TheLib.Ru » Компьютеры » Компьютерра » Журнал «Компьютерра» № 17 от 09 мая 2006 года » онлайн-чтение (стр. 2)

Экспериментальный образец, построенный под руководством профессора Фрейзера Армстронга (Fraser Armstrong), чрезвычайно прост. Это закрытый стеклянный контейнер, содержащий обычный воздух, обогащенный водородом. Внутри контейнера находятся покрытые ферментами электроды, замкнутые на внешнюю нагрузку. Опытная установка дает напряжение 0,7 вольта, которого достаточно для питания часов с цифровым дисплеем. — А.Л.

Нарисуй себе лазер

   Многообещающую технологию интеграции лазеров в кремниевые чипы удалось разработать ученым из Университета Торонто. Излучающая пленка из полупроводниковых нанокристаллов может быть нанесена практически на любую подложку простым высушиванием взвеси наночастиц.
   Как известно, проблема передачи информации внутри кремниевых чипов и между различными микросхемами в компьютере является одним из узких мест, препятствующих дальнейшему прогрессу микроэлектроники. Медные проводники близки к исчерпанию своих возможностей — они сильно нагреваются и вносят большие задержки. Но заменить их на оптические волокна для фотонов или на волноводы для поверхностных плазмонов пока мешает, в частности, отсутствие лазеров, которые можно было бы эффективно встраивать в кремниевые чипы.
   Кремний плохо приспособлен для излучения света, и несмотря на значительные усилия по созданию кремниевого лазера и даже некоторый прогресс в этой области, тут пока все еще слишком далеко от практических приложений. А обычные лазеры из других полупроводников вроде арсенида галлия трудно встроить в кремниевый чип из-за различий в свойствах кристаллической решетки полупроводников.
   Не исключено, что новая разработка поможет решить эту проблемы. Ученые изготовили суспензию из наночастиц сульфида свинца в гексане. Такие наночастицы размером несколько нанометров можно сделать практически одинаковыми. Их размер во многом и будет определять длину волны излучаемого света. Наночастицы играют роль квантовых точек, возбуждаясь и излучая подобно отдельным атомам. При диаметре частицы сульфида свинца 4,5 нм лазер излучает на привычной для телекоммуникаций длине волны в 1,5 мкм.
   Суспензию наносят на любую подложку — кристаллическую или аморфную, гладкую или шершавую, а затем высушивают, получая пленку толщиной около микрона, которая и становится лазером. Несмотря на первоначальные опасения, потери на рассеяние и поглощение в пленке оказались малы, и пленочный лазер вышел достаточно эффективным. Лазеры удалось изготовить не только в виде плоского волновода, но даже выращивая на внутренней поверхности капилляра. Эксперименты показали, что длина волны излучения таких лазеров очень слабо зависит от температуры и бьет все рекорды для похожих полупроводниковых систем.
   К сожалению, в первых экспериментах пленку пришлось охлаждать; генерации излучения при температуре выше минус 23 градусов Цельсия пока получить не удалось. Кроме того, для накачки пленочного лазера использовался другой лазер с длиной волны 0,8 мкм. Но канадские ученые надеются, что вскоре эти трудности будут преодолены и подобные «рисованные» лазеры станут встраиваться в обычные кремниевые чипы. — Г.А.

Квантовый маятник Ньютона

Физикам из Пенсильванского университета впервые удалось получить одномерный газ, который никогда не приходит в состояние равновесия.
Время, как известно, бежит только в одну сторону. Молекулы капельки чернил в стакане воды разбредаются по всему стакану, но не могут опять собраться в каплю. Два газа в баллоне с перегородкой перемешиваются, если перегородку убрать, но не способны снова разделиться. Тем не менее лежащие в основе всех этих процессов законы механики классической или квантовой обратимы во времени. И это противоречие между поведением больших систем, всегда эволюционирующих в одном направлении, стремясь к состоянию так называемого термодинамического равновесия, и обратимыми законами микромира ученые не могут разрешить уже почти полтора века. А от решения этой проблемы зависит, например, возможность создания квантовых компьютеров. Необратимые процессы разрушают нежные квантовые вычисления — и тем быстрее, чем больше атомов участвует в этих процессах. И вот теперь удалось создать достаточно большую квантовую систему из нескольких десятков и даже сотен атомов газа рубидия, которая удивительно долго не стремится к состоянию равновесия.

