Квантовая запутанность памяти и теплокровные динозавры. Главное на QWERTY №114
[музыка]
Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал Qwerty, а меня зовут Владимир. Мы представляем вам выпуск самых интересных новостей науки за прошедшую неделю, и в этом ролике: значение проекта Панкин, ссор роба микрохирургии на человеке, подтверждение теплокровности динозавров, квантово запутанные память на рекордном расстоянии и потускнение сверхгиганта Бетельгейзе.
Кто бы сомневался, что новость про самое масштабное исследование рака от проекта Панкин станет самой интересной новостью прошлого выпуска по результатам голосования. Хотя пчелки с бактериями отставали всего лишь на три процента. Разберем самые основные последствия этих исследований.
Больше подробностей при щелчке по подсказке.
Самое главное следующее: мы понимаем, что геном рака конечен и познаваем, хотя и весьма сложен. С помощью инструментов анализа ДНК можно писать каждое генетическое изменение, найденное в раковых клетках. Сюда включаются все процессы, приводящие к появлению мутации, биохимические пути в клетках, затрагиваемые генетическими изменениями, и типы клеток, трансформирующиеся из нормальных в раковые.
Проект Панкин — это пример масштабного использования облачных распределенных вычислений в динамике. Помимо этого, это крупнейший проект в области дата сайенс. Скажем так, было задействовано 13 дата-центров на трех континентах, а данные для анализа каждой из трех миллиардов пар оснований в ДНК каждого из тысяч пациентов были приведены к общим стандартам.
Как и алгоритмы, запуск анализа для одного пациента на одном компьютере занял более 19 дней — 145 лет для всего проекта. Результаты теперь доступны широкой научной общественности и, несомненно, лягут в основу новых научных открытий.
Считается, что для понимания всех процессов, лежащих в основе появления и развития рака, нужны данные тысяч пациентов на каждый тип опухоли. Именно поэтому важно общее использование материалов и открытый доступ. Конкретно, когда-нибудь это выльется в использование персонализированной медицины, тогда когда будет доступно секвенирование, то есть расшифровка генома рака отдельного пациента.
К тому же возможно будет находить нулевого пациента — клетку, с которой начинается шествие рака. Можно определять возраст опухоли. Все это должно дать новые стратегии для диагностики и лечения.
Теперь о голландском роба-хирурге. Способность жевать капилляры диаметром в треть миллиметра успешно прошла испытания на живых людях. Робота зовут Мьюза, она заточена на выполнение операций по восстановлению тканей.
Сами разработчики называют это супер микрохирургией. Испытания проводились на группе из пациенток, которые восстанавливались после хирургического вмешательства по удалению рака груди. Их было 20, и они были добровольцами; у них накапливалась жидкость в межклеточном пространстве, потому что нормальный ток лимфы был нарушен (лимфостаз).
С другими словами, лечится это соединением лимфа-сосудов и капилляров; чем тоньше капилляр, удается соединить, тем лучше результат. Это видео, к сожалению, пятилетней давности, но дает некоторое представление о происходящем.
Робот сам не проводил операцию, он повторял движения хирурга, но в микромасштабе; при этом учитывались все траектории движения рук, но отфильтровывались случайные подергивания и дрожание, как силовой скелет, но только в обратную сторону.
Во время операции хирург наблюдал за роботом в микроскоп. Через несколько месяцев результаты сравнили с результатами операций, проводимых обычными живыми людьми. Швы явно были не хуже, хотя времени супер микрохирургия заняла чуть больше — 115 против 81 минуты. Но это ничего; считается, что хирурги-операторы просто привыкали к новой игрушке.
В остальном же все срослось хорошо.
Палеонтологи нашли еще одно подтверждение тому, что среди динозавров встречались теплокровные, но не настолько теплокровные, как мы с вами. То есть не эндотермы, а мезодермы.
Хотя эндотермы — это млекопитающие, да птицы, они умеют генерировать тепло, поддерживая постоянную температуру тела и актотермы, так не умеют; их метаболизм низкий, и они не умеют сжигать запасы жира. Но существуют промежуточные виды: мезотелини и животные — белая акула, тунец, кожистая черепаха, ехидна, но не мифическая, а настоящая.
Все это мезодермы, тепло генерировать умеют, но постоянную температуру тела поддержать не в состоянии. Но мезодерма дает преимущество в росте, скорости передвижения и размножении перед эхотерми, то есть мезодермы и динозавры должны были быть эволюционно более приспособленными, чем просто холоднокровные рептилии и, к тому же, могли достигать очень крупных размеров, потому что не страдали издержками теплокровности.
Не должны были производить сотни тепла, чтобы обогревать свои необъятные туши.
Ранее мезодерми динозавров выводили именно из интенсивности обмена веществ. Ну типа: "Как стать таким огромным, если ты просто холоднокровный?" Но сейчас этому нашлось другое подтверждение.
Химсостав скорлупы яиц: в ней содержатся изотопы кислорода и углерода, причем их количество зависит от той температуры, при которой яйцо формировалось. Анализы и раньше показывали, что температура формирования изотопа была разной — 32, 35, даже 38 градусов. Но разве крокодилы не греются на солнце, набирая запасы тепла при такой же температуре?
