авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 16 |

«Российский фонд фундаментальных исследований Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно--технической сфере Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно технической сфере ...»

-- [ Страница 6 ] --

Рис. 8 Изображение топологической структуры образца, полученное на СЭМ (слева). Изображение распределе ния интенсивностей радиационных потерь (справа) 18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ Заключение Таким образом, в настоящей работе представлены примеры создания плазмонных нано структур методом двухфотонной лазерной полимеризации, как альтернативный способ фор мирования оптических компонент для оптоэлектрониики по отношению к традиционным ме тодам электронной литографии и фокусирующим ионным пучкам. В результате сформиро ваны поверхностные структуры – поверхностные дуги, состоящие из набора наночастиц на поверхности тонкой пленки золота. Показана способность полученных наноструктур к эф фективному фокусированию и перенаправлению плазмонных волн. Данные эксперименталь ные методики формиования структур оказываются эффективными при практическом конст руировании и изготовлении поверхностных нанофотонных компонент, используемых в каче стве двумерных оптических элементов.

Авторы благодарят Немецкий научный фонд им. Александра фон Гумбольдта и Авст рийский научный фонд в рамках программы им. Лизы Майтнер за финансовую поддержку.

Список литературы [1] H.Wong and H.Ieai, Physics World 18 (2005) 40.

[2] B. Hitz, Photonics Spectra 39 (2005) 52.

[3] W.L.Barnes, A.Dereux and T.W.Ebbesen, Nature 422 (2003) 824.

[4] Л.Новотный и Б.Хехт, Основы нанооптики, Физматлит, Москва (2009).

[5] H.Raether, Surface Plasmons, Springer, Berlin (1988).

[6] J.-C.Weeber, Y.Lacroute, and A.Dereux, Phys. Rev. B 68 (2003) 115401.

[7] A.Drezet, A.Hohenau, D.Koller, A.L.Stepanov, H.Ditlbacher, B.Steinberger, F.R.Aussnegg, A.Leitner and J.R. Krenn, Mater. Sci. Eng. B 149 (2008) 220.

[8] J.Serbin, A.Egbert, A.Ostendorf, B.Chichkov, R.Houbertz, G.Domann, J.Schulz, C.Cronauer, L.Frohlich and M. Popall, Opt. Lett. 28 (2003) 301.

[9] J.Serbin, A.Ovsianikov and B.Chichkov, Opt. Express 12 (2008) 5221.

[10] A.L.Stepanov, J.R.Krenn, H.Ditlbacher, A.Honenau, A.Drezet, B.Steinberger, A.Leitner and F.R.Aussenneg, Opt. Lett. 30 (2005) 1524.

[11] R.Kiyan, C.Reinhardt, S.Passinger, A.L.Stepanov, A.Hohenau, J.R.Krenn and B.N.Chichkov, Opt. Express 15 (2007) 4205.

[12] A.B. Evlyukhin, A.L. Stepanov, R. Kiyan and B.N. Chichkov, J. Opt. Soc. Am. B 25 (2008) 1011.

СИСТЕМЫ СБОРА ДАННЫХ – РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ И СЕТЕВЫЕ РЕШЕНИЯ В. В. Кошкин ГОУ ВПО Марийский государственный университет г. Йошкар-Ола bkoshkin@list. ru Разработка концепции открытых систем направлена на расширение областей практиче ского применения универсальных ЭВМ, и, в конечном счете, на снижение их стоимости.

Представляет интерес рассмотрение с позиций открытости целой группы устройств, исполь зующих ЭВМ – систем сбора данных.

Система сбора данных – комплекс средств, предназначенный для работы совместно с персональным компьютером, либо специализированной ЭВМ и осуществляющий автомати зированный сбор информации о значениях физических параметрах в заданных точках объек 18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ та исследования с аналоговых и/или цифровых источников сигнала, а также первичную об работку, накопление и передачу данных. Термин «данные» в наименовании устройств кос венно показывает, что они связаны с вычислительными процедурами и, соответственно, с ЭВМ. Вместе с тем, эти системы формируют первичную информацию, часто называемую «измерительной», что должно относить такие устройства к измерительным системам. Так в нормативных документах, охватывающих измерительную технику, появляется класс автома тизированных информационно-измерительных систем (АИИС). Совместно с ЭВМ, оснащен ной специализированным программным обеспечением, система сбора данных образует ав томатизированную информационно-измерительную систему (АИИС).

Автоматизированная информационная измерительная система (АИИС) в соответствии с ГОСТ 8. 437–81 представляет собой совокупность функционально объединенных измери тельных, вычислительных и других вспомогательных технических средств, предназначенных для получения измерительной информации, ее преобразования, обработки с целью представ ления потребителю (в том числе для АСУ) в требуемом виде, либо автоматического осуще ствления логических функций контроля, диагностики, идентификации. Это многоканальный измерительный прибор с широкими возможностями обработки и анализа данных. На основе АИИС могут быть построены различные автоматизированные системы управления (АСУ), среди которых: информационно-логические комплексы (то, что называют еще АСУ техноло гическими процессами), информационно-вычислительные комплексы (Автоматизированная система научных исследований – АСНИ), информационно-диагностические комплексы, ин формационно-контролирующие системы и т. д.

Информация, характеризующая объект измерения, воспринимается АИИС, обрабатыва ется по некоторому алгоритму, в результате чего на выходе системы получается количест венная информация, отражающая состояние данного объекта. Автоматизированные измери тельные информационные системы существенно отличаются от других типов информацион ных систем и систем автоматического управления (САУ). Так, АИИС, входящая в структуры более сложных систем (вычислительных систем связи и управления), может быть источни ком информации для этих систем. Использование информации для управления не входит в функции АИИС, хотя информация, получаемая на выходе АИИС, может использоваться для принятия каких-либо решений, например, для управления конкретным экспериментом.

В зависимости от характера обмена информацией между объектами и активными АИИС раз личают ИС без обратной связи и с обратной связью по воздействию. Воздействие на объект может осуществляться по заранее установленной жесткой программе либо по программе, учитывающей реакцию объекта. В первом случае реакция объекта не влияет на характер воз действия, а следовательно, и на ход эксперимента. Его результаты могут быть выданы опера тору после окончания. Во втором случае результаты реакции отражаются на характере воз действия, поэтому обработка ведется в реальном времени. Такие системы должны иметь раз витую вычислительную сеть. Кроме того, необходимо оперативное представление информа ции оператору в форме, удобной для восприятия, с тем чтобы он мог вмешиваться в ход про цесса.

Эффективность научных исследований, испытательных, поверочных работ, организа ции управления технологическими процессами с применением АИИС в значительной мере определяется методами обработки измерительной информации.

В системах, которые содержат вычислительные устройства, обработка информации может производиться как в реальном масштабе времени, так и с предварительным накоплением ин формации в памяти ЭВМ, т. е. со сдвигом по времени. При исследовании сложных объектов или выполнении многофакторных экспериментов применяются измерительные системы, со четающие высокое быстродействие с точностью. Такие АИИС характеризуются большими потоками информации на их выходе.

18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ Значительно повысить эффективность АИИС при недостаточной априорной информа ции об объекте исследования можно за счет сокращения избыточности информации, т. е. со кращения интенсивности потоков измерительной информации. Исключение избыточной ин формации, несущественной с точки зрения ее потребителя, позволяет уменьшить емкость устройств памяти, загрузку устройств обработки данных, а следовательно, и время обработ ки информации, снижает требования к пропускной способности каналов связи.

При проектировании и создании АИИС большое внимание уделяется проблеме повы шения достоверности выходной информации и снижения вероятностей возникновения (или даже исключения) нежелательных ситуаций. Этого можно достичь, если на АИИС возложить функции самоконтроля, в результате чего она способна осуществлять тестовые проверки ра ботоспособности средств системы и тем самым сохранять метрологические характеристики тракта прохождения входных сигналов, проверять достоверность результатов обработки ин формации, получаемой посредством измерительных преобразований, и ее представления.

Все более широкое развитие получают системы, предусматривающие автоматическую коррекцию своих характеристик – самонастраивающиеся (самокорректирующиеся) системы.

Введение в такие системы свойств автоматического использования результатов само контроля — активного изучения состояния АИИС – и приспособляемости к изменению ха рактеристик измеряемых сигналов или к изменению условий эксплуатации делает возмож ным обеспечение заданных параметров системы.

Разнообразие в структурной организации АИИС значительно, следовательно, в основе обобщенной модели можно использовать функциональный подход, то есть перечень тех функций (задачи), которые выполняет любая функциональная система. Пример такой модели приведен на рис. 1.

(t) U(t) АЦП Помехоустойчивое Первичный преобра- двоичный.

Подсистема ко кодирование зователь дирования Объект код Обязательная метрология Модуляция Радиосигнал Передатчик Радиосигнал Канал связи Радиосигнал Приемник ЭВМ Радиосигнал Восстановление пара Вычисление харак Декодиро метров теристик вание U(t1).

Память Индикация Преобразователь в двоичный код Рис. 1. Обобщенная модель ИИС Произвольная информация (t) – электрические сигналы (ток, напряжение), неэлектри ческие величины (температура, давление) в подсистеме получения информации преобразу ются в электрическое напряжение номинального диапазона. Это наиболее переменная со 18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ ставляющая в системе. Разнообразие входной информации определяет и разнообразие пер вичных преобразователей. Желательно применять такие преобразователи, которые форми руют цифровой код, либо входное напряжение, соответствующее динамическому диапазону АЦП.

Если такое не наблюдается, используют промежуточные усилители, которые изменяют границы входного сигнала до требуемого диапазона. Операция кодирования – это представ ление аналоговой величины цифровым кодом.

Задача кодирования определяется тем, что последующие преобразования информации выполняются, как правило, на ЭВМ. Основная причина перехода к цифровой форме пред ставления – обеспечение требуемой точности результатов измерений и возможность их хра нения, представление твердых копий документа. В реальных системах подсистема получения и кодирования заканчивается цифровыми преобразователями.