   Существование таких систем в одном измерении теория предсказывала давно. Исследователи охладили газ почти до абсолютного нуля, заставив атомы собраться в так называемый квантовый конденсат Бозе-Эйнштейна. Газовое облако захватили в оптическую ловушку из лазерных лучей, интерферирующих друг с другом так, чтобы ловушка имела форму тысяч параллельных трубок. В них атомы колеблются только в одном измерении — вдоль трубы, сталкиваясь лишь со своими соседями. Это очень похоже на известную игрушку — маятник Ньютона, состоящий из нескольких подвешенных в ряд на нитках металлических шариков, которые могут сталкиваться друг с другом. Великий английский физик придумал ее для демонстрации закона сохранения импульса, передающегося от шарика к шарику при столкновениях. И так же, как в маятнике Ньютона, если атомы рубидия «толкнуть» лазером, они очень долго будут колебаться и сталкиваться, не приходя в состояние термодинамического равновесия с одинаковым для всех атомов распределением скоростей. Атомы в эксперименте могли сталкиваться несколько тысяч раз, тогда как в обычной ситуации уже нескольких столкновений вполне достаточно, чтобы достичь равновесия.
   Теперь ученым предстоит понять, как происходит переход к хаосу и равновесию, если систему из одномерной постепенно делать двух— и трехмерной (для этого достаточно ослабить лазерные лучи, позволив атомам туннелировать между соседними трубками).
   Эксперименты имеют и важное практическое значение. Такие конфигурации из сотен атомов могут стать сверхточными детекторами силы и прекрасными атомными интерферометрами. Сейчас трудно загадывать, но вполне возможно, что на основе похожих экспериментов могут быть реализованы и квантовые вычисления. — Г.А.

Робот в интересном положении

   Переполох в акушерском отделении одной из калифорнийских больниц не был вызван тяжестью осложнения — небольшая двадцатиминутная операция, и все в порядке. Собраться любопытствующих побудил интерес к объекту стараний медиков — разрешавшемуся от бремени роботу по имени Ноэль (Noelle).
   Обязанность «не в шутку занемочь» прочно заняла место в списке профессий, осваиваемых нашими компьютеризированными помощниками. Причем хворать они должны по полной программе, со всеми мыслимыми симптомами, вариантами течения процесса и осложнениями. Ноэль, плод стараний фирмы Gaumard Scientific, — пока что единственный высокотехнологичный симулятор родов.
   Симпатичную блондинку среднего роста, как и положено, подключают к монитору для наблюдения за дыханием и пульсом. Оценивающий работу врачебной бригады экзаменатор сидит в углу с ноутбуком, вводя через командную строку варианты осложнений и перепрограммируя процесс на ходу. Пластиковая кукла, производимая роботом на свет, может быть здоровым розовым малышом, а может иметь повреждения или быть синюшной от недостатка кислорода. А уж если сценарий предусматривает внезапное обильное кровотечение, мало не покажется никому.
   «Мы беззастенчиво слизываем все хорошие тренинговые программы», — признается доктор Пауль Престон (Paul Preston). Его можно понять — лучше многочасовые занятия с роботом, чем риск ошибиться в реальной работе с пациентом. И в самой дорогостоящей в мире американской медицине роль человеческого фактора велика: Институт медицины Национальной академии наук, который трудно заподозрить в поиске дутых сенсаций, говорит о десятках тысяч фатальных врачебных ошибок в год.

Роботизация составляет основу продвигаемой Джуди Харрис (Judy Harris) из британского Бристольского университета новой концепции медицинского образования, предполагающей, что напичканные электроникой манекены должны заменить людей в качестве «подопытных кроликов» для оттачивания мастерства молодых эскулапов. Роботы, страдающие сердечной аритмией или впадающие в шоковое состояние, уже приступают к исполнению своих обязанностей. Всем нам приходилось на каких-нибудь курсах или по телевизору видеть, как проводится реанимация. Шотландский врач Эндрю Томсон (Andrew Thomson) считает, что телевизионные уроки выглядят не как в жизни, а «как в кино»: короткая серия ритмических движений по поддержанию искусственного дыхания и непрямому массажу сердца — и человек ожил. Коллеги согласны — рисуемая СМИ картина чересчур оптимистична и вызывает у людей неоправданные ожидания. А вот если бы на демонстрациях вместо примитивной пластиковой куклы был настоящий электронный симулятор, он «оценил» бы правильность реанимационных действий, достигаемый при этом уровень газообмена и кровотока, содержание кислорода в мозге и показал бы, чего можно ожидать на самом деле.
Фонд Билла и Мелинды Гейтс, поддерживающий продвижение новых принципов обучения, выделил миллион долларов на использование робота Ноэль в Афганистане, где показатели ранней детской смертности одни из худших в мире. Опыт оказался не слишком успешным: пришлось столкнуться с непривычными для организаторов трудностями — например, перебоями с электричеством (одну из Ноэль даже перевели на механическую тягу). В США же человекоподобный акушерский симулятор внедрен уже в десятках клиник и скоро может стать стандартным средством обучения. — С.Б.

