer un QKD.

La nouvelle source à photon unique combine de manière unique un matériau bidimensionnel appelé nitrure de bore hexagonal avec un composant optique appelé lentille à immersion solide hémisphérique, multipliant par six l’efficacité de la source.

Photons uniques à température ambiante

QKD fournit un cryptage impénétrable pour les communications de données en utilisant les propriétés quantiques de la lumière pour générer des clés aléatoires sécurisées pour crypter et décrypter les données. Les systèmes QKD nécessitent des sources lumineuses puissantes qui émettent de la lumière sous la forme d’une série de photons individuels. Cependant, la plupart des sources à photon unique aujourd’hui ne fonctionnent pas bien à moins qu’elles ne fonctionnent à des températures glaciales de centaines de degrés en dessous de zéro, ce qui limite leur efficacité.

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Bien que le nitrure de bore hexagonal ait déjà été utilisé pour créer une source de photon unique fonctionnant à température ambiante, les chercheurs n’ont pas encore été en mesure d’atteindre les efficacités nécessaires pour une application dans le monde réel. « La plupart des méthodes utilisées pour améliorer les sources de photon unique au nitrure d’hexa-bore sont basées sur un positionnement précis de l’émetteur ou sur l’utilisation de la nanofabrication », a déclaré Zeng. « Cela rend les appareils complexes, difficiles à mesurer et difficiles à produire en masse. »

Zeng et ses collègues ont cherché une meilleure solution en utilisant une lentille à tête fraisée solide pour focaliser les photons provenant d’un seul émetteur de photons, permettant ainsi de détecter davantage de photons. Ces lentilles sont disponibles dans le commerce et faciles à fabriquer.

Les chercheurs ont combiné la nouvelle source de photons uniques avec un microscope confocal portable spécialement conçu qui peut mesurer des photons uniques à température ambiante, créant ainsi un système capable d’effectuer la QKD. La source de photons uniques et le microscope confocal sont logés dans un boîtier robuste mesurant seulement 500 x 500 millimètres et pesant environ 10 kg. Le faisceau est également conçu pour gérer les vibrations et la lumière parasite.

« Nos appareils simplifiés sont plus faciles à utiliser et beaucoup plus petits que les appareils de table optique traditionnels, qui occupent souvent des laboratoires entiers », a déclaré Zeng. « Cela permet au système d’être utilisé avec une gamme de schémas informatiques quantiques. Il peut également être adapté pour fonctionner avec l’infrastructure de télécommunications existante. »

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Afficher le codage quantique

Les tests sur la nouvelle source de photons uniques ont montré qu’elle peut atteindre un taux de collecte de photons uniques de 107 Hz tout en conservant une excellente pureté – ce qui signifie que chaque impulsion a une faible probabilité de contenir plus d’un photon. Il a également démontré une stabilité exceptionnelle pendant de nombreuses heures de fonctionnement continu. Les chercheurs ont également démontré la capacité du système à effectuer un QKD dans des conditions réalistes, montrant que le QKD garanti à des taux de répétition de 20 MHz serait possible sur plusieurs kilomètres.

Maintenant que les chercheurs ont démontré la preuve que leurs appareils mobiles peuvent effectuer une cryptographie quantique complexe, ils prévoient d’effectuer d’autres tests sur sa force, sa stabilité et son efficacité lors du codage. Ils prévoient également d’utiliser la nouvelle source pour effectuer QKD dans des conditions réelles, plutôt qu’en laboratoire. « Nous sommes maintenant prêts à transformer ces avancées scientifiques dans les matériaux quantiques 2D en produits prêts pour la technologie », a déclaré Igor Aharonovich, qui a dirigé le projet.

Origine de l’histoire :

Matériaux Introduction de optique. Remarque : Le contenu peut être modifié en fonction du style et de la longueur.

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La station spatiale chinoise a été impliquée dans un accident spatial

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La station spatiale chinoise a été impliquée dans un accident spatial
La Station spatiale chinoise Tiangong vue d'en haut.
La Station spatiale chinoise Tiangong vue d'en haut. CMSA

Les membres de l'équipage à bord de la station spatiale chinoise ont terminé avec succès les réparations après que des débris ont provoqué une panne de courant partielle dans l'installation, ont révélé mercredi des responsables de l'Agence chinoise pour l'espace habité (CMSA) lors d'une conférence de presse.

Les débris spatiaux ont heurté les câbles d'alimentation reliés aux ailes solaires du module central et ont été réparés par les astronautes lors de deux sorties dans l'espace à la station spatiale Tiangong, la plus récente au début du mois dernier.

L'équipage devrait revenir sur Terre le 30 avril après que les opérations de la station auront été transférées à l'équipage entrant de Shenzhou-18. Les médias d'État ont rapporté.