Подсистема передачи информации обязательна в случаях, когда обработка, запомина ние производятся на расстоянии от подсистемы получения информации – в распределенных объектах.

В минимальной сложности подсистема передачи сводится к линиям связи (каналы свя зи). Если используется проводная линия – рекомендуют передавать сигнал в токовых посыл ках – уровнем тока. При передаче уровнем напряжения велика вероятность изменения пара метра за счет внешних помех.

Если расстояние значительное, в качестве канала связи применяют проводные линии, телефонные коммутируемые линии, телефонные выделенные линии, радиоканал, оптический канал связи.

Для передачи по линиям связи информацию представленную кодом необходимо преоб разовать в одну из форм помехоустойчивого кода.

Подсистема приема и выделения информации возвращает принятый помехоустойчивый код в его исходную первичную форму. В ней производится анализ на возможную ошибку и ис правление этой ошибки, если она появляется.

Выходной сигнал после выделения поступает в вычислитель, где существует две под системы: подсистема запоминания и обработки и подсистема отображения.

Обычно информация передается в виде количественных параметров – отсчетов, однако если использовать разностное представление эта подсистема должна восстановить истинное значение измеренных величин – восстановить характеристики. Любая величина дискретная, промежутки времени различны между отсчетами. Вычислитель должен интерполировать принятые значения в промежутках – восстановить непрерывную кривую.

Обработка информации сводится к анализу достоверности результатов отбраковки не реальных случайный результатов, вычислении характеристик принятых параметров. Резуль таты отработанной информации представляются для документирования и визуального кон троля различными средствами: на печать, в виде графиков, в виде таблиц, в виде функций (через полиномы), в виде гистограммы распределения.

Для автоматизированных информационно-измерительных систем характерны:

- более высокие по отношению к системам другого вида требования к метрологическим ха рактеристикам;

- более широкий спектр измеряемых физических величин и в особенности их количество (число измерительных каналов);

- необходимость в средствах представления информации;

это связано с тем, что основной массив информации с выхода систем передается человеку для принятия им решения об из менении условий проведения эксперимента, его продолжении или прекращении;

поэтому определяющим требованием является неискаженное, наглядное и оперативное представле 18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ ние текущей информации с учетом динамики ее обновления и быстродействия системы, обеспечивающее удобство восприятия и анализа человеком;

- большой объем внешней памяти для систем, в которых обработка и анализ результатов осуществляется после завершения эксперимента с помощью набора различных средств обра ботки и предоставления информации.

Представим обобщенную модель на уровне подсистем, выделив в ней ЭВМ с ее функ циями хранения, обработки и представления полученной информации (Рис. 2).

(t) Подсистема получения и Подсистема Объект кодирования передачи ЭВМ информации информации Типовой ин терфейс ЭВМ Внешнее (периферийное устройство) Рис. 2. Модель АИИС как ЭВМ и периферийного устройства По способу сопряжения с ЭВМ (использованию стандартных интерфейсов) системы сбора данных можно разделить на следующие.

1. ССД на основе встраиваемых плат сбора данных (адаптеров) со стандартными интерфей сами расширения, чаще применяют интерфейс PCI (PCI-card), также продолжается использо вание ISA (Рис. 3).

2. ССД на основе самостоятельных модулей сбора данных с внешним интерфейсом (RS 232,USB) (Рис. 4).

3. ССД, выполненные в виде крейтов, (магистрально-модульные ССД) (САМАС, PXI, VXI) (Рис. 5).

4. Группы цифровых измерительных приборов (ЦИП) или интеллектуальных датчиков (для их организации применяются интерфейсы: GPIB (IEEE-488),1-wire, CAN, HART (Рис. 6).

Объединяет эти подходы то, что расстояние от ЭВМ до исследуемого объекта неболь шое, до нескольких метров.

Рис. 3. Типы адаптеров для подключение к шинам расширения ЭВМ Цена VXI C-size Наибольшая производительность рассмотренных PXI 6U систем сбора данных определяется характеристиками применяемого интерфейса ввода: наибольшая оценка PXI 3U производительности характерна для магистрально PC-card модульных систем ввода (PXI, VXI), наименьшие ки – для приборных интерфейсов.

Производительность Цифровой Объект измерительный ЭВМ прибор Интерфейс RS-232C Рис. 4 Подключение измерительного прибора, имеющего интерфейс RS-232C 18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ При анализе пара   метров распределенных объектов типовые фейсы ЭВМ не позволяют напрямую считывать ин формацию с преобразова телей в силу значительно го расстояния. Это выну ждает искать другие спо собы построения систем сбора данных.

Так широкое распростра нение получил интерфейс RS-485, на основе которо го разработано значи тельное число АИИС уче та параметров (Рис. 7).

Рис. 7. Распределенная система учета параметров Объект Крейт Адаптер ЭВМ САМАС Интерфейс RS-232C Крейт Объект САМАС Рис. 5. Система САМАС В АИИС Цифровой изме- Адаптер ин Объект ЭВМ рительный при- терфейса бор Приборный интерфейс Интерфейс RS-232C Рис. 6. Использование приборного интерфейса для ввода данных Приборы учета имеют интерфейс RS-485, что позволяет объединять их сигналы по ши не, причем число приборов достигает 127. При превышении этого значения применяют рас ширители шины. Сопряжение же с ЭВМ или другими цифровыми измерителями, имеющими интерфейс RS-232C выполняется через типовые адаптеры.

На этой структуре выделена особенность современных систем учета: первичные источ ники – преобразователи – уже имеют один из типовых интерфейсов передачи цифровой ин формации. Интерфейс RS-232C значительно сокращает производительность системы и огра ничивает ее использование в реальном времени. Поэтому разработчики АИИС в последние годы обратили внимание на сетевые технологии передачи информации в системах сбора и учета данных. Кроме того, расстояние между приборами в структуре, приведенной на рис. 7, 18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ не превышает нескольких сот метров и для передачи на большие дистанции приходится ис пользовать сетевые решения.

На рис. 8 приведена АИИС, в которой применен сетевой адаптер LXI, упрощающий обмен данными между сетевыми абонентами.

Устройство Объект LXI ЭВМ Сигналы LAN Устройство Объект Коммутатор LXI Устройство Объект LXI Рис. 8. Построение АИИС на основе сетевых адаптеров Устройство LXI преобразует в сигналы локальной сети как аналоговую, так и цифро вую информацию, имеет сертификацию, т. е. вопросы метрологии уже решены. Канал ло кальной сети может быть и беспроводным, обеспечивая тем самым возможность построения мобильных систем.

Добавление контроллера Ethernet в структуру адаптера LXI (модема) с выходом на ра диоканал качественно преобразует всю АИИС, сообщая ей независимость от проводных ли ний, мобильность и удобство применения.

В современных АИИС прослеживается устойчивая тенденция переноса функций преоб разования и представления измерительной информации непосредственно к объекту. Прибо ры учета и измерения все более имеют цифровые интерфейсы, они сертифицируются, разра батываются универсальные модули – адаптеры, формирующие полученную информацию в типовых форматах данных ЭВМ и выполняющие функции периферийных устройств для них, что и поддерживает концепцию открытых систем. Вполне естественно считать, что и про граммное обеспечение, обеспечивающее процедуры ввода и систематизации принятой ин формации, не отстает от аппаратных изменений в АИИС.

Список литературы [1] ГОСТР 8. 596-2002 Метрологическое обеспечение измерительных систем, М. : Издатель ство стандартов, (2002).

[2] ГОСТ 26. 203-81 Комплексы информационно-измерительные, М. : Издательство стандар тов,(1988).

[3] Новоселов О. Н., Фомин А. Ф. Основы теории и расчета информационно-измерительных систем. - М. : Машиностроение, (1991).

[4] Афанасьев В. Н., Тихонов С. С. Перспективы построения контрольно-измерительных систем на основе стандартов LXI, T. Comm, Телекоммуникации и транспорт, ч. 3, (август 2009).

18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ МОДЕЛЬ АДСОРБЦИИ ОДНОВАЛЕНТНЫХ АТОМОВ НА ПОВЕРХНОСТИ УНТ И ГРАФЕНА   Н. Г. Лебедев, А. В. Пак   Волгоградский государственный университет, пр-т Университетский, 100, г. Волгоград, 400062, Россия, E-mail: nikolay.lebedev@volsu.ru, pak.anastasia@gmail.com 1. Введение В работе представлены результаты теоретического квантово-статистического исследо вания адсорбции атомарного водорода и атомов щелочных металлов на поверхности угле родных нанотрубок и графена [1]. Графен является двумерным кристаллом, состоящим из одиночного слоя атомов углерода, собранных в гексагональную решётку. По оценкам графен обладает большой механической жесткостью и хорошей теплопроводностью. Хорошая элек трическая проводимость делает его перспективным материалом для использования в самых различных приложениях, в частности, как будущую основу наноэлектроники [2,3]. Его тео ретическое исследование началось задолго до получения реальных образцов материала [4].

Широкий спектр возможных применений графена привлек к его изучению большое число исследователей [5,6].

2. Зонная структура УНТ и графена В работе использовался модельный гамильтониан Андерсона [7,8], который хорошо описывает электронные состояния примесных атомов в сплавах. Модель Андерсона рассмат ривает две группы электронов: локализованные на узлах решетки и коллективизированные.

Взаимодействие этих двух групп электронов описывается с помощью потенциала гибриди зации. В данной модели предполагается кулоновское отталкивание локализованных на од ном узле электронов. Коллективизированные частицы являются свободными, а локализован ные – взаимодействуют между собой посредством кулоновского отталкивания на одном узле [9]. Этот гамильтониан имеет вид:

H = k ck ck + a a a + (Vka ck a + h.c.) + Una na ;

+ + + (1) k k Здесь индекс k – нумерует энергетические состояния в металле, а – в адатомах, – спи новые состояния;

k – зонная энергия электрона в металле, а – энергия электрона, находяще гося на адатоме, отсчитанная от уровня Ферми;

Vka – матричный элемент перехода электрона из адатома в металл;

U – кулоновская энергия взаимодействия электронов в адатоме;

+ + na = aa aa, nk = ak ak – операторы числа заполнения электронов. Но в модели Ан дерсона кулоновское взаимодействие электронов учитывается лишь внутри адсорбированно го атома, что является ее недостатком.