Шаг к искусственной железе

   Фирма Medtronic MiniMed получила добро на практическое применение нового устройства, которое позволяет системе автоматического введения инсулина следить за уровнем глюкозы в крови. Таким образом, медики еще на шаг приблизились к моменту создания искусственной поджелудочной железы, способной замещать важнейшую функцию этого органа — эндокринную.
   Диабетом страдают около 20 млн. американцев; ежегодные потери и затраты, обусловленные болезнью, превышают 130 млрд. долларов. Проблема не решается простым устранением дефицита инсулина — беда в том, что организм теряет способность гибко подстраивать выделение гормона под текущие потребности. Если инсулина меньше, чем нужно именно на данный момент, — блокируется вход глюкозы в клетки, и она в избытке циркулирует в крови, в то время как ткани задыхаются от недостатка «топлива». Но и введение излишнего количества гормона опасно — мышцы и другие органы начинают усиленно захватывать глюкозу, обкрадывая мозг. Учитывая это, пациенты с тяжелой формой диабета регулярно меряют уровень сахара в крови. Обычно делают два анализа в день, иногда больше. Однако исследования показывают, что даже люди, корректирующие свое лечение на основе десятикратных ежедневных замеров, порой лишь треть всего времени находятся в оптимальном коридоре уровня сахара крови. В новом приборе вживленный под кожу сенсор делает отсчеты ежеминутно, более тысячи раз за сутки, регистрируя как уровень глюкозы, так и его внезапные подвижки в ту или иную сторону. Вовремя предупрежденный пациент имеет возможность отреагировать изменением физической нагрузки, режима приема пищи и лекарств — а может быть, и переключить инфузионную систему с автоматического режима на ручной и изменить параметры введения инсулина (самому прибору пока не доверяют принимать столь ответственные решения).
   По большому счету, для создания искусственной поджелудочной железы остается только замкнуть контур обратной связи, запрограммировав инъекционное устройство так, чтобы оно само выдавало нужное количество инсулина в нужное время — подобно тому, как это происходит у здоровых людей. «Мы с огромным интересом смотрим на преимущества новых технологий, — говорит доктор Аарон Ковальски (Aaron Kowalski), один из руководителей благотворительного фонда, финансирующего исследования диабета. — Время высоких технологий в борьбе с болезнью наступает гораздо быстрее, чем можно было подумать еще несколько лет назад». — С.Б.

Новости подготовили

   Егор Александров [efels@mail.ru]
   Галактион Андреев [galaktion@computerra.ru]
   Тимофей Бахвалов [tbakhvalov@computerra.ru]
   Сергей Борисов [borisov@computerra.ru]
   Александр Бумагин [dost_sir@computerra.ru]
   Артем Захаров [azak@computerra.ru]
   Бёрд Киви [kiwi@computerra.ru]
   Денис Коновальчик [dyukon@computerra.ru]
   Алексей Левин [alekseylevin@comcast.net]
   Виктор Шепелев [vshepelev@computerra.ru]
   Алексей Левин [alekseylevin@comcast.net]

планирует использовать покупку для собственных развлечений; о попытках возвращения инвестиций речи не идет. Wizards World является частью портала Mail.ru и представляет собой типичную онлайн-забаву в стиле фэнтези, для участия в которой достаточно браузера. Количество зарегистрированных в игре волшебников, магов и прочих персонажей уже перевалило за 660 тысяч. — А.З.

