Анализ тональности текста. Альтернативный подход и немного технических моментов.
Всем привет! В прошлом посту про компьютерную лингвистику, я вкратце рассказал, как можно прикрутить машинное обучение для понимания эмоций в тексте. В этом посту я постараюсь осветить другой подход. Также расскажу немного про препроцессинг текста.
Ах да, в прошлом посту я упомянул про Bo Pang (который придумал собственно использовать машинное обучение для анализа текста), но дал ссылку на его работу, где он догадался использовать субъективные отзывы (то бишь, где выражаются чувства пользователя). Исправляюсь, даю ссылку на его первую работу. А теперь:"Ok, let's go!"
Содержание
1. Подход на эвристиках (классическая работа Питера Тёрни)
4. Препроцессинг текста.
5. Заключение и спойлеры следующего поста.
1. Эвристический подход
С самого начала существовал и иной подход, который имеет право на существование. Использование неких эвристик при анализе текста. Эвристика - это некоторое правило, которые мы придумали, исходя из жизненного опыта. На мой взгляд, главным по использованию эвристик был Peter Turney. Именно на его работах основаны более поздние правила. Всё началось с его работы, изданной в 2002 году и снискавшей огромную популярность.
Между прочим, мой дорогой читатель, хочу рассказать и о небольших шутках учёных. Работа Питера содержала в названии: "Thumbs Up or Thumbs Down. ". Что перевести можно как "Классно или Фигня". И сразу же Bo Pang выпустил свою триумфальную работу, которая называлась "Thumbs Up!" (ссылку дал в начале поста). Таким образом старина Пэнг слегка подкольнул своего коллегу.
Вернёмся к Питеру. Попробуем описать более-менее детально его идею.
1. Питер выступил в роли кэпа - прилагательные и наречия почти всегда содержат эмоциональную окраску. Однако, просто использовать мешок слов не есть гуд. Надо бы определить контекст.
2. А для определения контекста неплохо было бы заготовить некоторые шаблоны. Шаблон - это некоторая последовательность частей речи. Чтобы далеко не ходить, возьмём таблицу из его статьи:
Здесь автор использует следующие сокращения:
NN - существительное, единственное число
NNS - существительное. В общем, помните в английском: Peter's - Питера ? Это и имеется в виду. ИЛИ множествнная форма.
RBR - сравнительное наречие. Пример: "more seriously"
RBS - превосходная форма наречия. Пример: "most seriously"
VB - глагол в начальной форме.
VBD - глагол в прошедшем времени
VBG - причастие. Например, reading – читающий
VBN - причастие в страдательном залоге. Например, "A broken cup lay on the floor" - Разбитая чашка лежала на полу
Например, фраза: "good day" будет описываться шаблоном: "JJ NN".
Вроде, ничего не забыл. Кто хочет полностью посмотреть список различных тэгов для таких вот шаблонов - милости прошу. А мы пока вернёмся к Тёрни.
3. Есть такая мера, называется PMI (Poinwise Mutual Information). Нам надо каждому шаблону/слову дать оценку, на основе этой меры.
Интуиция подсказывает, что если два слова x и y чаще встречаются вместе,а не раздельно, то у них похожая семантическая ориентация (очень и очень грубо говоря, это означает, что два слова синонимы). Формулу расчёта вы можете увидеть выше. p(x,y) - вероятность встретить два слова в одном тексте. p(x) и p(y) - вероятность их встретить вообще.
Так вот, Питер предложил мерить тональность слова/шаблона как PMI между словом/ шаблоном и словом "отлично", затем мерить PMI со словом "плохой" (excellent и poor в оригинале), а после вычитать одно из другого. Эта разница будет называться Semantic Orientation (SO)
Почему именно с этими двумя словам? Питер, как он писал, просмотрел туеву хучу отзывов, которые оценили или на 5 баллов, или на 1 балл. Там эти два слова встречались повсеместно.
Вот примеры его итоговых оценок: Это позитивные шаблоны
А вот вам негативные:
4. А теперь, когда у нас есть оценка у каждого шаблона, мы можем их извлечь из отзыва, а затем с чистой совестью просуммировать всё (так было в оригинале у Turney).
Затем идея шаблонов развивалась и корректировалась. Из более современных авторов, которые использовали похожие идеи могу назвать Maite Taboada и её здоровенный обзор. Пару идей от туда, которые я тоже в той или иной мере использовал.
1. Слова усилители. Вот примеры из её работы.
Intensifier Modifier (%)
Слева само слово, а справа процентный модификатор. Например, если слово "good" имеет SO равное 1, то словосочетание "very good" имеет оценку 1.25.
2. Слова отрицания. Почитал сейчас и ужаснулся тому, что я знал. Там немного нетривиально - в общем, через пост про машинное обучение расскажу. Не хочу перенагружать пост- ещё про препроцессинг надо рассказать.
2. Биграммы
Рассказывая про шаблоны у Turney, я постоянно оперировал двумя-тремя словами идущими подряд. Естественным образом возникает идея улучшить подход на основе машинного обучения.
Наш мешок слов теряет порядок слов в предложении, а нельзя ли хоть частичку этого сохранить? Хотя бы отрицания. Ответ положительный! Давайте использовать биграммы. Покажу пример:" Я не люблю пить кофе утром, но вечером мне это нравится". Пошли выписывать паросочетания слов, которые идут подряд:"Я не", "не люблю", "люблю пить", "пить кофе", "кофе утром" итд. Это уже лучше - у нас появляются не просто отрицания, а отрицания чего-либо. Мы можем перехватить не просто "хорошо", а "очень хорошо".
Из минусов: у нас очень и очень здорово растёт размерность. На практике, биграммы давали неплохой прирост точности. В силу специфики языков:
1. В английском языке хороши биграммы
2. В русском языке хороши триграммы (по три слова подряд)
3. Тулзы
Здесь особо разглагольствовать не буду. Дам краткий обзор.
Томита-парсер. Довольно прикольная тулза. Я её использовал в своём диссере, чтобы извлечь факты. Что именно нравится/не нравится пользователю, кто кому кем приходится. Что, где, когда и кем было сделано. Пишешь свою грамматику, свои словари, свой формат для вывода фактов и запускаешь. Дёшево и сердито. Присутствует прекрасный мануал от яндексоидов.
Стэнфордский университет
Как Вы догадались, речь пойдёт о творениях этого университета. Вообще, глубочайший респектос данному университету. Его тулзы просто поражают воображение. Вот вам разбор предложения, а вот вам и инструмент для анализа тональности текста. Есть свой корпус слов. Возьмём предложение:" This movie doesn't care about cleverness, wit or any other kind of intelligent humor." Вот результат разбора.
Синеньким будет показано позитивые конструкции, а светлым негативные. На кэггле был замечательный и интересный конкурс от этого универа (про то, что там специально создаются команды, чтобы побеждать на кэггле, я тактично умолчу). В общем, круто.
Lucene
Вообще, эта тулза весьма и весьма функциональна. Чего только в ней нету! Она хороша и приспособлена для информационного поиска, но там есть ряд довольно интересных возможностей для работы с текстом. Нормализация, стэмминг ой. Кажется, я уже начал рассказывать следующее. Говоря кратко, с Lucene, я практически не работал и перейдём к следующему пункту.
4. Препроцессинг текста.
Прежде всего: для анализа текста используется небольшой ряд технических процедур:
1. Всё приводится к нижнему регистру.
2. Удаляются "стоп-слова".
Первый пункт в принципе понятен. Для справедливости отмечу, что не всегда это хорошо. Например, если у нас в отзыве есть:"БОЖЕСТВЕННО!", то довольно очевидно, что написание с большой буквы эквивалент какого-нибудь слова "очень". Второй вопрос более интересен.
Стоп-словами называются слова, которые очень часто встречаются и не несут никакой особой эмоциональной нагрузки. Например,"в", "на","туда", "оно", "его", "мне" (В более широком смысле, это слова, которыми можно пренебречь при работе с текстом определённой тематики). Как их можно определить? Варианта два: вручную или при помощи нашей старой знакомой формулы delta tf.idf.
Vt,d — вес слова t в документе d
Сt,d — кол-во раз слово t встречается в документе d
|P| — кол-во документов с положительной тональностью
|N| — кол-во документов с отрицательной тональностью
Pt — кол-во положительных документов, где встречается слово t
Nt — кол-во отрицательных документов, где встречается слово t
Вообще, эта формула получается довольно просто из обычной формулы tf.idf.