Поскольку одновалентный атом водорода, адсорбированный на поверхности углерод ной нанотрубки или графена, можно рассматривать как точечный дефект структуры (кванто вую точку), нарушающий трансляционную симметрию кристалла, в этой работе предлагает ся применить периодическую модель Андерсона для описания электронного состояния на нотрубок с адсорбированным атомом.

Дисперсионные соотношения (k) углеродных нанотрубок «arm-chair» (Nx, Nx), «zig zag» (Ny, 0) выражаются известными формулами зонной структуры УНТ [1]:

1/ q 2 ka ka ( k ) = ± o 1 ± 4cos + 4cos a cos, q Nx 2 18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ 1 / q q 3k a, (2) (k ) = ± o 1 ± 4 co s + 4 co s z co s Ny Ny q где k – одномерный волновой вектор вдоль оси УНТ;

q = 1, …, Nx или Ny;

a = 3a 0, a0 – дли на межатомной С-С связи, 0- интеграл перескока электрона на узлах кристаллической ре шетки.

Зонная структура графена выражается следующим известным соотношением [1]:

3 1 E2 D ( k x, k y ) = ± 0 1 + 4 cos k x a cos k y a + 4 cos 2 k y a 2 2, (3) В рамках математического аппарата функций Грина [10] и в приближении Хартри Фока [11] рассчитана зонная структура углеродных нанотрубок и графена с адсорбирован ными атомами дефектов.

1 4 Nа ( a k ) Ek = a + k ± + (4) Vkb ;

2 А где k - энергетический спектр электронов в графене (здесь учтены только ближайшие сосе ди), Vkb – энергия гибридизации адатома и кристаллической решетки, a – энергия электрона в адсорбированном атоме (адатоме), N – число элементарных ячеек, а – период решетки, А – расстояние между адсорбированными атомами (адатомами).

3. Оценка параметров гамильтониана Величину энергии гибридизации V = Vij в гамильтониане Андерсона можно оценить из квантово-химических подходов, поскольку она определяется интегралом перекрывания вол новых функций s-орбитали (атома водорода) и pz-орбитали (атома углерода):

( H + C ) S HC, S HC = 1s (r ) 2 pz (r ) dr, V= 1 z 2 zr e, =, z ( H ) = 1;

1s = a0 a (5) 1 z zr e cos, =, z ( C ) = 6;

2 pz = 4 2 a0 a где SHC – интеграл перекрывания волновых функций, Н и С – параметры полуэмпири ческого квантово-химического метода MNDO [12], Н=-6.99 эВ, С = - 7.93 эВ, a0 – боровский радиус, z – величина заряда атома.

Оценки энергии гибридизации дают величину V = - 1.43 эВ. Это энергия электрона в системе двух ядер. Образуется связанное состояние, поэтому величина энергии отрицатель ная. Как следует из рисунка 6, присоединение одного атома водорода уменьшает запрещен ную зону (отрицательное значение ) полупроводящих углеродных нанотрубок. Происходит перенос электронной плотности с атома водорода на кристалл, и увеличивается концентра ция свободных носителей. Полученный результат согласуется с теоретическими расчетами других исследований [13] и полуэмпирическими квантовохимическими расчетами [12]. Та ким образом, целенаправленная сорбция на поверхности углеродных нанотрубок может ме нять их физические свойства заданным образом.

Зонная структура идеальной проводящей углеродной нанотрубки и с адсорбированным атомом водорода показана на рис. 1–2. Как видно из рисунков, зонная структура углеродной нанотрубки вблизи уровня Ферми качественно не изменяется. Количественные изменения отражены на рис. 3.

18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ Тем не менее, качественное изменение зоны наблюдается в районе квазиуровня адато ма (примерно -10.6 эВ (кулоновский сдвиг)), расположенного в глубине валентной зоны.

В этой области появляются дополнительные примесные уровни благодаря взаимодействию электрона адатома с валентной зоной кристаллической решетки. На таком уровне энергий валентная зона составлена преимущественно связывающими p-орбиталями атомов углерода, взаимодействие которых в модели Андерсона не учитывается.

Были рассмотрены периодические дефекты вида: «сверхрешетка» атомов дефектов, (адатомы адсорбировались на гексагональную сетку атомов углерода с различным периодом) и «квантовый провод», когда адатомы присоединяются вдоль прямой, параллельной оси трубки. При малых концентрациях дефектов зонная структура аналогична случаю одиночной адсорбции. Так же как и для одного адсорбированного атома наблюдается наличие дополни тельных квазилокальных уровней в валентной зоне. Для большой степени покрытия ширина этого расщепления достигает нескольких электронвольт. Величина поднятия прямо пропор ционально зависит от концентрации дефектов. Ширина запрещенной щели уменьшается с увеличением концентрации квантовых точек.

Недостатком данной работы является то, что в ней не учтены кулоновские корреляции электронов кристаллической решетки графена и углеродных нанотрубок.

Рис. 1. Зонная структура идеальной УНТ (7,7) Рис. 2. Зонная структура идеальной УНТ (7,7) с адсорби без дефектов рованным атомарным водородом вблизи уровня Ферми (E = 0 эВ) Рис.3. Зонная структура идеальной УНТ (7,7) с ад- Рис. 4. Зонная структура идеальной УНТ (6,6) с адсорби сорбированным атомарным водородом вблизи уровня рованным атомом лития вблизи уровня Ферми адатома.

18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ Рис. 5. Зонная структура идеальной УНТ (6,6) с ад- Рис. 6. Изменение ширины запрещенной зоны Eg вслед сорбированным атомом натрия вблизи уровня Ферми ствие адсорбции атомарного водорода в зависимости от номера трубки для полупроводящих углеродных нанот рубок Рис. 7. Зонная структура плоскости графена с адсор- Рис. 8. Зонная структура плоскости графена с адсорбиро бированным атомом водородая вблизи уровня Ферми ванным атомом водородая вблизи уровня адатома Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных иссле дований (грант № 08-02-00663) и ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инноваци онной России» Госконтракт № П892.

Список литературы [1] P.J.F. Harris, Carbon nanotubes and relative structures. New materials of twenty-first century, (Cambridge University Press, 1999;

336).

[2] Phaedon Avouris, Zhihong Chen, Vasili Perebeinos. Nature Nanotechnology. Vol.2. 2007.

P. 605-615.

[3] G.S. Painter, d.E. Ellis. Electronic Band Structure and Optical Properties of Graphite from a Variational Approach, Physical Review. Vol.1. N. 12. P. 4747-4752.

[4] D. Henwood, J. David Carey, Physical Review B 75, 245413 (2007).

[5] Alejandro Lugo-Solis, Igor Vasiliev, Physical Review B 76, 235431 (2007).

[6] K.S. Novoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S.V. Dubonos, I.V.

Grigorieva, A.A. Firsov. Science. 306, 666 (2004).

[7] Большов Л.А., Напартович А.П., Наумовец А.Г., Федорус А.Г., УФН. 1977. Т. 122. Вып.

1. С. 125 – 158.

[8] Давыдов С.Ю., Трошин С.В, ФТТ. 2007. Т. 49. Вып. 8. С. 1508 – 1513.

18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ [9] Изюмов Ю.А., Кацнельсон М.И., Скрябин Ю.Н. Магнетизм коллективизированных электронов. Москва: Физматлит. 1994. 368 p.

[10] Тябликов С.В. Методы квантовой теории магнетизма. Москва: Наука, 1975. 528с.

[11] Степанов Н.Ф. Квантовая механика и квантовая химия. Москва: Мир, 2001. 519 с.

[12] Лебедев Н.Г. Диссертация … док. физ.-мат. наук. Москва: ИБХФ РАН, 2006. 302 с.

[13] Томилин О.Б., Мурюмин Е.Е. Адсорбция на графеновой поверхности углеродных на нотрубок и их энергетический спектр // ФТТ. 2006 Т. 46. Вып. 3. С. 563-571.

МЕДИЦИНСКИЙ СЕНСОР НА БАЗЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК О. С. Ляпкосова, Н. Г. Лебедев Волгоградский государственный университет E-mail: lyapkosovaolga@mail. ru В работе предлагается создать активный лазерный сенсор на основе использования эф фекта пьезосопротивления массива полупроводящих углеродных нанотрубок. Деформация кристалла ведет к модификации его зонной структуры, а, следовательно, ширины запрещен ной щели. Углеродные нанотрубки представляются наиболее перспективными материалами для разработки активных лазерных затворов и сенсоров. В работе представлены результаты теоретического исследования пьезорезистивного эффекта в УНТ двух структурных модифи каций: «arm-chair» и «zig-zag» типов, а именно, проведен численный анализ зависимости ширины запрещенной зоны углеродных нанотрубок от их диаметра и хиральности (спираль ности).

Работа проведена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 - 2013 годы (проект № НК-16(3)), а также поддержана Рос сийским фондом фундаментальных исследований (грант № 08-02-00663).

1. Введение Современный сенсор на основе лазера – это устройство в лазерном генераторе, которое управляет импульсом лазерного пучка при изменении тех или иных свойств вещества. Это устройство, которое по сигналу может переходить из открытого состояния в закрытое и на оборот. В открытом состоянии сенсор пропускает через себя лазерное излучение, в закры том – поглощает или отклоняет его в другую сторону.