НОВОСТИ: Интеллектуалы на службе милитаризма

   Автор: Киви Берд
   В США издана книга, впервые рассказывающая о почти полувековой истории сверхсекретной научно-исследовательской структуры Jason, которая ежегодно собирается из видных американских ученых для оказания консультационных услуг Пентагону и разведывательному сообществу.
   Книга «Язоны: тайная история научной послевоенной элиты» («The Jasons: The Secret History of Science’s Postwar Elite» by Ann Finkbeiner, Viking Adult, 2006) написана американской журналисткой Энн Финкбейнер на основе многолетних исследований и личных бесед с 36 представителями этого специфического сообщества «ученых-патриотов», по заданию военно-политического руководства исследующих широчайший спектр проблем — от эффективности оружия массового поражения и средств электронной слежки до глобального потепления и биомолекулярных вычислений.
   История «Язонов» началась в конце 1950-х годов, еще в президентство Дуайта Эйзенхауэра, когда под впечатлением от космических успехов СССР выдающийся физик-теоретик Джон Арчибальд Уилер предложил собирать несколько дюжин «самых головастых» ученых из академической среды для выдачи правительству независимых, не обремененных ведомственной конъюнктурой рекомендаций по наиболее актуальным научно-техническим аспектам обороны. Идея была поддержана госадминистрацией, а также видными физиками Эдвардом Теллером и Хансом Бете, военное министерство под этот проект выделило приличные фонды, и начиная с 1960 года лучшие умы нации каждые июнь-июль, без заметного отрыва от основной работы, стали собираться в одном из укромных курортных уголков страны для совместных мозговых штурмов.

   Тематика работ была окружена плотной завесой секретности, и даже сам факт существования «Язона», не говоря о личном участии в этом проекте, разглашать было строго запрещено. Правда, за эту «тихую научную работу» недурно платили (по сегодняшним деньгам — 850 долларов суточных), поэтому ученые были заинтересованы хранить молчание. Лишь впоследствии стало известно, что среди «язонов» в разное время работали многие из нынешних нобелевских лауреатов: Стивен Вайнберг, Вэл Фитч, Чарльз Таунс, Мюррей Гелл-Манн, Леон Ледерман.
   Сильнейшим моральным испытанием для членов группы «Язон» стала вьетнамская война, поскольку по заданию Пентагона им пришлось исследовать разнообразные предложения по блокированию массового проникновения вьетконговских партизан через границу между Севером и Югом. «Научный анализ» простирался от радиоактивного заражения двухсоткилометровой пограничной зоны с помощью маломощных ядерных зарядов до электронных заграждений и разбрасывания с помощью авиации противопехотных мин вместе с микрофонами-передатчиками. Настроенные на крупную «дичь» мины должны были поражать противника, а передатчики — транслировать вопли раненых. По этим звукам американские военные намеревались определять, кого зацепило — зверя, крестьян или партизан, и если было похоже на партизан, то по данному району сразу наносился бы массированный удар кассетными бомбами.
   Как известно, ни эксперименты Мюррея Гелл-Манна в джунглях Панамы с электронными барьерами, ни напалм и ковровые бомбардировки Северного Вьетнама не смогли воспрепятствовать крупномасштабным и успешным боевым действиям партизан. Зато в 1971 году газета New York Times опубликовала серию статей, посвященных так называемым «Документам Пентагона» — утекшей в прессу секретной истории Вьетнамской войны, написанной по заданию министра обороны Роберта Макнамары. Из этих документов американское общество впервые узнало о работе «Язона» и его ученых, которых активисты антивоенного движения стали именовать не иначе, как военными преступниками. Однажды, например, авиапассажирка узнала в случайном соседе физика Ричарда Гарвина и, встав с кресла, на весь салон заявила: «Этот человек — Дик Гарвин. Он убийца младенцев»…
   В долгой истории группы «Язон» есть самые разные страницы. Хотя подавляющая часть исследований засекречена, о некоторых из достижений участники говорят открыто и с неподдельной гордостью. Например, когда в 1996 году Билл Клинтон подписал договор о полном запрещении испытаний ядерного оружия, в значительной степени это было обусловлено выводами «Язона» о том, что в подобного рода взрывах больше нет необходимости для обеспечения жизнеспособности ядерного арсенала Америки.
   В тот же период, кстати, почти половина текущих исследовательских тем «Язона» стала несекретной, поскольку политический климат делал массовые убийства все менее актуальными, а Пентагону приходилось доказывать свою полезность в совершенно новых условиях… Разумеется, подобные тенденции устраивали далеко не всех — и ныне, когда политическая обстановка вновь резко изменилась, все вернулось к привычному засекречиванию. Масштабные инициативы администрации Буша по усилению секретности хорошо известны. Неизвестно лишь, как относятся члены «Язона» к своему участию в войнах последнего времени, ибо книга Энн Финкбейнер рассказывает лишь о прошлом этой группы и практически ничего — о нынешней работе.