La CMSA s'efforce d'améliorer les procédures d'avertissement et d'évitement des collisions spatiales et a réduit le taux de fausses alarmes de 30 %, ont indiqué des responsables de l'agence. Dans le cadre d'une autre mesure visant à améliorer la sécurité, la caméra haute définition installée sur le bras robotique de Tiangong, ainsi que les caméras portables utilisées par les astronautes lors des sorties dans l'espace, seront utilisées pour examiner attentivement l'état de l'extérieur de la station afin de vérifier et d'analyser toute frappe. Mécanisme d'impact de petits débris.

La station spatiale chinoise orbite à environ 280 milles au-dessus de la Terre et à environ 30 milles au-dessus de la Station spatiale internationale. Cela place les deux installations en orbite proche de la Terre, là où se trouvent la plupart des déchets spatiaux dangereux.

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Les débris spatiaux sont constitués de satellites déclassés, de parties de fusées usées et d'un grand nombre de petits fragments résultant de collisions aléatoires impliquant ces objets. Ils voyagent autour de la Terre à une vitesse fulgurante et toute frappe sur l’une ou l’autre station spatiale peut potentiellement causer des dégâts considérables.

Les opérateurs des deux installations orbitales disposent de systèmes pour surveiller les déchets les plus gros, et si l'un d'entre eux est considéré comme étant sur le point d'entrer en collision avec une station, l'installation est déplacée vers une orbite supérieure ou inférieure pour l'éviter.

Lors d'un incident dramatique survenu en 2021, les membres de l'équipage à bord de la Station spatiale internationale ont reçu l'ordre de se réfugier dans leur vaisseau spatial lorsqu'un nuage de débris spatiaux dangereux – créé par un essai antimissile russe qui a détruit un vieux satellite – s'est approché de manière alarmante de la station. . Heureusement, la Station spatiale internationale a pu éviter tout dommage et l'équipage a été autorisé à reprendre ses fonctions normales.

Alors que de plus en plus de déchets spatiaux apparaissent constamment, un certain nombre d'entreprises explorent différentes façons de les éliminer afin de rendre les opérations en orbite proche de la Terre plus sûres, non seulement pour les stations spatiales, mais également pour les satellites opérationnels qui alimentent les services vitaux sur Terre. .

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L'enzyme forme des complexes avec des géométries fractales

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L'enzyme forme des complexes avec des géométries fractales

Les chercheurs ont identifié une enzyme capable de s’assembler en complexes aux géométries fractales. Les fractales – des modèles hiérarchiques dans lesquels des caractéristiques structurelles à des échelles plus grandes sont répétées à des échelles plus petites – sont bien connues au niveau macroscopique, mais on n'a pas encore observé qu'elles se formaient spontanément à partir de molécules biologiques au niveau moléculaire dans des cellules ou in vitro.

Maintenant, George K. une. Hochberg de l'Institut Max Planck de microbiologie terrestre et de l'Université Philips de Marburg, Jan M. Schuller de l'Université Philips de Marburg et leurs collègues ont découvert que l'enzyme citrate synthase extraite des cyanobactéries Staphylocoque long Les complexes se forment selon un motif fractal appelé triangle de Sierpiński (nature 2024, identification numérique : 10.1038/s41586-024-07287-2). Les triangles de Sierpiński sont constitués de petits triangles équilatéraux imbriqués dans des triangles équilatéraux plus grands.

Forme motivationnelle de S. rectangle La citrate synthase est l'hexadécane. Ces hexamères peuvent s'assembler en triangles de Sierpiński avec 18 ou 54 copies de la protéine (3 ou 9 hexamères). Pour former des fractales, l’enzyme tourne dans le sens opposé à celui dans lequel elle tourne pour lier le substrat pendant la catalyse. Les fractales « corrigent quelque chose d’une manière qui rend la stimulation difficile », explique Hochberg.

L’enzyme ne forme ces structures plus grandes que la nuit, lorsque le pH des cyanobactéries est approximativement neutre. « Il est possible que cette chose soit un accident inoffensif, car elle ne crée cette structure folle qu'à un moment de la journée où vous n'avez de toute façon pas besoin de l'enzyme », explique Hochberg. Le 18-mer se forme à des concentrations si faibles que Hochberg est convaincu qu’il est présent dans les cellules. Il pense que le 54-mer ne s’est peut-être pas formé physiologiquement.

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Les chercheurs ont utilisé la reconstruction de la protéine ancestrale pour étudier comment l’enzyme a développé sa capacité à former des fractales. L'acide glutamique et l'histidine nécessaires à l'interface de formation des fractales étaient présents dans des protéines ancestrales qui ne formaient pas de fractales. Le remplacement de la glutamine par la leucine a supprimé l’interaction qui empêchait la formation fractale. Ce changement les a incités à se rassembler.