Устройства, основанные на естественной оптической активности, обладают рядом су щественных недостатков, таких как: размеры, идеальность изготовления, малая совмести мость с устройствами полупроводниковой электроники, слабая интегрируемость в оптоэлек тронные схемы. Устройства оптического сенсора, основанные на кварцевом кристалле или его аналогах, требуют больших значений внешнего электрического поля для эффективной работы пьезоэлектрического датчика.

Все вышесказанное заставляет искать решение в области искусственно изготовленных легких и прочных материалов, таких как углеродные нанотрубки [1]. Исследования динами ки релаксации электронных возбуждений однослойных углеродных нанотрубок (УНТ) ука зывают на существование нескольких времен электронной релаксации, которые лежат в диа пазоне 50 фс – 15 пс [2]. Этот временной диапазон интересен с точки зрения создания раз личных оптических элементов на основе углеродных нанотрубок для использования их в ка честве биосенсоров. В работе предлагается создать сенсор на основе использования эффекта пьезосопротивления [3] массива полупроводящих углеродных нанотрубок. Эффект пьезосо 18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ противления полупроводникового кристалла связан с изменением его электропроводности, обусловленным приложением деформации. Деформация кристалла ведет к модификации его зонной структуры, а, следовательно, ширины запрещенной щели. Поэтому пьезорезистивный эффект может быть использован для разработки сенсоров. Проводимость УНТ определяется строением ее энергетических зон, поэтому изменение последних вследствие деформации косвенно создает эффект пьезосопротивления. В работе представлены результаты теоретиче ского исследования пьезорезистивного эффекта в УНТ двух структурных модификаций:

«arm-chair» и «zig-zag» типов, а именно, проведен численный анализ зависимости ширины запрещенной зоны углеродных нанотрубок от их диаметра и хиральности (спиральности).

Учитывая, что углеродные нанотрубки хорошо интегрируются в любые оптические, микро- и наноэлектромеханичекие устройства и схемы, а также, что возможно широко варь ировать физические параметры нанотрубок, данные материалы представляются наиболее перспективными для разработки сенсоров.

2. Пьезорезистивный эффект в углеродных нанотрубках Эффект пьезосопротивления в однослойных углеродных нанотрубках «arm-chair» и «zig-zag» типов моделировался путем объемных и линейных деформаций растяжения и сжа тия, реализованных с помощью варьирования длин межатомных связей, которое отражается в изменении параметров решетки. Принимая во внимание малые смещения атомов, зонную структуру УНТ можно разложить в ряд, ограничиваясь первыми двумя слагаемыми:

( k x, k y ) 0 (k x, k y ) + R, (1) R где – относительное изменение длины С-С связи, R – межатомное расстояние, кототрое полагалось равным R 1. 44, 0 ( k x, k y ) – зонная структура недеформированной УНТ, опи сывается с помощью хорошо известного двумерного дисперсионного соотношения, которое в -электронном приближении Хюккеля имеет вид [1]:

1/ 3k x R kyR 2 y k R (k x, k y ) = ± o 1 ± 4cos +4cos, (2) cos 2 2 2 где 0 – интеграл перескока (матричный элемент перехода) электрона с одного узла на дру гой, 0 1. 4 эВ – резонансный параметр метода MNDO [4];

kx и ky - волновые числа, одно из которых квантуется вдоль периметра нанотрубки в зависимости от ее типа, а второе непре рывно вдоль оси трубки, R – межатомное расстояние, которое полагалось R 1. 44. Второе слагаемое в выражении (1) дает поправку к зонной структуре, связанную с деформацией кристалла. Проанализировано влияние объемной и линейной деформации решетки УНТ на ее зонную структуру, и на рисунках 1 и 2 наглядно показаны центральные моды зонных структур деформированных сжатием (а) и растяжением (б) нанотрубок (5,5) «arm-chair» типа и (10,0) типа «zig-zag» [5]. При этом модуль относительной деформации последовательно увеличивается = 0. 036, 0. 071, 0. 107.

3. Механизм уменьшения зоны при сжатии связан с ростом перекрывания волновых функ ций соседних атомов углерода, что увеличивает резонансный интеграл, характеризующий поступательную энергию электронов. В результате увеличивается подвижность носителей заряда, что усиливает проводящие свойства кристалла. Под влиянием деформации растяже ния также происходит изменение зонной структуры УНТ. У полупроводниковых трубок уве личивается запрещенная зона, что уменьшает их проводимость, а металлические остаются проводящими. Спектр УНТ (10,0) содержит энергетическую щель между валентной ветвью и ветвью проводимости в точке kx = 0, и такая УНТ проявляет полупроводниковые свойства.

Варьируя относительную деформацию, то есть, увеличивая и уменьшая длину С-С связи, получаем изменение зонной структуры рассматриваемой УНТ. Под влиянием деформации 18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ сжатия происходит уменьшение ширины запрещенной щели нанотрубки, что означает уси ление ее проводящих свойств. Ширина запрещенной зоны у полупроводящей нанотрубки (10,0) составляет Eg 0,5 эВ. Это значение соответствует длине волны 2. 5 мкм. Если подвергнуть нанотрубку максимально возможному сжатию (т. е на 25% от первоначальной длины), то Eg уменьшится в 2 раза, что приводит к увеличению длины волны до 5 мкм. Та ким образом, путем варьирования внешней деформации, можно создавать нанотрубки с мо дуляцией ширины запрещенной зоны, а, следовательно, регулировать выбираемую длину волны падающего излучения.

4. Тензор эластопроводимости углеродных нанотрубок Эффект пьезосопротивления характеризуется тензорами эластопроводимости, эласто сопротивления и пьезосопротивления. Экспериментально определяются коэффициенты пье зосопротивления или эластосопротивления, теоретически же вычисляются коэффициенты эластопроводимости. Компоненты тензора эластопроводимости определяются из следующе го выражения:

= M nm nm, (3) где – изменение проводимости под действием относительной деформации nm.

Проводимость УНТ вычислялась с использованием метода функций Грина [6] в рамках однозонной модели Хаббарда. Окончательное выражение для однородной проводимости УНТ имеет следующий вид:

( 2 ) 2 ( k ) e2 k =, (4) 2 ( k ) 2k Б T V h k 1 + ch kБT где V – объём нанотрубки, kБ – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура. Диспер сионные соотношения (k) деформированных углеродных нанотрубок «arm-chair» и «zig-zag»

выражаются формулой (1).

На основе полученной формулы проведен теоретический расчет тензора эластопроди мости для ряда однослойных УНТ разных типов [5]. Для всех проводящих УНТ его расчет ное значение одинаково и равно 6. 159 для НТ «arm-chair» типа и 8. 475 для типа«zig-zag».

Для полупроводящих УНТ значение тензора уменьшается с увеличением их диаметра, как показано на следующем рисунке.

Теоретический расчет находится в согласии с экспериментальными данными для пле нок поликристаллического кремния p-типа [7]. Согласно выражению (4), ширина запрещен ной зоны полупроводящих УНТ убывает с увеличением диаметра нанотрубок, что приводит к увеличению их проводимости. Этот численный анализ позволит сделать оптимальный вы бор нанотрубок соответствующего диаметра и хиральности для разработки сенсора. Количе ственные значения удельной проводимости УНТ, рассчитанные по формуле (4), могут ис пользоваться для измерения деформаций кристаллитов и изменения их запрещенных щелей.

5. Заключение Как показали результаты численного моделирования эффекта пьезосопротивления в рамках модели Хаббарда, происходит изменение зонной структуры полупроводниковых и металлических углеродных нанотрубок под действием поля деформаций растяжения и сжа тия, и соответственно их проводящих свойств. Модуляцию ширины запрещенной зоны под действием внешней нагрузки можно использовать при изготовлении сенсоров на основе мас сива полупроводящих УНТ. С помощью таких биосенсоров можно определять наличие и концентрацию примесей в растворах, присутствие вирусов и бактерий в среде. Способность 18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ обнаруживать и подсчитывать отдельные чужеродные молекулы выгодно отличает углерод ные нанотрубки от многих других наносенсорных разработок.

а) б) Рис. 1. Центральные моды зонной структуры нанотрубки (5,5), деформированной сжатием (а) и растяжением (б).

а) б) Рис. 2. Центральные моды зонной структуры нанотрубки (10,0), деформированной сжатием (а) и растяжением (б).

Сенсоры на основе углеродных нанотрубок будут обладать рядом преимуществ, таких как, малое время срабатывания, малые управляющие поля, возможность создания комбини рованных полупроводниковых устройств, возможность широкого варьирования физических параметров сенсоров.

Список литературы [1] П. Харрис. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые материалы XXI ве ка. Москва: Техносфера, (2003). – 336 с.

[2] Н. Н. Ильичев, Е. Д. Образцова, С. В. Гарнов, С. Е Мосалева, Нелинейное пропускание од 18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ ностенных углеродных нанотрубок в тяжелой воде на длине волны 1. 54 мкм;

получение ре жима самосинхронизации мод в лазере на стекле Er3+ с помощью пассивного затвора на ос нове этих нанотрубок // Квантовая электроника. 2004, Т. 34(6). – С. 572-574.

[3] Г. Л. Бир, Г. Е. Пикус, Симметрия и деформационные эффекты в полупроводниках, М. :

Наука, (1972). – 584 с.

[4] Н. Ф. Степанов, Квантовая механика и квантовая химия, М. : Мир, (2001). – 519 с.

[5] О. С. Ляпкосова. Влияние дефектов структуры и деформаций на электронное строение углеродных нанотрубок // Диссертация … магистра. ВолГУ, Волгоград, 2010. – 60 с.

[6] С. В. Тябликов, Методы квантовой теории магнетизма, М. : Наука, (1975). – 527с.

[7] В. А. Гридчин, В. М. Любимский. Пьезосопротивление в пленках поликристаллического кремния р-типа. // Физика и техника полупроводников. 2004. Т. 38(8). – С. 1013-1017.