Поясню: tf (term frequency - частота слова) показывает как часто слово встречается в определённом документе. idf (iinverse document frequency — обратная частота документа. В формуле это логарифм). idf уменьшает как раз вес стоп-слов. Действительно, если какое-то слово очень-очень часто встречается во всех отзывах/документах - то наверняка оно какое-то. слишком уж общее.
delta tf.idf - это просто показывает силу эмоциональной окраски слова, путём расчёта разности между tf.idf по позитивным документам и негативным. Соответственно, в задачах анализа тональности текста можно просто записать в стоп-слова все слова, которые имеют маленькое значение по модулю delta tf.idf
Давайте-ка мы вспомним bag-of-words, описанный мною в предыдущем посте. Мы можем использовать, когда хотим похвалить что-либо, такое слово: "Прекрасный". Но если пойдёт речь о женском роде, мы будем говорить "Прекрасная", а если захотим использовать наречие, то вообще "прекрасно". Соответственно, нерационально хранить в своём языке всевозможные варианты слова "Прекрасный". Уместно хранить только корень слова. Процесс избавления от суффиксов и окончаний называется стеммингом. Классический алгоритм - стеммер Портера. (даю ссылку на вики, поскольку там есть ссылки и на русский стеммер, и на английский)
Вообще, принято работать с нормальным словоформами и этот процесс называется лемматизацией . Лемматизация - процесс приведения словоформы к лемме — её нормальной (словарной) форме. Английская вики даёт одно важное уточнение, в отличии от русской: процесс стемминга довольно-таки формален и в нём ничего интересного нету. А вот лемматизация сильно зависит от частей речи - поэтому, алгоритм лемматизации ещё являет собою открытую проблему. Из очевидных плюсов: работать становится легче, если мы используем какие-нибудь простые модели, основанные на bag-of-words. Размерность векторов сильно понижается из-за этого и точность зачастую только возрастает.
От себя замечу, что лемматизация/стемминг не всегда добро. Иногда-иногда из-за этого можно потерять важную информацию в анализе тональности текста. Например, слова "понравился" и "нравился". На практике, "нравился" довольно часто используется в примерно в таком духе:"Раньше мне Звёздные Войны нравились, а теперь нет". Можно придумать и другие полуискусственные примеры. Единственное, что хорошо, такая ситуация не очень часто встречается, но про неё всегда надо помнить.
Довольно часто приходилось работать ещё с аббревиатурами и опечатками. С аббревиатурами более-менее ясно. Их можно использовать в качестве отдельных слов. И это кстати, даёт отличный прирост, нежели просто игнорировать их. Например, "omg" - явный маркер, что рядом будет что-то эмоциональное.
Всё интереснее с опечатками. Оцените эмоции двух фраз: "Беда - пичалька" и "Печально мне. ". В первом случае сарказм, а во втором действительно грустная эмоция. Здесь мы сталкиваемся с проблемами определения сарказма в тексте. Определение сарказма в тексте мягко говоря нетривиальная задача и я читал всего одну статью на эту тему. Ссылку дам в конце.
Что делал я? А ничего. Убил трое суток, но составил словари, где были всевозможные смайлики, жаргонизмы, шутливые аббревиатуры и сделал отдельными признаками и понадобавлял в словари. Обычные опечатки исправлял, с сарказмом - отдельные слова и шаблоны. Вообще, алгоритм оценки тональности у нас был. чем-то на заражённого Лёху Стукова из второго старкрафта похож.
Вроде и человек, но и явно какое-то нечеловеческое существо. Вроде бы ходит, бьётся, в полном сознании живёт, но он был уже убит. Одним словом - гибрид.
Про наш алгоритм я расскажу чуть попозже (думаю, что через пост) - итак пост здоровый получился.
Вместо заключения:
Надеюсь, что было интересно! С удовольствием отвечу в комментах, если будут вопросы.
Следующий пост про машинное обучение я опубликую в воскресенье-понедельник. В нём я ненадолго уйду от лингвистики: детально и по полочкам расскажу про своё участие с Олегом в одном конкурсе по машинному обучение и как мы попали в десятку лучших, упустив второе место; про один конкурс от билайна; про два подхода в построении ансамблей алгоритмов (бэггинг и бустинг)
Всем неравнодушным ссылки:
1. Первая работа Peter Turney, которой был посвящён пост.
2. Maite Taboada - последователь Turney. Её обзор я прокомментирую через пост, где буду давать описание своего алгоритма.
3. Томита Парсер. Даю ссылку на их мануал.
4. Дитя Стэнфорда для разбора предложений. И его брат для анализа тональности текста
5. Любой программист - must have: Маннинг Кристофер, Рагван Прабхакар, Шютце Хайнрих. Введение в информационный поиск. Куча деталей и метрик позаимствовано из книги.
6. Статья про сарказмы в твиттере.
Наука | Научпоп6.5K постов 71.6K подписчика
Правила сообществаВНИМАНИЕ! В связи с новой волной пандемии и шумом вокруг вакцинации агрессивные антивакцинаторы банятся без предупреждения, а их особенно мракобесные комментарии — скрываются.
Основные условия публикации
- Посты должны иметь отношение к науке, актуальным открытиям или жизни научного сообщества и содержать ссылки на авторитетный источник.
- Посты должны по возможности избегать кликбейта и броских фраз, вводящих в заблуждение.
- Научные статьи должны сопровождаться описанием исследования, доступным на популярном уровне. Слишком профессиональный материал может быть отклонён.
- Видеоматериалы должны иметь описание.
- Названия должны отражать суть исследования.
- Если пост содержит материал, оригинал которого написан или снят на иностранном языке, русская версия должна содержать все основные положения.
Не принимаются к публикации
- Точные или урезанные копии журнальных и газетных статей. Посты о последних достижениях науки должны содержать ваш разъясняющий комментарий или представлять обзоры нескольких статей.
- Юмористические посты, представляющие также точные и урезанные копии из популярных источников, цитаты сборников. Научный юмор приветствуется, но должен публиковаться большими порциями, а не набивать рейтинг единичными цитатами огромного сборника.
- Посты с вопросами околонаучного, но базового уровня, просьбы о помощи в решении задач и проведении исследований отправляются в общую ленту. По возможности модерация сообщества даст свой ответ.
Наказывается баном
- Оскорбления, выраженные лично пользователю или категории пользователей.
- Попытки использовать сообщество для рекламы.
- Многократные попытки публикации материалов, не удовлетворяющих правилам.
- Нарушение правил сайта в целом.
Окончательное решение по соответствию поста или комментария правилам принимается модерацией сообщества. Просьбы о разбане и жалобы на модерацию принимает администратор сообщества. Жалобы на администратора принимает @SupportComunity и общество пикабу.
Стало быть, примерно так и написан @L4rever?
Наиболее востребован машинный перевод в определенных технических тематиках. Вот, например, WIPO Translate неплохо справляется с переводим патентов. (Я проверял при настройках на определенные тематики и языковые пары. )
А скоро будет пост про ваш подход с Томита-парсером? Только начинаю изучать эту тему и как раз наткнулась на этот тул. Безумно интересно узнать про ваш опыт.
Ваще ничо не понял. Это настолько узкоспециализированная тема, что любой клоун может на ней выехать в среде профанов. Статья у него про сарказмы в свитере. А на стенах общественных сортиров?
Болтология сплошная, ради болтовни.
Волосатые женщины и прогрессивные мужчины: зачем нужны ДВА пола? Биология(часть 1)
Вокруг полов и их количества происходит котовасия. Кто-то твёрдо уверен, что половые различия – устаревший пережиток. То есть мужчины и женщины совершенно одинаковы, а в разделении на М и Ж виновато воспитание, голубой и розовый цвет, а также другие стереотипы нашего общества (от которых нужно срочно избавляться). А кто-то считает, что полов вовсе не два, а… много. Энн Фаусто-Стерлинг (американская сексолог) предложила целых пять. Facebook решил гулять на все и добавил в профайлы пользователей 71 вариант гендерной идентичности. Ну ладно, это просто соцсеть, пусть хоть сто придумает. Но вот тут всё серьёзно: США в 2021 году был выдан первый паспорт с третьим вариантом пола – Х. Пол Х означает, что гендерная принадлежность человека не является чисто женской или чисто мужской.
А ведь действительно: зачем нужно разделение на два пола? А если пол нужен, то сколько? Два или 71? Вопросы, которые на первый взгляд имеют очевидный ответ, не так уж и просты, если призадуматься. Со времён Дарвина ученые не могли толком ответить, какие преимущества даёт двуполый способ размножения. Были выдвинуты десятки гипотез. Некоторые из них, мягко говоря, кажутся странными: например, гипотеза “Красной Королевы”.