НОВОСТИ: От Корлеоне до Лэнгли

Автор: Киви Берд
Из разных уголков планеты почти одновременно пришли вести о вскрытии двух шифров — в общем-то, несложных, зато любопытных в историческом (и уголовном) контексте. Можно даже сказать, что первый из них тривиален с точки зрения криптографической науки, однако он связан с сицилийским городком Корлеоне, прославившимся благодаря саге Марио Пьюзо «Крестный отец», и имеет прямое отношение к темным делам организованной преступности.

   Недавно итальянская полиция выследила и арестовала «босса боссов» сицилийской мафии 73-летнего Бернардо Провенцано (Bernardo Provenzano), скрывавшегося, как выяснилось, в одном из сельских домов в нескольких километрах от своего родного Корлеоне. На Провенцано, известном также как Бинну-трактор, висит множество смертей, включая убийство двух судей в 1992 году, за что он был приговорен к пожизненному заключению и стоял первым номером в списке находящихся в розыске опаснейших преступников. Главарь мафии провел в бегах сорок последних лет жизни, общаясь со своими людьми и родственниками с помощью коротких криптограмм на небольших листочках бумаги, именующихся на сицилийском диалекте «пиццини» (pizzini).
   Шифр, применявшийся в мафиозных пиццини, известен больше двух тысяч лет и чаще всего именуется «шифром Цезаря», поскольку есть свидетельства, что древнеримский император использовал его для связи со своими войсками: первая в алфавите буква (A) заменяется на пятую (E), вторая (B) на шестую (F), третья на седьмую и т. д. Провенцано «усложнил» этот шифр тем, что вместо букв писал их порядковые номера цифрами, а прибавлял к номеру не 4, а 3. Понятно, что когда полиции удалось арестовать одного из ближайших помощников «Трактора», а при нем нашлись листочки с цифрами, то криптограммы легко были вскрыты и в конечном счете помогли отловить «босса боссов». Применение столь слабого шифра объясняют тем, что Бернардо Провенцано бросил школу в восемь лет и с той поры был далек от любого образования, не говоря уже о компьютерной грамотности.
   Другая «криптографическая» новость пришла из штаб-квартиры американского ЦРУ в Лэнгли, однако напрямую с деятельностью этой разведслужбы она не связана. Мы уже писали («КТ» #512) о так называемом Kryptos, необычном монументе вашингтонского скульптора Джима Сэнборна (Jim Sanborn), установленном в 1990 году во дворе здания ЦРУ и несущем на своей медной поверхности около 1800 букв криптограммы, поделенной на четыре части. Столь оригинально поданное послание давно привлекло внимание криптографов-любителей всего мира, так что к 1999 году три части криптограммы были разгаданы. В первой оказалась зашифрована стихотворная фраза, придуманная самим скульптором. Вторая дает намек на «нечто», возможно, зарытое на территории штаб-квартиры ЦРУ: «Знают ли в Лэнгли об этом? Должны бы — ведь это зарыто где-то здесь». Третья часть содержит отрывок из дневника археолога Говарда Картера, где описывается вскрытие гробницы Тутанхамона. Однако четвертая, возможно важнейшая часть криптограммы, не поддавалась, несмотря на усилия множества людей. Особый интерес к тайне Kryptos вспыхнул после 2003 года, когда Дэн Браун поместил на обложку своего супербестселлера «Код да Винчи» фрагмент шифра с монумента.
   И вот Сэнборн, сам пораженный столь продолжительным интересом к его произведению, решил написать мемуары об истории создания Kryptos и неожиданно обнаружил, что допустил в тайнописи принципиальную ошибку. Готовя рукопись, Сэнборн стал побуквенно сверять свой замысел с результатами дешифрования 1999 года и понял, что собственноручно удалил из криптограммы важный ключ. При изготовлении скульпторы он убрал во второй части одну из букв "X" — «из эстетических соображений и для сбалансированности картины», по неведению предположив, что особой роли для расшифровки она не играет. И лишь теперь, внимательно прочтя вскрытый текст, Сэнборн узнал, что при дешифровании был неправильно восстановлен небольшой фрагмент, несший ключ к разгадке последней части. Прозрев, скульптор публично покаялся в том, что сам невольно всех запутал.