MULTI-QUBIT QUANTUM MEMORY INTEGRATED IN QUANTUM COMPUTER Sergey A. Moiseev1,2,3 * & Sergey N. Andrianov2, Kazan Physical-Technical Institute of the Russian Academy of Sciences 10/7 Sibirsky Trakt, Kazan, 420029, Russia;

Institute for Informatics of Tatarstan Academy of Sciences, 20 Mushtary, Kazan, 420012, Russia;

Physical Department of Kazan State University, Kremlevskaya 18, Kazan, 420008, Russia.

* samoi@yandex.ru Introduction Construction of multi-qubit quantum computer (QC) is a genuine challenge for modern quan tum physics and quantum engineering that imposes a various of critical requirements for organiza tion of controlled highly delicate quantum dynamics of the interacted multi-atomic systems and photons [1,2]. Quantum computation exploits a number of programming single- and two- qubit gates on the stored qubits and on the information qubits incoming in the QC where the quantum processing implies an easy address to the arbitrary qubits and convenient coupling of each pair of the qubits. These and other physical demands on the QC have to be fulfilled with almost 100 % fi delity and efficiency for all the quantum gates [3]. All the requirements have to be resolved for mul ti-qubit quantum memory (QM) integrated in the QC circuit. Recently the optical QM of 69% effi ciency has been demonstrated by using a solid state medium that had beaten 50% threshold of quan tum efficiency [4]. However the QC requires the QM of almost 100% efficiency for storage of the multi-qubit states that will be a huge problem for the nearest future investigations. Another relative problem is an integration of the QM in the QC for effective coupling with processing gates and quantum communication with external environment of the QC.

Recently we have proposed an efficient photon echo based QM in single mode QED resonator (cavity PEQM) [5,6]. The proposed multi-qubit cavity PEQM provides desirable (almost 100 %) quantum efficiency for multi-qubit fields by using moderate physical parameters of atomic system due to using of optimal QED cavity and storage on inhomogeneously broadened resonant transition.

Here we elaborate the integration of the cavity PEQM in the QC circuit and demonstrate a reversi ble transfer of arbitrary qubits stored in the QM node to processing nodes. Finally we discuss other topic problems of QM related to the quantum processing over the stored qubits.

Integrated multi-mode quantum memory For analysis of the QM, we use the quantum electrodynamics of the atomic ensembles in the single mode QED cavity by following cavity mode formalism [7]. We take the generalized Tavis 18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ Cumming Hamiltonian [8,9] H = H o + H 1 for the atomic systems including the QM node with the processing gates and field modes, where H o = ho {m1 j m=1 S zjm + a a + n=1 bn+ ( )bn ( )d}, M N + (1) m is a basic Hamiltonian containing the main energies of atoms ( S zj m is a z-projection of the spin op erator in m-th node, M is a number of nodes, Nm is a number of atoms in m-th node), energy of cav + ity -field mode ( a and a are arising and decreasing operators), energy of waveguide field (n=1) and energy of free space field (n=2) ( b + and b n are arising and decreasing operators of the n waveguide modes), and their interactions generalized by taking into account inhomogeneous broa dening of atomic frequencies and continuous spectral distribution of the field modes where H1 = = h m =1 j =m1 ( j ;

m (t ) + j ;

m (t )) S zj;

m M N + h k =1 ( o )bk+ ( )bk ( )d + ihm=1 j =m1[ g jm S jm a + g *m S +jm a] M N j + ih k =1 k ( )[bk ( )a + bk+ ( )a]d.

(2) The first term in (2) comprise perturbation energies of atoms where j ( t ) is a controlled frequency detuning of j-th atom j ( t ) = j and j ( t ) = j ;

j ( t ) is its fluctuating frequency detun j ing determined by local stochastic fields, g m is a coupling constant. Ensemble distributions over the detunings j and j ( t ) determine the inhomogeneous and homogeneous broadenings of the reso nant atomic line. In the following we use Lorentzian shape for inhomogeneous broadening and typical anzatz for ensemble average over the fluctuating detunings j ( t ) :

Nm | g |2 exp{i j ( t t ' )} j;

m ( t, t ' ) N m | g m |2 exp{( in + 21 ) | t t '|}, (3) jm j= t where jm ( t, t ' ) = exp{i jm ( t, t ' )}, jm ( t, t ' ) = dt" jm ( t" ), 21 is a spectral width of the ho t' mogenous Lorentzian line, | g m | is a quantity averaged over the atoms in m-th node. Second term in (2) contains frequency detunings of the field n-th modes. Third terms is the interaction energy of atoms with cavity mode ( S +j;

m and S j;

m are the transition spin operators). Fourth term is an interac tion energy of the cavity mode with the waveguide and free propagating modes characterized by coupling constants n ( ).

We note that [ H o, H 1 ] = 0 and Hamiltonian H o characterizes a total number of excitations in the atomic system and in the fields which is preserved during the quantum evolution where H o gives a contribution only to the evolution of common phase of the wave function. H1 determines a unitary operator U 1 (t ) = exp{iH 1t / h} causing a coherent evolution of the atomic and field sys tems with dynamical exchange and entanglement of the excitations between them. In spite of huge complexity of the compound light-atoms system here we show that their quantum dynamics go verned by H1 can be perfectly reversed in time on our demand in a simple robust way. We assume 18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ that initially all atoms in m-th node ( j = 1,2,..., N m ) stay on the ground state 0 = 01,0 2,...,0 N m a (m=1,2,…M) and we launch a signal multi-mode single photon fields prepared in the initial quan = k =1 k+ (t t k ) 0, k+ (t t k ) = d k f k ( k ) exp{i k (t t k )}b1+ ( k ) ;

n in (t ) tum state ph dk | f k (k ) | = 1, n is a number of modes) to the optical cavity is a vacuum state of the field. k th mode arrives in the circuit at time moment t k, time delays between the nearest photons are as sumed to be large enough ( t k t k 1 ) t, t is a temporal duration of the photon wave packets.

Additional free field modes (n=2) are assumed in the vacuum state b 2 ( ) 0 = 0, where. Thus the total initial state of light and atoms is in ( t ) = in ( t ) 0 a.

ph Neglecting a population of excited atomic state and using the input and output field formalism [7] we derive the following linearized system of Heisenberg equations for the field operators and for the atomic operators in first (m=1) QM node in the rotating frame representation:

bl ( ) = i( 0 )bl ( ) l ( )a, d (4) dt S jm (t ) = g *m a i[ jm + jm (t )]S jm (t ), d (5) j dt M a = j =m1 g jm S jm (t ) 1 ( 1 + 2 )a(t ' ) + { 1 b1 (t ) + 2 b2 (t )}, N d (6) dt m = where l = 2 l2 (o ), (l=1,2) and m=1 for the QM node. The input signal field containing n tempo rally separated photon modes is given by b1 (t ) = k =1 b1,k (t t k ), n (7) d exp{i ( 0 )(t t k )bl ( ), t k is a moment of time when the k-th where bl,k (t t k ) = 2 field mode arrives to the QM node from the external waveguide. We use a formal solution of Eq.

(5) t dt ' exp{i S (t ) = S (t o ) exp{i jm (t t 0 ) i jm (t t 0 )} g (t t ' ) i jm (t t ' )}a(t ' ) (8).

jm jm * jm jm t For the field storage process, we assume that atoms in all processing nodes m’1 (except QM node) are tuned outside of resonance with the circuit mode. The atomic coherence of the processing nodes gets simpler form in Eq. (8):

g *m ' j S (t ) = S (t o ) exp{i m ' (t t 0 ) i jm ' (t t 0 )} + i jm ' jm ' a(t ), (9) m' that yields the following field equation a = i p a + j =1 g j1 S j1 (t ) 1 ( 1 + 2 )a(t ' ) + { 1 b1 (t ) + 2 b2 (t )}+ | g | S p (t ), N (10) d dt where p = m '1 N m ' | g m ' |2 / m ' is a frequency shift of the cavity mode due to the interaction with M all nonresonant atomic ensembles, M Nm' ( g jm ' / | g |)S jm ' (t o ) exp{i jm ' (t t 0 ) i jm ' (t t 0 )}.

S p (t ) = (11) j = m ' 18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ The shift p can be controlled and reduced to zero by adiabatic changing of the spectral detunings m ' ( t ) of each m-th atomic ensemble. So we can put the total shift p = 0 illuminating thereby an influence of all the processing nodes to the interaction of the external fields with the cavity mode and QM ensemble. By using the Laplace transformation a L ( p ) = dte p ( t t0 ) a (t ) (similarly for t b1, L ( p ) ) we find the following general relations a L ( p ) = a1, L ( p ) + a 2, L ( p ) + a 3, L ( p ), (12) a1, L ( p ) = f ( p ) a (t o ), (13) a 2, L ( p) = f ( p){ j =1 g j1 S j1 (t 0 ) j1 ( p) + 2 b2, L ( p )}, N (14) a 3, L ( p ) = f ( p ) 1 b1, L ( p ), (15) where bn, L (i ) = 2 bn (v), j1 (p) = dte p ( t t 0 ) j1 ( t, t 0 ), t ( + 2 ) N1 | g1 | f1 ( p ) = p + 1.

+ ( p + in + 21 ) After inverse Laplace transformation we find a solution a(t ) = n =1 a n (t ), where three terms of the + i dpe p (t t0 ) a n, L ( p) (n=1,2,3) have different physical sources. The first field cavity field a n (t ) = 2 i a1 (t ) is determined by the initial field ~ a1 (t 0 ) and disappears rapidly for time interval (t t 0 ) [ 1 ( 1 + 2 ) + N1 | g1 |2 /( in + 21 )]1. Second field component a 2 (t ) is excited due to the interaction with free field modes b2 ( ) and with the atomic system. The field a 2 (t ) redetermines the cavity vacuum of the circuit since the field modes b2 (t ) and atoms have been initially in ground states. Third field component a3 (t ) is excited by external signal field b1 (t ) within temporal dura tion determined by its spectrum width.