(Ряд ученых были убеждены, что пол, по сути, предназначен лишь для того, чтобы животные могли защищаться от. паразитов. Эта версия успешно гуляет по сети до сих пор, хотя в 2004 г. дотошные учёные проверили гипотезу «Красной Королевы» на математической модели: чтобы паразиты стали причиной разделения полов, их должно было быть немыслимо огромное количество — во много раз больше, чем есть на самом деле.)
В общем, ответить на вопрос, почему у самых развитых животных и растений, подавляюще преобладает двуполое размножение, оказалось непросто. И вот почему (предупреждаю, будет как всегда: сложно, но интересно)
Сотни клонов
Началось всё с бесполого варианта размножения около 3,8 млрд лет назад. Клетка просто распадалась пополам, клонируя саму себя. Простые микроорганизмы и по сей день пользуются этим нехитрым способом приумножиться и расселиться. А что, очень удобно: партнёр не нужен, "наклепать" своих клонов можно в любое время, в каждом укромном углу. Увеличение числа особей идет в геометрической прогрессии, а геометрическая прогрессия - это мощь:
"Бактерия делится примерно каждые 20 минут, давая две дочерние клетки. С такой скоростью из одной клетки за 10 часов может образоваться 1 ООО ООО ООО потомков. А через сутки при благоприятных условиях их масса составит примерно 400 т." (Экологический справочник)
Но у такого фантастически плодовитого вида размножения есть один гигантский недостаток: отсутствие генетического разнообразия. Все потомки получаются одинаковыми, как две капли воды, а одинаковость в постоянно меняющемся мире – это плохо. Знаете поговорку: "Где толстый только сохнет, там худой сдохнет»? Вот она отлично подходит для понимания роли генетического разнообразия в выживаемости вида – чем выше вариации по какому-то признаку, тем больше шансов, что кто-то да выживет и продолжит род. Плюс изменения в геноме – это двигатель прогресса; может появиться какой-то новый очень полезный признак, который позволит виду продвинуться вверх по эволюционной лестнице. Разнообразие - наше всё.
При бесполом же размножении источником изменений в геноме служат только случайные генетические мутации (напомню: мутации бывают не только вредные, но полезные – помогающие приспосабливаться к изменениям среды). С точки зрения полезной мутации бесполое размножение – хорошо, нововведение из генома уже никуда не денется и будет переходить по наследству. Но с вредными мутациями - засада. Они тоже никуда не деваются из генома и являются причиной, по которой бесполая популяция непрерывно ухудшается, так как происходит накопление дефектов. Получается, при бесполом размножении количество потомства в огромном плюсе, а вот разнообразие сильно хромает.
А что, если стать собственным ребёнком?
Недостаток бесполого размножения привёл к гениальному решению перемешивать гены двух особей. Это повышает генетическое разнообразие, а значит и шансы на выживание в самых непредсказуемых условиях, и толкает вперёд развитие. Появился половой процесс (не путать с половым размножением, тут количество особей не увеличивается, только происходит обмен генетической информацией).
Один из вариантов полового процесса - конъюгацию - можно наблюдать у инфузорий. Эти милейшие одноклеточные в стабильной среде делятся по старинке - клонируют себя любимого. Но когда среда начинает меняться, они на всякий случай «готовятся» к неожиданностям. Две инфузории подплывают друг к другу и соединяются в районе предротовой полости. Их оболочки в месте соприкосновения растворяются, цитоплазмы сливаются, и во время такого «поцелуя» происходит дружественный обмен генами. Количество особей, прошу заметить, при этом не меняется, - инфузории после обмена благополучно «отлипают» друг от друга и расплываются по своим делам. Но генетически они уже совсем не такие, как были до процесса.
Как пишет А. Потехин, кандидат биологических наук: "Если провести аналогию с человеком (у которого половой процесс также не всегда ведет к размножению), можно представить конъюгацию, как если бы после акта любви оба партнера становились близнецами и при этом одновременно превращались в своих собственных детей — по сути, перерождались."
Эта парочка конъюгирующих инфузорий была застукана мной на днях в пробе пресной воды из пруда. Микроскоп: Motic BA310, oblique illumination
Половой процесс оказался очень полезным нововведением: он повышал генетическое разнообразие, а значит – адаптационные возможности вида. Потому эволюция пошла по этому пути дальше.
Половое размножение возникло раньше, чем пол!
Половое размножение возникло с "изобретением" гамет – половых клеток. Эти клетки были особенными: каждая гамета содержала только половину наследственной информации родителя, специально для того, чтобы найти такую же «половинку», и слившись с нею, образовать полноценный новый организм. Это уже получался не клон, а смесь двух организмов, особь с другими вариантами признаков. Блестящее решение проблемы "одинаковости" бесполого деления!
Сначала половые клетки все были одинаковых размеров и имели жгутики – чтобы путешествовать в поисках своей «половинки». Но гаметам жизненно важно не только уметь передвигаться. Им нужен запас питательных веществ – чтобы образовавшаяся от слияния двух гамет клетка могла благополучно развиваться. Таскать с собой «провиант» было неудобно и энергозатратно – потому гаметы «придумали» разделить обязанности. Ну, «придумали», это образно выражаясь, так как придумывалки у них, конечно, не было. Это (как и всё остальное) произошло методом проб и ошибок, по определённым закономерностям за сотни тысяч(миллионы?) лет: то есть путём естественного отбора.
Итак: сначала все половые клетки были одинаковых размеров со жгутиками (изогамия). Потом одни из гамет стали мельче (анизогамия). В конце концов самые крупные утратили жгутики (оогамия). То есть, с течением эволюции одни гаметы оставили себе функции «путешественников» – стали мельче и шустрее, а другие превратились в «домоседов» - лишились подвижности и стали крупнее, приныкав внутри запас питательных веществ. Так произошел первый шаг на пути к образованию полов – разделение половых клеток(гамет) на женские и мужские не только физиологически(внутренне), но и морфологически(внешне).
Изогамия сейчас наблюдается у некоторых простейших и водорослей, анизогамия - у водорослей, оогамия - у растений, грибов, животных(и нас в том числе).
Но и это ещё не было настоящим разделением полов! Да как так, когда уже кончится эта статья. А вот так: одна особь производила не один вид гамет, а ОБА вида сразу. Была, так сказать, не мальчиком или девочкой, а два в одном. Таким образом половое размножение появилось раньше разделения полов и это полезно знать. Вот такой интересный парадокс.
Два в одном.
Про гермафродитизм постараюсь очень кратко, потому как там… всё сложно.
Главное понять, что это уже считается половым размножением, но ещё не половым разделением! Гермафродит производит и мужские и женские половые клетки, являясь по сути и мамой и папой одновременно. Есть варианты гермафродитизма, когда особь может становиться на время «папой», на время «мамой» - периодически, в зависимости от условий. Удобно, правда? А в крайнем случае, когда партнёра, даже страшненького, рядом нет, некоторые гермафродиты могут оплодотворить и сами себя, на время пренебрегая разнообразием потомков в пользу их количества.
Потери и приобретения.
При появлении полового размножения главная проблема бесполого размножения была решена. Особи успешно обменивались генами, повышая разнообразие и приспосабливаемость потомков. Полезные комбинации генов быстро распространялись в популяции, а вредные – успешно из неё элиминировались.
Конечно, по сравнению с бесполым размножением, половое имело недостатки. Организмы стали меньше плодиться (теперь нужно было найти другую особь, пройти несколько стадий размножения, кучу времени потратить - не то что старое доброе развалиться пополам в укромном углу). Но главное – отныне родители передавали всего половину своей наследственной информации, а не всю, как при клонировании – вот такие чудовищные жертвы со стороны генома! И тем не менее, эгоистичный геном был на это «согласен», так как преимущество долгосрочной выгоды такой кооперации оказалось огромным.
Так половое размножение выиграло эволюционный тендер. Несмотря на недостатки, оно оказалось более выгодным для дальнейшего развития, чем бесполое. Эгоизм и количество, которым до этого брали самые примитивные формы жизни, были побеждены кооперацией и разнообразием. Да здравствует дружба!
Ну и на том бы, как говорится, и сказочке конец – что может быть идеальнее гермафродита? Но нет. Гермафродитизм свойственен животным, стоящим на сравнительно низкой ступени эволюции: это плоские и кольчатые черви, улитки, моллюски. У более развитых форм по каким-то причинам произошло РАЗДЕЛЕНИЕ полов. Появились не просто мужские и женские половые клетки, а мужские и женские особи. А это означало, что задача ещё усложнилась. Ведь им нужно было не просто найти соседа для спаривания, а соседа противоположного пола! И тихо сам с собой тоже больше не прокатывало. Это огромный риск с точки зрения генов: потери в количестве потомков и риск не оставить потомства вообще. И тем не менее, раздельнополое размножение преобладает среди высокоразвитых форм жизни!