Поэтому надо уйти от яиц, найденных у экватора, и сместиться в более умеренные широты. Плюс расширить видовой состав динозавров, яйца которых подвергаются анализу.
И что вы думали? Содержание изотопов показало, что у некоторых динозавров, а именно майозавров, живших в умеренном климате на то время, разумеется, средняя температура тела достигала 44 градусов, более температуры и ниже, но в любом случае, выше окружающей среды.
Интересно, что тридцатилетний найденный в Канаде, температура которого 38 градусов, был еще и покрыт перьями. То есть, скорее всего, среди мезодермы динозавров встречались истинные теплокровные эндотермы, и теплокровные птицы с подобными температурами не зря имеют общего предка с тем же тридцатилетним.
А вот перья динозаврам, особенно мелким, были нужны отнюдь не для будущего полета, а скорее для сохранения тепла, ведь чем ты меньше, тем быстрее ты остынешь, а перья замедляют этот процесс.
Звезда сверхгигант Бетельгейзе из созвездия Ориона — 9 по яркости на нашем небосклоне. Ее диаметр соответствует чему-то среднему между диаметрами орбит Марса и Юпитера, но при этом Бетельгейзе всего в 15 раз массивнее Солнца. Она такая крупная и близкая к нам, что мы можем даже рассмотреть ее диск.
Еще в 19 веке Уильям Гершель отмечал, что она непостоянна. В 2009 году отметили падение ее яркости на 15 процентов за полтора десятилетия, а сейчас ее видимый блеск достиг минимального уровня за всю историю наблюдений.
При помощи электронных телескопов падение яркости более чем на треть, плюс при этом меняется и наблюдаемая форма. Причина такого поведения не совсем понятна.
В будущем у Бетельгейзе вспышка сверхновой, как у массивной звезды, и произойдет это не позднее чем через десять тысяч лет. Астрономы считают, что внутри уже сгорел весь водород и гелий, и звезда сейчас сжигает углерод, превращая его в макс.
Не через несколько стадий, у звезды образуется железное ядро, она схлопнется, не в состоянии противостоять гравитации и внутренним давлениям ядерных реакций. Но процесс колебания яркости не дает нам возможности предсказать вспышку сверхновой, они часть естественных процессов внутри неплотных сверхгигантов.
Поэтому причиной потускнения вполне может стать охлаждение поверхности Бетельгейзе из-за обычных для нее пульсаций и перемешивания внешних слоев из-за конвекции, а может быть, звезду закрывает большое клубок облаков, хотя это менее вероятно.
В целом Бетельгейзе и нельзя назвать сильно устойчивой. Жар из ядра нагревает внешнюю оболочку и как бы распирает звезду, но вспомните эти огромные расстояния орбиты Юпитера. И получается, что внешняя оболочка сильно остывает, возможно, до 3000 градусов, и из-за этого начинает стягиваться обратно. Так звезда и живет, да еще и под постоянной угрозой и вспышками.
На пути к квантовому интернету предстоит решить уйму задач. Один из подходов — это разработать систему ключей, которые обеспечивают информирование о чем-то: намерение послушать, посмотреть или прочитать приватное сообщение. Но тогда необходимо измерение квантовых состояний этих ключей; она зависит от условий окружающей среды, которые далеко не идеальны.
Другой подход состоит в использовании запутанных частиц, формирующих целую сеть, но частицы долго не живут, да и вообще восприимчивы сверх всякой меры к внешним воздействиям, возникающим в сетях. Потери в сетях тормозят распределение фотонов и технический прогресс, но всё не так мрачно.
Китай умудрился запутать узлы квантовой памяти на расстоянии 50 километров через обычные сети. Эксперимент включал себя подготовку облаков атомов рубидия, охлажденных с помощью лазера и удерживаемых в оптических ловушках. Эти 100 миллионов атомов представляли собой ячейку квантовой памяти длительного хранения, а записывать и считывать информацию можно было при помощи фотонов.
Когда была установлена некое состояние памяти, она сигнализировала об этом и спускала фотон, фотон поляризован, сохраняя информацию о статусе квантовой памяти. Поэтому он мог быть использован для запутывания памяти с другим облаком, а там находящимся на расстоянии. Но расстояние в пятьдесят километров в перерасчете на длину сетей,لكن преодолевает десятки километров по оптоволокну, фотон неизбежно потерялся бы.
Поэтому ему сдвинули длину волны для соответствия стандартам оптоволоконной коммуникации. Подтвердить запутанность этих самых ячеек памяти можно, сравнивая состояния фотонов, и спущенных двумя разными ячейками квантовой памяти на промежуточной станции.
Ну, то есть, мы полпути между ними, удалось поддерживать эффективность процесса на уровне 83 процента. Это совсем еще не квантовый интернет, это всего лишь один из шагов на пути к построению одного из элементов квантового интернета, но демонстрирующий принципиальную его возможность.
Ну что ж, а на этом сегодня все! Большое спасибо вам за просмотр. Оставляйте свое мнение в комментариях, ставьте лайки этому видео и делитесь им со своими друзьями. Проголосовать за самую интересную новость можно при щелчке по подсказке.
Не забудьте подписаться на Qwerty здесь, на Ютубе, в Инстаграме и Телеграме. До скорых встреч! Пока! [музыка] Вот [музыка]