By using (12)-(15) we find the atomic coherences in the QM and processing nodes (9), (11).

The storage efficiency of the signal field will be given by QST = Pee;

/ n1 where Pee;

1 = j =1 S +j;

1 (t ) S j;

1 (t ) is an excited level population of atoms after the interaction with last n N th signal field mode (i.e. for ttn+t). Total number of photons in the input signal field is n1 = dv b1+ (v;


t )b1 (v;

t ) = k =1 n1,k, where … is an expectation value over the n initial quantum state in ( t ) of atoms and light field modes n1,k = dv b1+ (v;

)b1 (v;

) k is photons in k-th temporal mode, …k is determined by the quantum averaging over the k-th mode state k+ (t t k ) | 0.

After algebraic calculations of we find the total quantum efficiency Pee QST = (1 / n1 )k =1 QST,k n1,k with the storage efficiency of k-th mode n QST ;

k = d (, in, N, 1, 2 ) b1+ ( )b1 ( ) k / n1,k, (16) 18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ where N = 2 N | g |2 / in, spectral function 4 1 N 2in (, in, N, 1, 2 ) =, (17) ( in + ) | 2i + ( 1 + 2 ) + N /(1 i / in ) | 2 characterizes spectral properties of the light field storage (we have taken into account the expecta tion values b2+ (v)b2 (v ) = S+,m ( t 0 )S,m ( t 0 ) = 0, m=1,..M, for the used initial state.

j j For relatively narrow spectral width f of the signal field and weak atomic decoherence rate 21 in comparison with inhomogeneously broadened width ( f,k t 1 in + 21 ) we get from Eqs. (16), (18):

1 4 /( 1 + 2 ) QST ;

k =, (18) ( 1 + 2 ) [1 + /( 1 + 2 )] where = 2 N1 | g1 |2 / in is a photon absorption rate by N-atomic ensemble in unit spectral domain (we assumed in 12 ). Quantum efficiency Q ST,k reaches unity at / 1 = 1 and 2 / 1 1 that shows a promising possibility of perfect storage for multi-mode signal field (number of the tempor al signal modes is limited by M max ~ in 211 1 ) at moderate atomic density. Note that 1 = is a condition of matched optimal matching between the waveguide modes and the atomic system in the single mode cavity. In this case the signal field with many temporal modes enters in the circuit and transfer to the QM atomic system without any from the cavity similar to simple absorption in a re sonator [10,11]. The one step storage of the multi-mode field is possible for inhomogeneously broa dened atomic (electron spin) transition where the effective quantum storage of multi-mode fields occurs for arbitrary temporal profile of the modes. In order to construct the efficient QM for the multi-mode fields we follow the protocol of the photon echo QM proposed in 2001 [9] by exploit ing symmetry properties of the light atoms dynamics for the absorption stage and echo emission stage. After the perfect storage in accordance with above coupling matching condition we change a sign of the detunings j j at time moment t= by changing a magnetic field polarity similar to recent experiments [4]. For the case of negligibly weak interaction with the free modes and slow atomic decoherence, i.e. assuming 21 0, 2 0, we find that the initial quantum state of the mul ti-mode signal field will be reproduced at t = 2 due to complete unitary reversibility in the irra diate echo signal getting the field spectrum inverted relatively to the central frequency o in com parison with the original one. By taking to account the atomic decoherence and coupling with free modes similar to the absorption storage we find the echo field:

exp{2 21 (t )} M + k =1 d (, in, N, 1, 2 )b1,k ( ) exp{i (t + k 2 )}, (19) aecho (t ) = 2 where we assumed weaker decoherence in comparison with the temporal duration of the input light pulses ( t 21 1 ) we find the total number of photons irradiated in the echo signal:

necho = dbecho (, t 2 )becho (, t 2 ) = k =1 necho,k, M + (20) where + necho,k = exp{4 21 ( k )} dv[(v, in, N )]2 n1,k (v), (21) So the quantum memory efficiency will be E QM = (1 / n1 )k =1 n1,k E QM,k, n (22) 18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ where the total retrieval efficiency of the k-th temporal mode in the echo field pulse is EQM,k = (1 / n1,k ) d b1+ ( ;

t )b1 ( ;

t ) k = QST,k exp{4 21 ( t k )}, (23) where factor exp{4 21 ( t k )} describes a destructive influence of the atomic decoherence on the QM efficiency during the storage time 2( t k ) of the k-th mode. By taking into account the sto rage efficiency QST,k of single temporal mode we find that the QM efficiency will be close to 100% for the optimal matching condition 1 = of atomic ensemble with the waveguide modes and spec tral matching condition 1 = 2 in. We stress a principle advantage of the proposed here multi-mode QED cavity QM with respect to the QMs based on the well-known variants of photon echo QMs [12,13] where 100 % efficiency occurs only for infinite optical depth of the coherent resonant atom ic system ( L 1 ). Thus the predicted here highly efficient multi-mode integrated QM opens a door for practical application in quantum storage and processing.

Quantum transfer from QM node to processing nodes Let’s consider a principle scheme of the QC with three nodes. The circuit contains the QM node and two processing nodes. QM node is loaded in gradient magnetic field providing an inho mogeneous broadening of atomic frequencies in f with central atomic frequency coinciding with the circuit frequency qm = o. The second and third nodes have N atoms in each node with equal frequencies 2,3 within each node which are tuned far away from the frequency o. Below we demonstrate a perfect transfer of arbitrary qubit between QM node and other node of the circuit.

We take into account the multi-qubit initial state encoded in the n temporally separated photon modes which are stored in one step to the QM node as it is presented in the previous section. When the storage procedure is completed, we switch off the inhomogeneous broadening in the QM node and we tune away the atomic frequency from resonance with the circuit frequency qm o. In or der to transfer one arbitrary k-th qubit state from the QM node to the processing (2-nd) node we switch off the coupling with the external waveguide (that leads to 1 = 0 ) and then we launch re phasing of the atomic coherences in QM node by reversion of the atomic detunings for time t :

~ j,1 (t ) j,1. It is obvious that the k-th qubit state will be rephased at tk = 2 tk. Before re phasing of k-th mode we equalize the frequencies of QM-node and of the 2-nd node with the cavity frequency o at time moment t 2 tk +1 + t. The quantum dynamics of the k-th atomic cohe rence in the QM node, of atomic coherence in 2-nd node and of the circuit mode will be determined by the following system of equations dt S ;

m (t ) = g m a i[ j, m + j, m (t )]S ;

m (t ), j j j d (24) a = m=1 j =m1 g m S j;

m (t ), M Nj d (25) dt where m=1,2, the atomic frequency detuning in the 2-nd node are j, 2 = 2. By using a formal so lution (23) for the atomic coherences and Eq. (24) we get the field equation t dt ' exp{(i + 21 )(t t ' )}a(t ' ) a = N 1 g1 S 1) (t ) + N 2 g 2 S 2) (t ) N 2 | g 2 | ( ( d dt t dt ' exp{( + 21 )(t t ' )}a(t ' )}, N 1 | g1 | 2 (26) in where N1 g1 S 1) (t ) = j 1=1 g j1 S j1 ( ) exp{i j1 (t ) i j1 (t, )}, N ( (27) N 2 g 2 S 2) (t ) = j 2=1 g j2 S j2 ( ) exp{i 2 (t ) i j2 (t, )}.

N ( (28) 18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ Below we evaluate the expectation values of the field and atoms operators a 0 |... | k ( ) a for initial state of atoms | k ( ) a in QM node that corresponds to the k-th stored mode. By taking into account the initial ground state of atoms in 2-nd node, we get S j2 ( ) = 0 and S 2 ) (t ) = ( in Eq. (25). The atomic coherence in the QM (1-st) node will be determined by the rephasing of the k-th quibit state so that S 1) (t ) = S 1,k (t ~ ) exp{ 21 (t t k )}, ( () tk (29) S (1) (t ~ ) = N 1 ( g / g ) S j1 ( ) exp{i (t ~ )}.

N t t (30),k k 1 j1 1 j1 k j1 = We have fixed the influence of the atomic decoherence in Eq. (28) so the atomic coherence is de scribed only by rephasing of the k-th atomic coherence S 1,k (t ~ ) in QM node.

() tk By assuming relatively large temporal duration of the mode field (narrow spectral width f t 1 in + 21 ) in solution of Eq. (25) we get (see Appendix) 1 t dt ' S (t ) {t (t t ' ) + ( 21 + i 2 )(t t ' )}, a(t ) = (31) (1) | g1 | where sin{S o eis (t t ' )} ~ (t t ' ) = exp{ 1 ( + i 2 )(t t ' )}, (32) So eis ~, S o and s are given in (A.4) of Appendix. The efficient transfer of atomic coherence between QM and the processing (2-nd) node is possible for specific temporal mode of the phasing QM co herence S 1) (t ' ). In our case we call the mode by the “self-mode of quantum computer” (or ( “QC-mode”) which provides a perfect transfer of quantum information to the processing (2-nd) node with complete depopulation of the field mode at some fixed moment of time t = ttransf (i.e.

a (t transf ) = 0 ). Such S1 (t ' ) mode for Eq.(25) is equal to S 1) (t ' ) = f o M QC [t ': ~, ] = f o {(~ t ' ) ( 21 + i 2 ) dt"(~ t" )}, (33) t' ( tk tk tk ~ where f o is an arbitrary constant and ( tk ) 0 for initially dephased atomic coherence in the QM node. By putting (32) in (30) we find the cavity mode field at the moment of time ~ t = t transf = tk :

a(~ ) = 1 f o {M QC [~ : ~, ] M QC [ : ~, ]} 2 tk tk tk tk | g1 | 1 ( 21 + i 2 ) 2 ~k ~ 2 f o ( tk t ' )dt '.

t = (34) | g1 | As seen in Eq. (33), we should minimize the parameters 21 and 2 = 0 for ideal suppression of the field mode. In this case we get 1 21 f 1 22 f a(~ ) = o o / 1 0. (35) tk 21 / in 1 | g1 | 4 21 | g1 | 2 [1 + 2 2 ] 2 ( in + 21 ) Also we find that k-th atomic coherence of the QM node is depopulated at t = ~ due to complete t k transfer to the processing node. Thus the quantum computer modes characterize by the temporal shape (34) provides a perfect transfer of quantum information between the QM and any processing node. It is obvious, that the transfer can be reversible so that the quantum information will return 18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ completely to the QM node in further evolution for t ~. So we have to switch off the resonant tk ~ between the QM node, cavity mode and the processing node in order to keep the condition at t tk quantum state in the processing node. Similarly we can transfer many qubits from the QM node to a number of the processing nodes that is important for realization of single and two-qubit gates. Rea lization of efficient and fast processing with large number of qubits is a subject of further investiga tions.