Вы ещё здесь? Браво, немного современных людей находят в себе силы дочитывать до конца такие длинные тексты!
Непорочное зачатие. Партеногенез.
Я еще немного вас помучаю. Партеногенез – это половое, но однополое размножение. Да, и такое бывает. Когда есть яйцеклетка, но оплодотворение ей не нужно. С партеногенезом вообще запутанная история, скажу только, что он появился, по-видимому, как попытка «избавиться» от самцов (правильно, зачем они нужны, мы ж все одинаковые) То есть, уже после разделения полов эволюция пошла и по такому пути – постаралась сократить один из них. Партеногенезов есть множество форм, но что-то дальше насекомых, рыб и пресмыкающихся дело не пошло. Стоит призадуматься.
Половое многообразие.
А были ли попытки у эволюции создать больше полов, чем два? Конечно! Есть гриб, у которого 23 328 разных полов, щелелистник называется: https://elementy.ru/kartinka_dnya/376/Shchelelistnik_i_tysya.
Тут даже Фейсбук с его 70 гендерами завистливо курит в сторонке. Так что, природа даёт зелёный свет: можно смело выдумывать и третий пол, и ещё пятьдесят… Если вы - грибница.
Что мы имеем
Давайте, наконец, поведём итог. Способов размножения у живых организмов – несколько сотен (да, жизнь очень изобретательна!). Но их все можно разбить на три класса. Бесполое, половое и раздельнополое. Бесполое, самое древнее – клетка делится на два одинаковых клона, передаёт всю свою генетическую информацию. Половое – для размножения нужен партнёр, передаётся половина генов, но оба родителя взаимозаменяемы. Раздельнополое – происходит дифференциация на мужскую и женскую особь, больше никаких я сегодня мама, а завтра папа.
Если в переходе от бесполого к половому размножению выгоды понятны (повышение генетического разнообразия, выживаемости и ускорение эволюции), то зачем произошло дальнейшее разделение – совершенно не очевидно. На первый взгляд никакой пользы вообще нет, одни потери. Так почему же тогда не прижился гермафродитизм, партеногенез и тысячи полов, а все высокоразвитые организмы двуполы и выбрали такой «ущербный» способ размножения?
Кстати, за рубежом учёные, похоже, до сих пор не знают, зачем пол вообще существует и какие в этом эволюционные преимущества. Цитирую:
"Книга Вильямса(Williams, 1975) начинается с фразы: “Преобладание полового размножения у высших растений и животных несовместимо с современной эволюционной теорией”. У Мэйнарда Смита (Maynard Smith,1978) читаем: “Мы не имеем удовлетворительного объяснения тому, как возник и как сохраняется пол.” Еще один авторитет по проблеме пола пишет: “Довольно поразительно, но ученые не могут убедительно сказать, зачем существует пол?” (Crews, 1994). Все это свидетельствует о том, что центральная проблема эволюционной биологии и генетики—проблема пола—за рубежом остается все еще нерешенной."
А в книге К. Зиммера “Эволюция: Триумф идеи” вообще утверждается, что: “Пол не только не нужен, но и является рецептом для эволюционной катастрофы.»
И всё это странно, потому что у нас еще в 1965 году советским учёным (физиком!) был предложен потрясающий ответ и построена великолепная теория, которая уже входит в учебники ВУЗов РФ.
Но, подозреваю, что вы утомились. А теория, о которой я собираюсь рассказать, в кратком изложении 260 страниц. Так что пока всё, пойду ещё ужимать материал. Подписывайтесь и узнаете, зачем отличаются М от Ж, почему у женщин лучше нюх, а мужчины чаще болеют. Ну или не подписывайтесь.
Дешифровка египетской письменности. От иероглифов до коптского языка. Ученые против мифов 17
Как впервые был расшифрован древнеегипетский текст? Что означает цвет, которыми писались иероглифы? Что такое "иератика" и "демотика"?
Мастер-класс «Письменность Древнего Египта»
Записано в залах Государственного Музея Изобразительного Искусства им. Пушкина специально для форума "Ученые против мифов. Пробуждение Пингвохотепа" и впервые демонстрировался на форуме 9 апреля 2022 года.
Ведущая: Евгения Анохина, к.и.н., научный сотрудник Отдела Древнего Востока ГМИИ им. Пушкина.
Научный юмор
В научном мире есть свои шубейки, которые обывателям зачастую непонятны. Как минимум потому что для этого надо много знать по теме. Зачастую такие шутки основаны на простейших явлениях.
В этом видео мы на практике реализуем шутку про то, как с помощью электролиза проверить посолен ли суп.
Вроде бы "глупость", особенно для прожжённых "учёных", но весёлый способ узнать про электролиз обывателю.
Приятного аппетита и просмотра!
Урановые рудники
Дорогие друзья, в народе есть море "шуток" и мифов про урановые рудники, на которые отправляли всех "не угодных" и провинившихся. В этом видео мы посетим самые настоящие урановые рудники. А точнее самое старое действующее предприятие по добыче урана в мире.
Находится оно в Краснокаменске (рядом с Забайкальском).
Уникальные кадры с уникального предприятия.
Правда ли, что комнатные растения эффективно очищают воздух?
Распространено мнение, что комнатные растения способны в значительной мере очистить воздух в помещении и обогатить его кислородом. Мы решили проверить, подтверждается ли это научными данными.
(Спойлер для ЛЛ: нет)
Первые научные данные о способности комнатных растений очищать воздух были опубликованы НАСА в 1989 году. Для эксперимента учёные выбрали 12 растений, в том числе фикус Бенджамина, хедеру, спатифиллум и четыре вида драцены, входящие в упомянутые выше рейтинги, а также сансевиерию, аглаонему, хамедорею, хризантему и герберу. Горшки с растениями поместили в герметичные камеры и через различные промежутки времени стали замерять уровень содержания вредных веществ в окружающем их воздухе.
Оказалось, что цветы весьма эффективно перерабатывают опасные летучие органические соединения (ЛОС) — бензол, формальдегид и трихлорэтилен, которые входят в состав гипсокартона, ДСП, бытовой химии и косметики. За 24 часа уровень содержания ЛОС в камерах уменьшился почти на 90%. Исследователи подсчитали, что в закрытых герметичных условиях одного горшка с этими растениями достаточно для очистки воздуха на пространстве в 9 кв. м.
Вполне вероятно, что, опираясь именно на это исследование, садоводы-любители и сделали вывод о способности комнатных растений эффективно очищать воздух в помещении. Однако они упустили из виду несколько важных факторов.
Во-первых, речь шла исключительно о герметичных системах, а не о жилых помещениях с постоянной циркуляцией воздуха.
Во-вторых, вместо земли для растений использовался субстрат на основе активированного угля — вещества, широко известного своими абсорбирующими свойствами. Поэтому даже растения с полностью срезанными листьями, а также сами горшки без растений показывали высокие результаты по очистке воздуха.
По словам Майкла Уоринга, профессора и инженера-эколога в Дрексельском университете (США), в стандартном офисном помещении размером 10 х 10 футов (то есть примерно 3 х 3 м) для столь же эффективной очистки воздуха, как в проведённом НАСА эксперименте, понадобилось бы установить 1000 растений. В 2019 году Уоринг с коллегами опубликовал в журнале Exposure Science & Environmental Epidemiology результаты метаанализа 196 экспериментов и 12 научных публикаций по очистке воздуха в помещениях с помощью комнатных растений.
Исследователи пришли к выводу, что в условиях негерметичных помещений растения, хотя и удаляют из воздуха летучие органические соединения, делают это настолько медленно, что не могут справляться со скоростью воздухообмена в них. Майкл Уоринг резюмирует:
Группа учёных из Кембриджа отдельно исследовала возможности комнатных растений поглощать формальдегид. Поставив опыт над 27 видами листовых растений, они пришли к выводу, что «скорость поглощения этого вредного вещества через устьица была слишком низкой, чтобы оправдать утверждения о том, что растения вносят полезный вклад в очистку воздуха в помещениях». Не продемонстрировали растения и эффективности против образующегося в помещении озона. «Если бы уровень озона в вашем доме составлял условные 30 единиц, то с помощью комнатных растений вы могли бы снизить этот показатель лишь до 29,7», — говорит Эллиотт Галл, соавтор исследования и профессор Портлендского университета.
