Δημιουργήθηκε ο πρώτος μεγάλος κβαντικός επεξεργαστής, φτιαγμένος μόνο από φως. Weaving quantum processors out of laser light

Μία διεθνής ομάδα ερευνητών από την Αυστραλία, την Ιαπωνία και τις ΗΠΑ δημιούργησε τον πρώτο κβαντικό επεξεργαστή μεγάλης κλίμακας, κατασκευασμένο αποκλειστικά από φως λέιζερ. The entanglement structure of a large-scale quantum processor made of light. Credit: Shota Yokoyama 2019

Μία διεθνής ομάδα ερευνητών από την Αυστραλία, την Ιαπωνία και τις ΗΠΑ ανακοίνωσε ότι άνοιξε έναν νέο δρόμο στο πεδίο των κβαντικών υπολογιστών, δημιουργώντας τον πρώτο κβαντικό επεξεργαστή μεγάλης κλίμακας, κατασκευασμένο αποκλειστικά από φως λέιζερ.

Μετά από προσπάθειες δέκα ετών δημιουργήθηκε ένας επεξεργαστής, όλα τα συστατικά του οποίου είναι φτιαγμένα από φως. Ο νέος επεξεργαστής (που λέγεται «cluster state») αποτελείται από μία ομάδα κβαντικά «διαπλεκόμενων» συστατικών που επιτρέπουν την εκτέλεση κβαντικών υπολογισμών.

O «cluster state» κάνει την υπέρβαση μέσω του φωτός

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον δρα Νίκολας Μενικούτσι του Κέντρου Κβαντικού Υπολογισμού και Τεχνολογίας Επικοινωνιών του Πανεπιστημίου RMIT της Μελβούρνης, έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Science».

Οι κβαντικοί υπολογιστές υπόσχονται πιο γρήγορες λύσεις στα δύσκολα προβλήματα, όμως μέχρι σήμερα βασίζονται σε κβαντικούς επεξεργαστές που είναι μικροί και επιρρεπείς σε σφάλματα.

Ο νέος κβαντικός σχεδιασμός αποτελεί μία εναλλακτική πρόταση, καθώς χρησιμοποιεί φως για να λειτουργήσει σε μεγάλη κλίμακα, όπως απαιτείται προκειμένου οι κβαντικοί υπολογιστές να ξεπεράσουν τελικά τους κλασσικούς υπολογιστές.

Το «συμπιεσμένο» φως ως επεξεργαστής

A network of optical devices -- mirrors, beamsplitters, and optical fibres -- weave laser light into an optical quantum processor. Credit: CQC2T

«Παρόλο που οι σημερινοί κβαντικοί επεξεργαστές είναι εντυπωσιακοί, δεν είναι σαφές αν ο τωρινός σχεδιασμός τους επιτρέπει να κλιμακωθούν σε πολύ μεγάλα μεγέθη. Η δική μας προσέγγιση εξ αρχής ενσωματώνει ακριβώς αυτήν τη δυνατότητα, καθώς ο επεξεργαστής μας είναι φτιαγμένος από φως», δήλωσε ο Μενικούτσι.

Στον νέο επεξεργαστή, ειδικά σχεδιασμένοι κρύσταλλοι μετατρέπουν το συνηθισμένο φως λέιζερ σε έναν τύπο κβαντικού φωτός, το «συμπιεσμένο» φως, το οποίο τελικά λειτουργεί ως επεξεργαστής με τη βοήθεια ενός δικτύου κατόπτρων, διαχωριστών δέσμης και οπτικών ινών.

Πηγές: "Generation of time-domain-multiplexed two-dimensional cluster state" Science (2019). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aay2645 - https://phys.org/news/2019-10-quantum-processors-laser.html - https://www.tovima.gr/2019/10/22/science/dimiourgithike-o-protos-megalos-kvantikos-epeksergastis-ftiagmenos-mono-apo-fos/

Ο περιορισμός της εγκεφαλικής δραστηριότητας ενδέχεται να αυξάνει το προσδόκιμο ζωής. Excessive brain activity linked to a shorter life

Η νευρική δραστηριότητα του εγκεφάλου —που επί σειράν ετών θεωρείται ότι εμπλέκεται σε πλήθος διαταραχών, από την άνοια έως την επιληψία— παίζει ρόλο στη διαδικασία της γήρανσης και στο προσδόκιμο ζωής, σύμφωνα με νέα έρευνα, που διεξήχθη από το Ινστιτούτο Blavatnik της Ιατρικής Σχολής του Χάρβαρντ. Researchers discover that the activity of the nervous system might influence human longevity. Neural excitation linked to shorter life, while suppression of overactivity appears to extend life span. Protein REST, previously shown to protect aging brains from dementia and other diseases, emerges as a key player in molecular cascade related to aging. Findings suggest future avenues for intervention in diseases ranging from Alzheimer's to bipolar disorder. Credit: ANDREW BROOKES

Η νευρική δραστηριότητα του εγκεφάλου – που επί σειράν ετών θεωρείται ότι εμπλέκεται σε πλήθος διαταραχών από την άνοια έως την επιληψία – παίζει ρόλο στη διαδικασία της γήρανσης και στο προσδόκιμο ζωής, σύμφωνα με νέα έρευνα, που διεξήχθη από το Ινστιτούτο «Blavatnik» της Ιατρικής Σχολής του Χάρβαρντ.

Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε την Τετάρτη στην επιστημονική επιθεώρηση «Nature», βασίστηκε σε ευρήματα από ανθρώπινους εγκεφάλους, ποντίκια και σκουλήκια και έδειξε ότι η υπερβολική δραστηριότητα του εγκεφάλου περιορίζει το προσδόκιμο ζωής ενώ αντίθετα η καταστολή της υπερδραστηριότητας, το επεκτείνει.

Αν και προηγούμενες έρευνες είχαν ήδη διαπιστώσει ότι μέρη του νευρικού συστήματος επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο γερνούν τα ζώα, η συγκεκριμένη μελέτη είναι η πρώτη που εξέτασε το πώς η εγκεφαλική δραστηριότητα επηρεάζει την αύξηση ή τη μείωση του προσδόκιμου ζωής.

Πώς  η γονιδιακή έκφραση επηρεάζει το προσδόκιμο ζωής

Roundworm Caenorhabditis elegans (stock image). Credit: © heitipaves / Adobe Stock

Ο Μπρους Γιάνκνερ από το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ μαζί με συνεργάτες του επιχείρησαν να μελετήσουν πώς η γονιδιακή έκφραση στον εγκέφαλο επηρεάζει το προσδόκιμο ζωής των ανθρώπων. Αυτοί μελέτησαν τον εγκεφαλικό ιστό χιλιάδων υγιών ανθρώπων που πέθαναν σε ηλικίες από 60 έως 100 έτη. Όταν συνέκριναν δείγματα από εκείνους που πέθαναν πριν από την ηλικία των 80 ετών με εκείνους που ήταν τουλάχιστον 85 ετών όταν πέθαναν, οι ερευνητές παρατήρησαν ότι αυτοί που έζησαν περισσότερο είχαν σημαντικά λιγότερα γονίδια που συνδέονται με εγκεφαλική διέγερση.

Προκειμένου να διερευνήσουν αν πράγματι αυτός είναι ένας παράγοντας που παίζει ρόλο στο προσδόκιμο ζωής, ο Γιάνκνερ και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν σε σκουλήκια φάρμακα που καταστέλλουν την εγκεφαλική δραστηριότητα. Όσο πιο πολύ κατέστελλαν την νευρική δραστηριότητα, τόσο περισσσότερο ζούσαν τα σκουλήκια κατά μέσο όρο. Το ίδιο συνέβη και με τα σκουλήκια που είχαν εκ φύσεως γονίδια που καταστέλλουν την εγκεφαλική υπερδραστηριότητα.

Τι συμβαίνει με την εγκεφαλική δραστηριότητα των σκουληκιών

Mice lacking the protein REST (bottom) showed much higher neural activity in the brain (red) than normal mice (top). Image: Yankner Lab/Nature

Ο Γιάνκνερ εξήγησε πως η συσχέτιση είναι αμφίδρομη και δήλωσε: «Η μείωση της νευρικής δραστηριότητας στα σκουλήκια αυξάνει το προσδόκιμο ζωής ενώ η αύξησή της το μειώνει».

Το επίπεδο της νευρικής δραστηριότητας στα θηλαστικά εκτιμήθηκε με τη μέτρηση μιας πρωτεΐνης γνωστής ως REST. Τα ποντίκια που δεν είχαν αυτό το γονίδιο παρουσίαζαν σημαντικά αυξημένη εγκεφαλική δραστηριότητα συγκριτικά με εκείνα που το είχαν.

Η συγκεκριμένη πρωτεΐνη έχει φανεί πως έχει προστατευτική επίδραση για την άνοια και άλλες διαταραχές. Σε αυτή τη μελέτη, ο Γιάνκνερ και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι τα επίπεδα της πρωτεϊνης REST στους πυρήνες των εγκεφαλικών κυττάρων των ανθρώπων που έζησαν μέχρι την ηλικία των 100 ήταν σημαντικά υψηλότερα από τα αντίστοιχα αυτών που πέθαιναν νέοι.

«Αρχικά φαινόταν παράδοξο ότι η καταστολή της νευρικής δραστηριότητας επεκτείνει τη διάρκεια ζωής χωρίς επιβλαβείς παρενέργειες», λέει ο ίδιος. Οι ερευνητές υποπτεύονται ότι το όφελος προέρχεται από την καταστολή της υπερβολικής εγκεφαλικής δραστηριότητας η οποία σε τόσο υψηλά επίπεδα μπορεί να αποδειχθεί επιβλαβής. Παρόλα αυτά, κατά τον Γιάνκνερ είναι εκπληκτικό το γεγονός ότι κάτι τόσο βραχύβιο όσο η δραστηριότητα του νευρικού κυκλώματος θα μπορούσε να έχει τόσο μεγάλες επιπτώσεις στη ζωή κάποιου.

Είναι αισιόδοξο ότι οι θεραπείες που έχουν σχεδιαστεί για τη μείωση της υπερβολικής δραστηριότητας νευρικών κυκλωμάτων θα μπορούσαν να λειτουργήσουν. Σύμφωνα με τα ευρήματα αυτά, πιθανότατα δραστηριότητες όπως ο διαλογισμός μπορούν επίσης να συμβάλουν στην επίτευξη της μακροζωίας.

Πηγές: Regulation of lifespan by neural excitation and REST. Nature, 2019 DOI: 10.1038/s41586-019-1647-8 - https://hms.harvard.edu/news/new-player-human-aging - https://www.sciencedaily.com/releases/2019/10/191016131224.htm - https://www.tovima.gr/2019/10/19/science/o-periorismos-tis-egkefalikis-drastiriotitas-endexetai-na-ayksanei-to-prosdokimo-zois/