Conclusion In this work we have elaborated the multi-mode QM integrated into the quantum computer circuit. Here we should be able to control the carrier frequencies of the processing nodes in order to provide the resonant interaction between the QM node and cavity mode with the external input light field. Also we have found self-temporal modes of quantum computer which leads to efficient coupl ing of the QM with arbitrary processing node characterized by perfect transfer of the quantum in formation between them. We note that the described quantum memory and quantum transport can be realized with 100% efficiency for the optimal moderate parameters of the atomic ensemble. The observed processes open a promising possibilities for practical realization of ideal multi-mode quantum memory in quantum computing.

Acknowledgement The authors thank the grant of the Russian Foundation for Basic Researches numbers: 08-07-00449, 10-02-01348 and Government contract of RosNauka # 02.740.11.01.03.

Appendix We find a solution of Eq. (15) by using f t 1 in + 21 in t dt ' exp{( + 21 )(t t ' )} a(t ' ) ( in + 21 ) 1{1 ( in + 21 ) 1 dt } a(t ). (A.1) d in t By introducing the new variable = dt ' exp{i( 2 i 21 )(t t ' )} a(t ' ) in Eq. (25) we get a new equation:

( 21 + i 2 ) tt + {i 2 + 21 + /( in + 21 )} t + { + } = S1 (t ).

2 2 (A.2) ( in + 21 ) 2 | g1 | By solving (A.2) for ( ) = t ( ) = 0 and taking into account a = t + [ 21 + i 2 ] we find (30) where (t t ' ) is given in Eq. (31), 2 = N m | g m | 2 [1 N 1 | g1 | 2 /( in + 21 )]1, m ( + ) ~ = {1 + 21 in 2 21 }, (A.3) ( in + 21 ) ~ 1 22 A = {1 + 2 }+, (A.4) 2 ( in + 21 ) 4 ( + ) B = 1 [1 21 in 2 21 ]2, (A.5) 2( in + 21 ) B S o = A 2 + B 2, tg{2 s } =. (A.6) A References [1] M.A. Nielsen, & I.L.Chuang, Quantum Computation and Quantum Information (Cambridge Univ. Press, 2000).

[2] P. Kaye, R. Laflamme, & M.Mosca, An Introduction to Quantum Computing (Oxford Univ.

Press, 2007).

[3] D.P. DiVincenzo, & D. Loss, Superlattices and Microstructures 23 (1998) 419.

18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ [4] M.P. Hedges, J.J. Longdell, Y. Li. & M.J. Sellars, Nature, 465 (2010) 1052.

[5] S.A. Moiseev, F.F. Gubaidullin and S.N. Andrianov, ArXiv: 1001.1140v2 January (2010).

[6] S.A. Moiseev, S.N. Andrianov, and F.F. Gubaidullin, Phys. Rev. A 82 (2010) 022311 (2010).

[7] D.F. Walls, G.J. Milburn, Quantum Optics (Springer, Heidelberg, 1994).

[8] M. Tavis, & F.W. Cummings, Phys. Rev. 170, (1968) 379.

[9] S.A. Moiseev, Journal of Physics B: Atomic, Molecular & Optical Physics 40 (2007) 3877.

[10] H.A. Haus, Waves and Fields in Optoelectronics (Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, NJ, 1984).

[11] A.E. Siegman, Lasers (University Science Books, Mill Valley, CA, 1986).

[12] A.I. Lvovsky, B.C. Sanders, & W. Tittel, Nature Photonics 3 (2009) 706.

[13] W.Tittel, M.Afzelius, T. Chaneli`ere, R.L.Cone, S.Kroll, S.A.Moiseev, and M.Sellars. Laser & Photon Review, 4 (2010) 244.

МАТЕМАТИКА КАК ЧАСТЬ ФИЗИКИ Р. Ф. Полищук Астрокосмический центр Физического института им. П. Н. Лебедева РАН Как устроена Вселенная? Опыт – источник и критерий истинности всех наших знаний.

«Спуститесь к морю, вглядитесь в него», – обращается к своим слушателям Ричард Фейнман (Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс. Фейнмановские лекции по физике. Вып. 1, М. : Мир, 1967.

– С. 37) и продолжает: «Это ведь не просто вода. Это вода и пена, это рябь и набегающие волны, это облака, солнце и голубое небо, это свет и тепло, шум и дыхание ветра, это песок и скалы, водоросли и рыбы, их жизнь и гибель, это и вы сами, ваши глаза и мысли, ваше ощу щение счастья. И не то ли в любом другом месте, не такое ли разнообразие явлений и влия ний? Вы не найдёте в природе ничего простого, всё в ней перепутано и слито. А наша любо знательность требует найти в этом простоту, требует, чтобы мы ставили вопросы, пытались ухватить суть вещей и понять их многоликость как возможный итог действия сравнительно небольшого количества простейших процессов и сил, на все лады сочетающихся между со бой. И мы спрашиваем себя: отличается ли песок от камня? Быть может это всего лишь мно жество камешков? А может и Луна – огромный камень?»

Да, Луна – своего рода большой камень, точнее, твёрдая порода. На Земле твёрдые по роды образуют горы, высота которых ограничена прочностью электронных оболочек атомов горных пород. Масса Земли почти на два порядка больше массы Луны, и потому энергия гравитационного сжатия раскалила и расплавила внутренность Земли, а внутренность Солн ца с массой, на пять с половиной порядков превосходящей массу Земли, раскалилась до пе режигания водорода в гелий. Дальнейший рост массы создаст такой экзотический объект как чёрная дыра.

Но вопросы остаются. Как проквантовать гравитацию? Как связаны три фундаменталь ные физические константы? Есть вопросы и «попроще». «Спрашивается: какое нужно давле ние, чтобы прогнать сквозь трубку данное количество воды? И никто, основываясь только на первичных законах и на свойствах самой воды, не умеет ответить на этот вопрос. Если вода течёт неторопливо или когда сочится вязкая жижа вроде мёда, то мы прекрасно всё умеем.

Ответ вы можете найти в любом вашем учебнике. А вот с настоящей, мокрой водой, брыз жущей из шланга, справиться мы не в силах» (там же, с. 69). Не решена аналитически даже задача классической механики о движении твёрдого тела с полостью, частично заполненной жидкостью (такова запускаемая с космодрома ракета). Есть математическая физика, эконо 18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ физика, математическая история, но нет ещё математической биологии и математической психологии с их новыми понятиями.

Здесь приходится включать «воображение, чтобы за намёками увидеть что-то большее и картину, встающую за ними, и потом поставить опыт, который убедил бы нас в правильно сти догадки. Этот процесс воображения настолько труден, что происходит разделение труда:

бывают физики-теоретики, они воображают, соображают и отгадывают новые законы, но опытов не ставят, и бывают физики-экспериментаторы, чьё занятие – ставить опыты, вооб ражать, соображать и отгадывать» (там же, с. 22). «Если бы в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались бы уничтоженными и к грядущим поколениям живых существ перешла бы только одна фраза, то какое утверждение, состав ленное из наименьшего количества слов, принесло бы наибольшую информацию? Я считаю, что это – атомная гипотеза (можете называть её не гипотезой, а фактом, но это ничего не меняет): все тела состоят из атомов – мельчайших телец, которые находятся в беспрерыв ном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если одно их них плотнее прижать к другому. В одной этой фразе, как вы убедитесь, содержится неверо ятное количество информации о мире, стоит лишь приложить к ней немного воображения и чуть соображения» (там же, с. 23).

Другой способ резюмировать картину мира в одной фразе предпринял Пифагор (572 497 до н. э.): мир есть число и гармония. Первая аксиома натуральных чисел гласит: единица есть натуральное число. Но у Пифагора единица – не число, а именованная реальность, к которой все другие (натуральные) числа приобщаются через своё соотношение с единицей:

количество всегда есть количество чего-то, так что абстрактные аксиомы натуральных чи сел – метафизические научные мифы, существующие только в воображении и дающие нача ло математике как метафизической части физики, допускающей мысленные манипуляции и эксперименты (для математика В. И. Арнольда математика есть часть физики, где экспе рименты наиболее дёшевы). У Пифагора реальны только отношения целых чисел, рацио нальные числа, каждое из которых определяется через бесконечный класс эквивалентности ( pn, qn ), где n - произвольное натуральное число. Но как же быть тогда с длиной диагонали единичного квадрата? Она определяется как сечение всюду плотного множества (сущест вующего в мысли, но не в опыте) дробей, квадрат которых меньше двух. Математика расще пилась на дискретную математику Демокрита (примерно 470-360) и континуальную матема тику Платона (429-347), иррациональные вещественные числа которой существуют только в воображении. Карл Вейерштрасс назвал математику наукой о бесконечном. Но бесконечное не дано нам в опыте и существует тоже только в воображении. Квантовая механика перено сит акцент с непрерывного на дискретное. Сверхбольшие конечные числа (скажем, «гугол факториал», гугол – это 10100 ) можно считать практически бесконечными величинами разно го порядка. Да и компьютеры имеют дело только с конечными приближениями.