Более того, размещение в комнате большого количества растений может иметь и обратный эффект — может увеличиться концентрация ЛОС. Американское общество садоводов предупреждает, что пластиковые горшки для растений, отдельные микроорганизмы в почве, пестициды и удобрения могут ухудшать качество воздуха в домах, а также провоцировать у проживающих там людей аллергию, обострение бронхиальной астмы и приступы головной боли.
Из школьной программы по биологиивсем нам известно, что растения в процессе фотосинтеза поглощают углекислый газ и вырабатывают кислород. Но может ли комнатное растение произвести объём кислорода, существенно улучшающий качество воздуха?
Давайте посчитаем. Взрослый здоровый человек в сутки потребляет около 550 л кислорода. По подсчётам Марко Торна, специалиста по клеточной биологии, на каждые 150 г прироста лиственной массы у растений приходится выделение 22 л кислорода. Таким образом, чтобы цветок в горшке мог производить 550 л кислорода в сутки, его лиственная масса должна увеличиваться в день на 3,75 кг. Представить такое быстрорастущее растение в условиях жилого помещения невозможно. Так что существенного влияния и на объём кислорода в воздухе растения не оказывают.
При этом наука не стоит на месте. Учёные из Вашингтонского университета вывели генетически модифицированный плющ вида эпипремнум золотистый, который с помощью гена, полученного из печени кролика, утилизирует бензол в 4,7 раза быстрее, чем обычные представители этого вида. В том же университете сейчас реализуют и проект по созданию растений, способных эффективно поглощать из воздуха формальдегид. Так что вполне возможно, что в будущем растения и смогут справляться с очисткой воздуха в помещении куда лучше.
При этом комнатные растения всё-таки не бесполезны — доказано, что они существенно снижают психологический и физиологический стресс и помогают людям чувствовать себя счастливее.
Таким образом, растения пока не могут считаться эффективными очистителями воздуха в жилых помещениях, так как скорость переработки ими вредных веществ существенно ниже естественного воздухообмена. Но специалисты в области генной инженерии ищут способ, как научить цветы в горшке поглощать больше вредных веществ и делать воздух чище. К тому же комнатные растения не только приятны глазу, но и полезны для нашей психики.
Наш вердикт: неправда
Ещё нас можно читать в Телеграме, в Фейсбуке и в Вконтакте
В сообществах отсутствуют спам, реклама и пропаганда чего-либо (за исключением здравого смысла).
Правда ли, что подсчёт овец помогает быстрее заснуть.
. и мысли о чём, согласно исследованиям, помогают заснуть быстрее всего.
(Да, на эту тему есть авторитетные исследования)
Представить себе и сосчитать овечек, по очереди перепрыгивающих через изгородь, считается хорошим способом борьбы с бессонницей. Мы решили проверить, подтверждается ли эффективность такой методики научными данными.
По подсчётам учёных, около 10% взрослого населения планеты страдают от хронической бессонницы, ещё 30–50% имеют эпизодические проблемы со сном. Причины бессонницы разнообразны: неправильные условия засыпания, пренебрежение гигиеной сна, стресс, болезни, в том числе психические, приём некоторых лекарственных и наркотических препаратов. Спровоцировать проблемы со сном может также посменная работа, частая смена часовых поясов и световое загрязнение — засвечивание городского ночного неба искусственными источниками освещения.
Бессонница — опасное заболевание, недостаток сна приводит к ухудшению кратковременной и долговременной памяти, повышает риск сердечно-сосудистых заболеваний, провоцирует проблемы с остеогенезом (формированием костной ткани), приводит к появлению лишнего веса, запуская различные метаболические нарушения. Существует даже фатальная бессонница — редкое наследственное заболевание со стопроцентным летальным исходом.
Методики преодоления этого неприятного и опасного для организма состояния занимают многих учёных. В 2002 году группа исследователей из Оксфордского университета провела сравнительный анализ разных техник засыпания. В эксперименте принимал участие 41 доброволец, страдающий бессонницей. Учёные разделили волонтёров на три группы, предварительно подсчитав время, которое требовалось участникам, чтобы уснуть. Затем исследователи попросили первую группу в процессе засыпания считать в уме овец, вторую — представлять разные пейзажи (лес, водопад, ручей и т. д.), а третья группа была контрольной, участники не получали никаких инструкций от экспериментаторов и засыпали так, как им было привычно.
Самой эффективной оказалась техника воображения природы — представляя умиротворяющие пейзажи, добровольцы засыпали в среднем на 20 минут быстрее, чем в те ночи, когда не представляли ничего. При этом считавшие овец не могли погрузиться в сон дольше, чем в другие ночи, когда никакого подсчёта парнокопытных не вели. Элисон Харви, одна из учёных, проводивших эксперимент, резюмирует:
О бесполезности и даже вредности подсчёта различных млекопитающих перед сном говорит также психолог Дайана Ричардс из Австралии, занимающаяся исследованием сна. По её мнению, подсчёт как таковой может спровоцировать дополнительный стресс, а прыгающие овцы могут оказать излишнее стимулирующее влияние на мозг. «Если бы вы просто любовались на спокойно стоящих овец, представляли себе мягкость их шерсти, это, вероятно, было бы лучше», — считает Ричардс.
Зоотехник экспериментальной станции министерства сельского хозяйства США (XD) Брет Тейлор согласен с выводами психологов: «Я пытался однажды считать овец, и мне это не помогло быстрее заснуть. Мне в принципе сложно представить овец, прыгающих через забор, сами по себе овцы так не поступают, пока ты их не заставишь».
Вместо подсчёта овец эксперты Гарвардской медицинской школы предлагают более эффективные и проверенные способы заснуть. Чтобы нормализовать сон, нужно:
- ложиться и просыпаться в одно и то же время;
- прекращать использование электронных устройств за два часа до сна;
- создать комфортную среду для сна — тихое и тёмное место;
- не заниматься в кровати никакими посторонними делами (гусары, молчать!).
Если уснуть не дают тревожные мысли, учёные предлагают выписать их на бумагу, а также воспользоваться техниками расслабления и нормализации дыхания.
Таким образом, подсчёт овец, возможно, и успокаивал наших предков-пастухов настолько, что они моментально проваливались в сон, однако современному человеку прыгающие через забор парнокопытные не помогут быстрее заснуть, скорее, даже помешают. А вот если представить себе бегущий через лес ручей или красивый водопад, то долгожданный сон может наступить значительно раньше.
Наш вердикт: неправда
Ещё нас можно читать в Телеграме, в Фейсбуке и в Вконтакте
В сообществах отсутствуют спам, реклама и пропаганда чего-либо (за исключением здравого смысла).
Фундамент квантового интернета: телепортация кубита
Для ЛЛ и гуманитариев: Забейте.
Статьи размещаю для себя, и на случай споров с коллегами +вдруг кому интересно.
Если хотите попонтоваться или прикинуться интеллектуалом - подписывайтесь.
Интернет сейчас и интернет двадцать лет тому назад хоть и обладают общими чертами, но все же различны. То же самое можно сказать и любой другой технологии, которая продолжала совершенствоваться из года в год. Мы уже не пользуемся дискетами для хранения данных и не загружаем сайты по несколько минут через dial-up. Но, как говорится, нет пределу совершенства. Ученым из Делфтского технического университета (Нидерланды) удалось телепортировать кубит, что может стать основой для будущего квантового интернета. Как именно была реализована телепортация, где она была выполнена, и как именно это можно использовать для построения квантовых сетей? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.
Основа исследования
Как говорят ученые, квантовая телепортация — это основная процедура для надежной отправки кубитов по сетевым каналам, а также фундаментальный базис протоколов и приложений квантовых сетей. Используя телепорт в виде предварительно разделенного запутанного состояния, квантовая информация передается путем выполнения совместного измерения состояния Белла (BSM от Bell-state measurement) в части запутанного состояния отправителя и состояния кубита, которое необходимо телепортировать. Состояние восстанавливается на принимающем узле с помощью операции шлюза, обусловленной результатом BSM. Поскольку квантовая информация не передается физическим носителем, протокол нечувствителен к потерям в соединительных фотонных каналах и на промежуточных узлах. Детерминированный BSM в сочетании с прямой связью в реальном времени обеспечивает безусловную телепортацию, при которой передача состояния достигается каждый раз, когда состояние кубита вкладывается в телепорт.