« C'est étrange d'un point de vue évolutionniste », dit Hochberg. « Ce que cela signifie, c'est que tous les liens positifs qui unissent cette chose étaient déjà là. »

« C'est un excellent exemple de la façon dont les caprices de l'évolution peuvent conduire à la formation de structures qui seraient autrement difficiles à réaliser grâce à la conception de protéines, car les contacts interfaciaux, les conflits stériques et la flexibilité angulaire doivent être programmés dans une hiérarchie de facteurs non covalents. interactions », a écrit François Panix, qui a conçu des matériaux contenant la protéine On à l’Université de Washington, a déclaré dans un e-mail : « Un seul élément constitutif est exposé lorsqu’il s’assemble en une fractale. »

L'élimination de la capacité de l'enzyme à former des fractales n'a eu aucun effet notable sur les cellules, explique Hochberg. « Il est si facile de produire ces choses pour l'évolution en une seule étape mutationnelle, que nous devrions en fait nous attendre à ce que cela se produise parfois par hasard », dit-il. Si quelqu'un découvre un assemblage étrange similaire dans un autre organisme, il pourrait se demander s'il ne s'agit que d'un accident inoffensif, explique Hochberg.

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Des astronomes ont découvert des « embouteillages » de trous noirs dans les centres galactiques

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Des astronomes ont découvert des « embouteillages » de trous noirs dans les centres galactiques

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Couple normal individuel de M = 107M problème. Les lignes noires montrent le couple de type I ainsi que le couple GW. Les lignes violettes représentent le couple thermique, tandis que les lignes bleues représentent le couple total. Panneau de gauche : couple tracé dans l’espace R. Panneau de droite : couple tracé dans l’espace τ. Les lignes verticales pointillées indiquent τ± (vert) et τ0 (rouge), endroits où des pièges migratoires sont susceptibles de se produire. crédit: Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2024). est ce que je: 10.1093/mnras/stae828

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Couple normal individuel de M = 107M problème. Les lignes noires montrent le couple de type I ainsi que le couple GW. Les lignes violettes représentent le couple thermique, tandis que les lignes bleues représentent le couple total. Panneau de gauche : couple tracé dans l’espace R. Panneau de droite : couple tracé dans l’espace τ. Les lignes verticales pointillées indiquent τ± (vert) et τ0 (rouge), endroits où des pièges migratoires sont susceptibles de se produire. crédit: Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2024). est ce que je: 10.1093/mnras/stae828

Une étude internationale, dirigée par des chercheurs de l'Université Monash, a révélé des informations importantes sur la dynamique des trous noirs au sein des disques massifs situés au centre des galaxies.

Publié dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society, l'étude Il montre les processus complexes qui déterminent quand et où les trous noirs ralentissent et interagissent les uns avec les autres, conduisant potentiellement à des fusions.

Les résultats de l’étude mettent en évidence les émissions d’ondes gravitationnelles (GW) provenant de la fusion des trous noirs, événements qui peuvent être détectés par des instruments tels que le Laser Gravitational Wave Observatory (LIGO).

Lorsque deux trous noirs se rapprochent trop, ils perturbent l’espace-temps lui-même, émettant des ondes gravitationnelles avant de finalement fusionner en un seul trou.

Le Dr Evgeny Grishin, chercheur postdoctoral à l'École de physique et d'astronomie de l'Université Monash qui a dirigé l'étude, a comparé le phénomène à une intersection très fréquentée sans feux de signalisation fonctionnels.

« Nous avons examiné combien et où nous aurions ces intersections très fréquentées », a déclaré le Dr Grishin.

La recherche s'est concentrée sur les centres des galaxies, où les trous noirs peuvent fusionner plusieurs fois en raison de l'énorme force gravitationnelle du trou noir supermassif situé au centre.

De plus, la présence d’un disque d’accrétion massif de gaz contribue à la luminosité de ces galaxies, les classant parmi les noyaux galactiques actifs (AGN).

L'interaction entre les trous noirs plus petits et le gaz environnant les fait migrer à l'intérieur du disque, s'accumulant dans des régions appelées pièges à migration. Ces pièges augmentent la possibilité de collisions rapprochées entre trous noirs, pouvant conduire à des fusions.

« Les effets thermiques jouent un rôle crucial dans ce processus, affectant l'emplacement et la stabilité des pièges migratoires. Cela implique notamment que nous ne voyons pas de pièges migratoires se produire dans les galaxies actives à grande luminosité », a déclaré le Dr Grishin.

Les résultats de l’étude font progresser notre compréhension des fusions de trous noirs et ont des implications plus larges pour l’astronomie des ondes gravitationnelles, l’astrophysique des hautes énergies, l’évolution des galaxies et la rétroaction des noyaux galactiques actifs.

« Malgré ces découvertes importantes, beaucoup de choses sur la physique des trous noirs et de leurs environnements restent inconnues », a déclaré le Dr Grishin. « Nous sommes satisfaits des résultats et nous sommes désormais sur le point de découvrir où et comment les trous noirs fusionnent dans les noyaux galactiques.

« L’avenir de l’astronomie des ondes gravitationnelles et de la recherche sur les noyaux galactiques actifs est exceptionnellement prometteur. »

Plus d'information:
Evgeny Grishin et al., Effet du couple thermique sur les pièges de migration des disques AGN et les amas d'ondes gravitationnelles, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2024). est ce que je: 10.1093/mnras/stae828

Informations sur les magazines :
Avis mensuels de la Royal Astronomical Society


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