Как пишет Роджер Пенроуз (Путь к реальности, или законы, управляющие Вселенной.

Полный путеводитель. М. -Ижевск: Институт компьютерных исследований, НИЦ «Регуляр ная и хаотическая динамика», 2007, с. 31), «применительно к обыденной, повседневной жиз ни математическая точность мирового порядка выглядела зачастую сухой, непривлекатель ной и какой-то ограниченной, несмотря на всю, казалось бы, фундаментальную истинность математики самой по себе. Соответственно многие в те давние времена позволяли себе, заво рожённые красотою изучаемого предмета, унестись на крыльях воображения далеко за пре делы разумного. В астрологии, например, геометрическим фигурам часто приписывали ещё и мистические и оккультные свойства – взять хотя бы пентаграммы и гептаграммы, которые, как предполагалось, обладали магической силой. Предпринимались попытки и усмотреть связь между платоновыми телами и элементарными состояниями материи» (тетраэдр – огонь, октаэдр – воздух, икосаэдр – вода, гексаэдр – земля, додекаэдр – небесный свод). Ок культная арифметика связывала понятия с числами, и арифметические действия превраща 18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ лись в суждения с «оргвыводами» (сегодня олигархи несут серьёзные финансовые потери, руководствуясь в бизнесе астрологией как оккультным предком астрономии).

Платон знал, что математические высказывания как предположения, истинность кото рых устанавливается неопровержимо, описывают не реальные физические объекты, а некие идеальные сущности, образующие свой мир, онтологический статус которого у него выше статуса мира физического. Например, параболоид радиотелескопов не бывает идеальным, а чувствительность физических приборов – бесконечной. Но как прекрасен платонов образ чи сел и идеальных форм, «нарезающих» из абсолютно податливой (воображаемой Платоном и отождествляемой им с пространством, в отличие от Демокрита с его неделимыми атомами и бесконечно делимым пустым пространством) материи реальные величины и формы! Сегодня мы знаем, что при конкретном достижении предела применимости идеальных математиче ских образов к физической реальности возникает новая физика, «заказывающая» новую ма тематику. Но где «безначальное начало» всей реальности, как действительной, так и вообра жаемой?

Парадоксальное «постижение непостижимости» бездонного безначального начала вид но уже у Платона в непознаваемости Единого, взятого в его единстве. Дело, очевидно, в замкнутости Единого на Иное и Многое и в существенном различии между существованием как таковым и знанием о нём, в их двуединстве для homo sapiens, оперирующего понятиями, каждое из которых имеет конечный предел применимости. Процитируем в этой связи Сергея Сергеевича Аверинцева (Риторика и истоки европейской литературной традиции. М. : Шко ла «Языки русской культуры», 1996, с. 17). «Общепринятое обыкновение до сих пор застав ляет всех говорить – с полным основанием! – что философия впервые родилась в Ионии и что её основателем, самым первым философом средиземноморского круга был Фалес, хотя все отлично знают, что древние египтяне, вавилоняне, иудеи и до него куда как серьёзно за думывались над глубинными вопросами жизни и смерти. Нельзя утверждать, что «Книга Ио ва» уступает в глубине самым прославленным порождениям греческой философии (на каких весах можно было бы проверить такой приговор?..);

и всё же «Книга Иова» являет собой всё что угодно – «мудрость», может быть, «философствование», но во всяком случае не филосо фию. Вся мысль египтян, вавилонян и иудеев в своих предельных достижениях не филосо фия, ибо предмет этой мысли не «бытие», а жизнь, не «сущность», а существование, и опе рирует она не «категориями», а нерасчленёнными символами человеческого самоощущения в-мире, всем своим складом исключая технико-методическую «правильность» собственно философии.

В отличие от них греки, если позволительно так выразиться, извлекли из жизненного потока явлений неподвижно-самотождественную «сущность» (будь то «вода» Фалеса или «число» Пифагора, «атом» Демокрита или «идея» Платона) и начали с этой «сущностью»

интеллектуально манипулировать, положив тем самым начало философии. Они высвободили для автономного бытия теоретическое мышление, которое, разумеется, существовало и до них, но, так сказать, в химически связанном виде, всегда внутри чего-то иного. В их руках оно впервые превратилось из мышления-в-мире в мышление-о-мире. Но совершенно анало гичную операцию они проделали со словом, изъяв его из житейского и сакрального обихода, запечатав печатью «художественности» и положив тем самым – впервые! – начало литерату ре. В этом смысле литература, скажем, библейского типа может быть названа «поэзией», «писанием», «словесностью», но только не «литературой» в собственном, узком значении термина. Она не есть литература по той же причине, по которой ближневосточная мысль не есть философия.

В обоих случаях мы высказываем не оценку их уровня, а характеристику их сущности, мы отмечаем не их мнимую неполноценность сравнительно с литературой и философией греческого типа, а их глубокое типологическое отличие от последних… Когда речения «про 18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ роков» получали письменную фиксацию, возникали весьма своеобычные произведения, без которых немыслим облик Библии. Но ни «мудрецы», ни тем паче «пророки» никоим образом не были по своему общественному самоопределению литераторами. Учёность на службе царя, вера на службе бога – и словесное творчество всякий раз лишь как следствие того и другого служения, всякий раз внутри жизненной ситуации, которая создана отнюдь не лите ратурными интересами» (конец цитаты С. С. Аверинцева).

«Человек разумный» высвободил для автономного бытия смысловой стержень Вселен ной, породившей его как особенное всеобщего, как парадоксальное двуединство бытия и су ществования, подчиняющееся модальной логике, отличной от аристотелевой, булевой. Чело век как наиприроднейшее и наисложнейшее космическое существо соединил массу-энергию мира с его информацией-сложностью, и синергетика улавливает диалектическое двуединство человека, в котором соединились материя и дух как закон человеческого существования, со единились субстанция и её атрибут как «фюсис-физика», природа устройства этой субстан ции. При этом мир и истина о мире есть процесс. Не только полнота каждого состояния мира разворачивается процессом идеального в познании развивающейся идеей (например, говоря «окружность», мы её мысленно чертим, разворачиваем в модусе времени, а потом берём как ставшее в модусе пространства, удерживаемого памятью при переходе от одного мгновенно го пространства к другому), не способной уловить сразу всю информацию познаваемого со стояния мира, но и сам мир самоизменяется: сами инварианты его трансформации, сама не подвижно-самотождественная сущность допускают и «зовут» их обобщение – ведь проведе ние границы есть и её переступание.

Именно абсолютность границы делает человека человеком, своего рода существом фрактальным, в котором граница становится своего рода территорией, подобно фьордам Норвегии, где смешаны без смешения, переплетены «в каждой клетке» стихии моря и суши.

Нервная, дыхательная, кровеносная и прочие системы человека фрактально переплетены (с обрезанием мультифрактального самоподобия на определённом масштабе для реального взаимодействия), тело человека, по сути, – часть его мозга. Атомы тела – память образовав шего их взрыва сверхновых звёзд около 14 миллиардов лет тому назад, мозг – непрерывно изменяющаяся (в отличие от компьютеров, следующих извне заложенной программе) ин формационная динамическая мультистабильная система с памятью, позволяющей накапли вать опыт, адаптироваться к окружению, выносить прошлое в предвидимое (вероятностное) будущее в виде цели (преемство эстафеты жизни и её передача дальше), экономящей затраты жизненных ресурсов для её достижения, для воплощения в физических и «метафизических»

потомках, в детях и культуре. Содержание культуры и самой жизни в конечном счёте опре деляется ежемгновенным перепроигрыванием ситуаций встречи сингулярных граничных моментов рождения и смерти человека (например, каждое утро – своего рода новое рожде ние человека и его мира), до последнего дыхания заканчивающихся победой жизни над смертью. Парадигма фрактальности вместе с парадигмами релятивизма и квантовости обра зуют современную физическую картину мира для познающего его человека.

Глубокое типологическое отличие типичных жизненных ситуаций различных истори ческих эпох склоняет сегодня тех, кто осмысливает историю человечества и человеческой мысли, к глубокому уважению всех этих эпох, отличающихся формой воплощения высшего Начала, но не его отрицанием – от первобытных мифов до современного просвещённого ате изма в духе, скажем, космического «религиозного» чувства Эйнштейна, покорённого строй ностью мироздания и способностью её познавать. Центр человеческого бытия во все истори ческие эпохи остаётся прежним, но с ростом разрешающей способности разума человек всё детальнее членит реальность и усматривает всё более глубокие её корни. При этом рост зна ния сопровождается ростом рисков и угроз существованию человека, но у него нет иного выхода, кроме как проводить всё более тонкие различения и закалять дух разрешением про тиворечий, казавшихся прежде неразрешимыми. Именно великая сложность человека спо 18-24 июля НАУКА И ИННОВАЦИИ собна (с помощью его метафизики и универсальной развивающейся математики как её части:

в переводе с голландского математика – точное знание) уловить великую простоту миро здания.

Человек, как сказал великий математик Владимир Игоревич Арнольд (1937-06-12, Одесса, - 2010-06-03, Париж), видит и мыслит в терминах инвариантов. Инварианты и улав ливают неподвижно-самотождественную сущность вариативного мира как его истину, от личную от нерасчленённых символов человеческого самоощущения-в-мире. Истина принад лежит виртуальному пространству культуры как характеристическому свойству человека.

Как сказал другой великий математик, Николай Иванович Лобачевский (1792, Нижний Нов город - 1856, Казань), «поверхности и линии не существуют в природе, а только в вообра жении: они предполагают, следовательно, свойство тел, познание которых должно родить в нас понятие о поверхностях и линиях» (Математический энциклопедический словарь. М. :

«Советская энциклопедия», 1988, с. 718). Лобачевский уловил саму суть метафизики как то го, что существует только в воображении, то есть в мифе в широком смысле этого слова (мифом называем здесь именно то, что существует только в воображении). Но логика обра зов реалий продиктована логикой самих реалий.



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 16 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.