Первые шаги на пути квантовой телепортации были сопряжены с использованием фотонных состояний. Вслед за развитием узлов квантовой сети со стационарными кубитами была реализована дистанционная телепортация кубитов между захваченными ионами, захваченными атомами, алмазными азотно-вакансионными (NV от nitrogen-vacancy) центрами и узлами памяти на основе атомных ансамблей.
Ученые отмечают, что хоть будущие квантовые сетевые приложения будут широко использовать телепортацию между неподключенными узлами в сети, жесткий набор требований к предварительному совместному запутыванию, BSM и времени когерентности для обеспечения прямой связи в реальном времени до сих пор тормозил реализацию телепортации за пределы непосредственно связанных стационарных узлов сети.
В рассматриваемом нами сегодня труде ученые смогли обойти эти ограничения с помощью набора ключевых нововведений, в результате чего им удалось достичь телепортации кубитов между несоседними узлами сети (1а). Исследуемая квантовая сеть состояла из трех узлов в линейной конфигурации: Алиса, Боб и Чарли. Каждый из узлов содержал NV центр внутри алмаза.
Изображение №1
На 1b показаны этапы протокола телепортации. Чтобы подготовить телепорт, был использован протокол обмена запутанностью, опосредованный Бобом, аналогичный протоколу квантового повторителя, чтобы установить запутанность между Алисой и Чарли. Как только сообщается об успешной подготовке телепорта, состояние входного кубита подготавливается на Чарли и, наконец, телепортируется к Алисе.
Результаты исследования
Ключевым параметром квантовой телепортации является точность предварительно разделенного запутанного состояния между Алисой и Чарли. Поскольку это состояние генерируется путем замены запутанности, его достоверность можно повысить, уменьшив количество ошибок в отдельных связях. Используемая сеть создает запутанность между соседними узлами с использованием однофотонного протокола в архитектуре с оптической фазовой стабилизацией. Строительным блоком этого протокола является запутанное состояние кубит-фотон, создаваемое в каждом узле.
Чтобы сгенерировать это запутанное состояние, коммуникационный кубит инициализируется в состоянии суперпозиции |ψ⟩ = √α|0⟩ + √(1 − α)|1⟩, после чего применяется селективный по состоянию оптический импульс, который переводит популяцию из |0⟩ в оптически возбужденное состояние. После спонтанного излучения состояние кубита запутывается с числом фотона (0 или 1 фотон).
Этот протокол выполнялся на обоих узлах, а резонансные фотонные состояния интерферировались на светоделителе (2a).
Изображение №2
Обнаружение одиночного фотона в одном из выходных портов идеально предвещает генерацию запутанного состояния |ψ⟩ = (|01⟩ ± |10⟩)/√2, в котором фаза ± устанавливается сработавшим детектором. На 2b показаны совместные результаты измерений кубитов в вычислительной базе после активации запутанности, показывающие ожидаемые корреляции.
Неверность* сгенерированного состояния имеет три основных вклада: двойное заполнение состояния |0⟩, двойное оптическое возбуждение и конечная различимость фотонов.
В случае двойной занятости состояния |0⟩ (что происходит с вероятностью α) оба коммуникационных кубита находятся в состоянии |0⟩ и испускают фотон. Обнаружение одного из этих фотонов приводит к ложному обнаружению запутанного состояния. Второй эффект, двойное возбуждение, связан с конечной длительностью оптического импульса по сравнению с оптическим временем жизни излучателя. Существует конечная вероятность того, что коммуникационный кубит излучает фотон во время этого импульса, впоследствии повторно возбуждается, а затем испускает еще один фотон, в результате чего состояние кубита оказывается запутанным с двумя фотонами. Обнаружение или потеря первого фотона разрушает когерентность запутанного состояния кубит-фотон, а обнаружение второго фотона может затем ложно отмечать генерацию запутанного состояния.
Стоит отметить, что ложные обнаружения, вызванные двойной занятостью состояния |0⟩ и двойным возбуждением, сопровождаются дополнительным испускаемым фотоном. Следовательно, обнаружение этого дополнительного фотона позволяет однозначно идентифицировать такие события и, таким образом, исключать ложные оповещения в реальном времени.
Такая схема исключения была реализована посредством контроля пути обнаружения нерезонансной фононной боковой полосы (PSB от phonon-side band) на обеих установках во время и после оптического возбуждения (2a). Чтобы исследовать эффект этой схемы, ученые генерировали запутанность на отдельных каналах и извлекали события, отмечающие запутанность, для которых PSB мониторинг отмечал присутствие дополнительного фотона. Для этих событий проводился анализ соответствующих измерений кубитов (2c).
Было выделено два отдельных режима: во время оптического импульса (фиолетовый) и после оптического импульса (желтый). Когда на детекторе PSB Алисы (или Боба) во время оптического импульса регистрируется фотон, видно, что выход 01(10) наиболее вероятен (отмечено фиолетовым на 2c). Это показывает, что только одна установка находилась в состоянии |0⟩ и, следовательно, что оба обнаруженных фотона исходят от Алисы (или от Боба). Таким образом, обнаружение фотонов PSB во время оптического импульса в первую очередь указывает на ошибки двойного возбуждения.
Напротив, когда фотон регистрируется после оптического импульса в детекторе PSB Алисы или Боба, результат 00 наиболее вероятен (отмечено желтым 2c). Это указывает на то, что обе установки находились в состоянии |0⟩ и излучали фотон. Таким образом, обнаружение фотона PSB после оптического импульса указывает на ошибку двойной занятости состояния |0⟩. Результаты, показанные на 2c, были обнаружены и для запутанных состояний, генерируемых на линии Бою-Чарли.
Третий основной источник неточности, конечная различимость, может возникать из-за расстройки частот между излучаемыми фотонами. В то время как большая часть этих расстроек устраняется заранее с помощью проверки зарядового резонанса (CR от charge-resonance) перед запуском протокола, коммуникационные кубиты могут по-прежнему подвергаться небольшой спектральной диффузии. В используемом однофотонном протоколе это приводит к расфазировке, которая сильнее для фотонов, которые обнаруживаются позже по сравнению с оптическим импульсом. Сокращая окно обнаружения, можно повысить точность запутанного состояния за счет более низкой скорости запутывания. Посему было решено использовать ширину окна в 15 нс. На 2d обобщены измеренные улучшения на отдельных каналах и предполагаемое влияние на точность запутанного состояния Алисы-Чарли. Увеличение на ≈3% играет важную роль в повышении точности телепортации.
При подготовке телепорта запутанная связь Алиса-Боб надежно хранится в кубите памяти посредством прерывания последовательности и ее повторного формирования, когда запутанное состояние Боб-Чарли не обнаруживается в течение фиксированного количества попыток (тайм-аут).
Кубитами памяти 13C можно с высокой точностью управлять с помощью кубита связи. Ранее проведенные исследования показали, что в магнитном поле 189 мТл попытки генерации запутанности с коммуникационным кубитом не ограничивают время дефазировки памяти T*2, что в перспективе позволяет существенного увеличить время сохранения памяти с активной защитой когерентности.
Изображение №3
Данная защита была реализована путем интеграции разъединяющего π-импульса на кубите памяти в экспериментальную последовательность, которая следует за событием обнаружения, при этом гарантируя, что все фазы, которые подхватываются из-за вероятностного характера удаленного процесса запутывания, компенсируются в реальном времени (3a).
На 3b показаны результаты проверки производительности вышеописанной последовательности при постоянном состоянии суперпозиции в кубите памяти. Было выявлено, что без разъединяющего импульса затухание длины блоховского вектора не изменяется попытками запутывания. Напротив, когда применяется импульс, затухание замедляется почти в 6 раз. Это дает константу затухания N1/e, равную ≈5300 попыткам запутывания, что является самым высоким числом, зарегистрированным на сегодняшний день для алмазных устройств.
Стоит отметить, что высокоточное считывание кубита памяти требуется как при подготовке телепорта (у Боба), так и во время самого протокола телепортации (у Чарли). Кубит памяти считывается путем сопоставления его состояния с коммуникационным кубитом с использованием квантовой логики, за которым следует однократное считывание коммуникационного кубита с использованием оптического возбуждения и обнаружения, зависимых от состояния.
Из-за ограниченной эффективности сбора фотонов (≈10%) и конечной цикличности оптического перехода (≈99%) точность считывания коммуникационного кубита различна для |0⟩ и |1⟩ и вероятность присвоения правильного состояния значительно выше, если был обнаружен один или несколько фотонов (присвоенный результат 0), чем если бы фотоны не были обнаружены (присвоенный результат 1).
Ранее ученым удалось обойти это ограничение, обусловив получение именно результата 0. Однако такой подход плохо масштабируется, поскольку вызывает преждевременное прерывание протокола с вероятностью >50% при каждом считывании кубита памяти. Решением этой проблемы стало повторяющееся считывание кубита памяти (3c), т. е. поочередное сопоставление вычислительных базовых состояний кубита памяти с состоянием коммуникационного кубита |0⟩. На 3d показана верность n-го повторения считывания для двух начальных состояний кубита памяти на Бобе. Каждое повторное считывание снижало верность всего лишь на 1%, что говорит о возможности нескольких считываний без каких-либо значимых потерь.
Затем назначалось состояние за счет первого считывания, а последовательность продолжалась только в том случае, если последующие считывания согласовывались с первым. На 3e показана верность считывания, полученная в результате вышеописанной методики. Использования двух считываний уже было достаточно, чтобы снизить погрешность с 6% до 1%. В результате верность для Боба составила 99.2%, а для Чарли — 98.1%, вероятность продолжения последовательности составила 88%.
Изображение №4
После внедрения в систему всех вышеописанных улучшений ученые приступили к фактической реализации протокола телепортации (4a).
Первым делом создавалась запутанность между Алисой и Бобом, сохраняя часть запутанного состояния Боба в кубите памяти посредством скомпилированной операции SWAP.
Далее генерировалась запутанность между Бобом и Чарли, сохраняя при этом первое запутанное состояние кубита памяти с последовательностью импульсов. Затем выполнялось BSM для Боба с последующей проверкой CR.
Последовательность продолжалась, если считывание коммуникационного кубита давало результат 0, считывание кубита памяти давало согласованный результат, а проверка CR была успешно пройдена.
На Чарли выполнялся квантовый вентиль*, который зависит от результата BSM и от того, какие детекторы активировались во время генерации двухузловой запутанности.
Затем состояние запутанности переносилось на кубит памяти. В этот момент телепорт готов, а Алиса и Чарли находятся в запутанном состоянии с оценочной верностью в 0.61.
Далее на коммуникационном кубите Чарли генерировалось состояние кубита для телепортации (|ψ⟩) и запускался протокол телепортации. BSM выполняется на кубитах связи и памяти в Чарли. За исключением непосредственно самой телепортации, последовательность продолжалась только тогда, когда был получен результат 0 на коммуникационном кубите, когда есть последовательный шаблон считывания на кубите памяти и когда Чарли проходит проверку CR. Считывания BSM отправлялись Алисе, и, применяя соответствующую вентильную операцию, система получала |ψ⟩ на стороне Алисы.
Ученые произвели телепортацию шести кардинальных состояний (±X, ±Y, ±Z), которые образуют несмещенный набор, после чего измерили верность телепортированных состояний (4b). Средняя верность составила 0.702(11) при экспериментальной скорости 1/(117 с).
Различия в верности между телепортированными состояниями возникают из-за взаимодействия ошибок в разных частях протокола, которые либо влияют на все три оси (ошибки деполяризации), либо влияют только на две оси (ошибки дефазировки). На 4c показана верность телепортации для каждого из возможных результатов BSM.
В заключение ученые продемонстрировали, что сеть может обеспечить безусловную телепортацию между Алисой и Чарли, используя BSM детерминированным образом. Для этого протокол на Чарли был пересмотрен, чтобы учитывать оба результата кубита связи (1 и 0), использовать все шаблоны считывания кубита памяти и игнорировать результат проверки CR после BSM. Использование этого полностью детерминированного BSM снижает среднюю точность телепортации на несколько процентов (4d). Однако, как говорилось ранее, уменьшение ширины окна обнаружения может исправить эту проблему. В результате было установлено, что средняя верность телепортации действительно увеличивается с уменьшением окна и достигает 0.688(10) при 7.5 нс и скорости 1/(100 с). Следовательно, квантовая сеть способна выполнять телепортацию за пределами классических ограничений, даже при строгом условии, что каждое состояние, интегрированное в телепорт, должно быть передано.
Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.
В рассмотренном нами сегодня труде ученым удалось успешно телепортировать кубит между двумя несвязанными между собой узлами, названными Алиса и Чарли. Сам процесс телепортации осуществлялся в несколько этапов. Прежде всего необходимо было подготовить сам телепорт, т. е. создать запутанное состояние между Алисой и Чарли, которые не были физически связаны напрямую друг с другом, но оба были связаны с узлом по имени Боб. Чтобы создать запутанное состояние между Алисой и Чарли, необходимо было создать запутанное состояние между Алисой и Бобом. Затем Боб, сохраняя часть этого состояния, создавал запутанное состояние с Чарли. Другими словами, Боб выступал в роли переговорщика или посредника, устанавливающего связь между Алисой и Чарли.
Когда телепорт готов, необходимо по нему что-то отправить, а именно кубит, который генерировался в Чарли. И, наконец, сама телепортация. Для этого Чарли производит одновременное измерение на своем квантовом процессе и на своей запутанной половине (вторая половина у Алисы). В результате этого измерения информация на стороне Чарли «исчезает» и «появляется» на стороне Алисы. Завершает это процесс расшифровка переданной информации на стороне Алисы, так как она была изначально зашифрована (ключ к шифру определяется результатом измерения Чарли).
Несмотря на то, что подобные процессы, как и вся квантовая физика, вызывают головокружение и полное переосмысление бытия, результаты таких исследований могут разительным образом отразиться на нашей жизни. В будущем ученые намерены усовершенствовать свой телепорт, поменяв вышеописанные шаги процедуры местами. Другими словами, сначала получается кубит, а потом идет подготовка телепортации. Это крайне сложно, так как квантовая информация, которая должна быть телепортирована, должна храниться во время создания запутанности. Плюсами такого варианта протокола является возможность телепортировать данные в любой момент и делать это неоднократно.
Пока это лишь первые шаги, которые для широкой общественности практически ничего не значат. Однако в будущем подобного рода исследования могут стать основой для квантового интернета, который однозначно повлияет на множество аспектов жизни нашей цивилизации.
Новая технология обработки может сделать картофель полезнее
Исследователи объявили о первых испытаниях новой технологии обработки картофеля, направленной на то, чтобы заставить наш организм медленнее переваривать картофельный крахмал. Лабораторные демонстрации показывают, что этот метод блокирует определенные пищеварительные ферменты от быстрого достижения картофельного крахмала, что приводит к более контролируемому высвобождению глюкозы.
Ученые сообщают, что метод хорошо показал себя в тестах с имитацией пищеварения в лаборатории. Обработка увеличила долю крахмала, который считается медленно перевариваемым, с 10% до 35% и значительно снизила способность фермента а-амилазы получать доступ к крахмалу в клеточных стенках.
Метод не предназначен для предотвращения переваривания картофеля, а скорее для его замедления, чтобы избежать быстрого повышения уровня сахара в крови. Исследователи говорят, что модификация может помочь потребителям чувствовать себя сытыми в течение большего времени после употребления обработанного картофеля, что поможет избежать переедания.
Структура материи (5): принцип неопределённости и матричная механика Гейзенберга – Виталий Бейлин
Как была разработана матричная механика Гейзенберга? Что такое некоммутативная алгебра для матриц? Как происходило развитие квантовой механики в начале 20-го века? Виталий Бейлин, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры теоретической и вычислительной физики ЮФУ, научный сотрудник отдела теоретической физики НИИ Физики ЮФУ рассказывает, как и какими учёными разрабатывались основы квантовой механики, в чем заключается принцип неопределённости Гейзенберга и труды каких учёных также внесли свой вклад в разработку этой концепции.
Королева каменного века: Дороти Гаррод и превращение археологии в профессию
Дороти Гаррод
Глубокая трещина делит историю европейской археологии на две части. С одной стороны перед нами – герои-исследователи, мужчины и женщины, романтично рисковавшие, чтобы раскопать артефакты в дальних странах, а затем отправить их в европейские музеи, вдали от тех культур, которые их произвели. Эти археологи-любители писали книги о своих приключениях, в которых смешивали впечатления об экзотических путешествиях с глубокими знаниями неевропейской древней истории (впрочем, иногда в книгах встречались и сомнительные гипотезы о прошлом).
С другой стороны мы видим учёных-археологов, путешествовавших к столь же отдалённым местам и страдавших нисколько не меньше, но относящихся к своей работе совершенно иначе. Они руководствовались не жаждой приключений и приобретений, а взвешенным любопытством.
Найти грань между любителями и профессионалами довольно сложно. Обозначилась ли она, когда в конце XIX века Флиндерс Петри разработал сравнительную методику или когда сэр Мортимер Уилер в конце 1920-х предложил систему вертикальных раскопок? На мой взгляд, это могло произойти, когда один человек объединил новые технологии с археологической грамотностью, отказавшись от сенсаций в пользу объективности — так что возврат к прежним методам работы стал уже невозможен. Имя этого человека – Дороти Энни Элизабет Гаррод (1892-1968). Перед тем как стать первой женщиной-профессором в Кембридже, она провела два десятилетия, совершая выдающиеся открытия, которые подтвердили объективную силу научного подхода к археологическим раскопкам и полевым записям.
Дороти Гаррод (в центре) вместе с коллегами — Джорджем и Эдной Вудбери (1928).
Дороти родилась в семье сэра Арчибальда Гаррода, который первым изучил, как биохимия и наследственность «переплетаются» и вызывают болезнь. Дедушка археолога – Альфред Гаррод – служил придворным врачом королевы Виктории. Таким образом Дороти росла в высоко интеллектуальной среде. Она и три её брата, казалось, были рождены для великих дел… Но тут на Европу обрушилась Первая мировая война, чтобы задушить поколение Дороти в своей холодной ярости. Два брата будущего археолога погибли на фронте, третий умер от испанки. Тогда Дороти взяла на себя священную обязанность компенсировать их потерю своими достижениями.
Перед девушкой встал вопрос: в какой сфере она применит свой ум и интеллект? Опустошённая потерей трёх братьев (кстати, есть мнение, что во время войны погиб и жених Дороти), она отправилась на Мальту, чтобы провести время с родителями и решить, чему же посвятить свою жизнь. Там, гуляя среди руин, британка заинтересовалась историей человеческого рода и, вернувшись в Великобританию в 1921 году, подала заявку на факультет антропологии Оксфордского университета. В 1922 она уже была во Франции, изучая искусство палеолита вместе с ведущим археологом в области доисторической эпохи – аббатом Анри Брёйлем. Брёйль, наставник с новаторскими для того времени взглядами, возбудил в девушке страсть к палеолиту. Дороти захотела разобраться в сложном происхождении человека, чтобы понять, как мы стали теми, кто мы есть.
Два года, которые она провела с Брёйлем, были для неё богаты не только интеллектуально, но и духовно. Гаррод, которая считала себя истинной христианкой, пришлось провести много времени, чтобы «совместить» историю древних цивилизаций с точкой зрения церкви относительно юности нашей планеты. В то время для неё здравый смысл схлестнулся с догмами и убеждениями её юности, но в конце концов учёной удалось признать, что планете намного больше лет, а человечество пережило сложнейшую эволюцию — и Гаррод смогла продолжить свою работу.
Когда она прибыла на место своих первых раскопок – в Гибралтар, не было никаких гарантий успеха. Пещера «Башня Дьявола», по мнению Брёйля, была «потенциально перспективной», однако для человека, который за три года преодолел путь от новичка до профессионального археолога, вероятность катастрофы была высока. И всё же здесь, в «Башне Дьявола», Дороти и построила свою карьеру. Она нашла череп неандертальского ребёнка, которого окрестила Авелем, тщательно реконструировала его и написала отчёт о своих выводах, ставший примером научной строгости. Дороти – вчерашний новичок – почти мгновенно стала знаменитостью в археологии. Это не только позволило ей ездить на раскопки в разные интересные места, но также и бросило в эпицентр величайшего археологического скандала XX века.
Дело Глозела (The Glozel Affair) столкнуло археологическое сообщество и французского фермера, который, вспахивая своё поле, наткнулся на комнату, заполненную артефактами эпохи Железного века. В 1927 году была создана комиссия по изучению этого места. Гаррод тоже вошла в комиссию, став в ней самым молодым представителем Великобритании. Их вывод заключался в следующем: подавляющее большинство артефактов – не что иное как современные подделки. Благодаря авторитету членов комиссии фермер, адвокат и доктор, которые настаивали на важности найденных реликвий, были разгромлены. Гаррод была уверена, что внесла свой вклад в разоблачение мошенников – и «археологическое место» было закрыто. Однако спустя несколько десятилетий с помощью спектрографического и термолюминесцентного датирования, а также датирования углеродом-14 специалисты установили, что артефакты действительно относились к IV-XIII векам н.э.
Гаррод на "Международном симпозиуме раннего человека", Филадельфия, март 1937
Тем не менее благодаря делу Глозела Гаррод превратилась из знаменитости в одного из влиятельнейших специалистов по палеолиту. В 1929 году она начала свою работу в Вади-эль-Мугхара на горе Кармель – исследование, которое продлилось полтора десятилетия и которое в результате привело к извлечению 87 тыс. каменных орудий и первого неандертальского скелета, найденного за пределами Европы. А ещё команда Дороти совершила поистине поразительное открытие пяти мужских, двух женских и трёх детских неандертальских скелетов возрастом до 80 тыс. лет. Терпеливо работая со своей группой, которая почти полностью состояла из женщин-исследователей и местных жителей, Гаррод тщательно документировала результаты раскопок и в итоге «заполнила» доисторическую хронологию важными находками, благодаря которым мы лучше знаем прошлое своего рода.
Археологическое сообщество не могло проигнорировать успех такого масштаба. Поэтому, когда в 1939 году Дороти подала заявку на должность профессора в Кембридже, ей не отказали. Кстати, этот университет считался бастионом господства мужчин и ни одной женщине прежде не удалось удостоиться профессорского звания – особенно в области археологии, где традиционно доминировали мужчины. Женщины всего мира праздновали штурм этого бастиона девушкой с безупречной репутацией – и Гаррод не оставалось ничего другого, кроме как пойти на то, за что сражалась – из блестящего руководителя экспедициями стать преподавателем университета и главой кафедры. Но такая смена деятельности не осчастливила Дороти.
Променяв независимость на престижную должность в университете, Гаррод выступила в поддержку женщин-учёных, но цена этого поступка для неё самой была велика. Она была счастлива, а её ум сиял ярче всего, когда Дороти занималась раскопками, работала с хронологией, внедряла новейшие технологии, чтобы добиться более точных результатов. Жизнь в Кембридже, наоборот, была бесконечным кругом управления отделом, ублажением хрупких эго профессоров и лицезрением того, как студенты время от времени зевают от скуки во время её не самых удачных лекций. Да, Дороти – наглядный пример того, что не каждый блестящий учёный – отличный оратор. О своей страсти к раскопкам она говорила монотонным голосом в лекционном зале.
Тем не менее Гаррод преподавала в течение 13 лет, пока в 1952 году не вышла на пенсию. Правда, за время своей профессорской деятельности она сделала перерыв во время Второй мировой войны – тогда Дороти служила в Женском вспомогательном корпусе британских ВВС в подразделении анализа фотоснимков. И да – женщина вышла на пенсию как только смогла – и лишь для того, чтобы наверстать упущенное в археологических раскопках. Она переехала во Францию и начала тесно сотрудничать с двумя другими женщинами-археологами, Жермен Анри-Мартен (Germaine Henri-Martin) и Сюзанной Кассу де Сен-Матурин (Suzanne Cassou de St. Mathurin). Их называли «три грации» – и вместе коллеги добились многого. В частности, они обнаружили искусство палеолита в гроте Рок-о-Сорсье в начале 1950-х, а ещё благодаря их усилиям была сохранена ливанская пещера Рас-эль-Кельб, которую планировали уничтожить и на её месте проложить путь к двум тоннелям в 1959 году. Каждое лето Гаррод проводила в экспедициях, а зимой жила в Париже вместе с Сен-Матурин. Во время посещения Кембриджа в 1968 году Дороти перенесла инсульт, а через несколько месяцев умерла в доме престарелых в возрасте 76 лет.
Стремление женщины к успеху появилось благодаря примеру, который подала ей семья, а также переживаниям из-за того, что она оказалась единственной выжившей из столь многообещающего поколения. Она применяла все доступные ей научные методы, чтобы построить строгие хронологии в местах раскопок по всей Европе и на Ближнем Востоке. Дороти прибегала к воздушной разведке и радиоуглеродному датированию, чтобы убедиться в достоверности полученных результатов. В то время как книги её современников сверкали экзотическими метафорами, рукописи Гаррод отличались сухостью и множеством технических подробностей. Именно Дороти показала, что археологии пора избавиться от своего «романтического прошлого». Её пример самопожертвования и отказа от любимого ремесла для того, чтобы утвердить место женщины в академической археологии – это пример вынужденной и трагической необходимости, о котором стоит помнить всем, кто идет по её стопам.