Profesor al Universității Aston (Anglia) Mikhail Sumetsky și inginer de cercetare de la Universitatea ITMO (Universitatea Națională de Cercetare a Tehnologiilor Informaționale, Mecanică și Optică din Sankt Petersburg) Nikita Toropov au creat o tehnologie practică și ieftină pentru producerea de microcavități optice cu o precizie record. Microrezonatorii pot deveni baza pentru crearea de computere cuantice, a fost raportat vinerea trecută, 22 iulie, de popularul portal de științe „Cherdak” cu referire la serviciul de presă al ITMO.
Relevanța muncii în domeniul creării computerelor cuantice se datorează astăzi faptului că o serie de probleme foarte importante nu pot fi rezolvate folosind computere clasice, inclusiv supercomputerele, într-o perioadă de timp rezonabilă. Vorbim despre problemele fizicii și chimiei cuantice, criptografiei, fizicii nucleare. Oamenii de știință prezic că computerele cuantice vor deveni o parte importantă a mediului de calcul distribuit al viitorului. Construirea unui computer cuantic sub forma unui obiect fizic real este una dintre problemele fundamentale ale fizicii din secolul XXI.
Un studiu al oamenilor de știință ruși privind producția de microcavități optice a fost publicat în revista Optics Letters. „Tehnologia nu necesită prezența instalațiilor de vid, este aproape complet lipsită de procese care sunt asociate cu tratamentul soluțiilor caustice, fiind însă relativ ieftină. Dar cel mai important lucru este că acesta este un alt pas către îmbunătățirea calității transmiterii și prelucrării datelor, crearea computerelor cuantice și a instrumentelor de măsurare ultrasunete”, spune un comunicat de presă al Universității ITMO.
O microcavitate optică este un fel de capcană de lumină sub forma unei îngroșări microscopice foarte mici a unei fibre optice. Deoarece fotonii nu pot fi opriți, este necesar să se oprească cumva fluxul lor pentru a codifica informații. Exact pentru aceasta sunt utilizate lanțurile de microcavități optice. Datorită efectului „galerie de șoapte”, semnalul încetinește: intrând în rezonator, unda de lumină este reflectată de pereții și se răsucește. În același timp, datorită formei rotunjite a rezonatorului, lumina poate fi reflectată în interiorul acestuia pentru o lungă perioadă de timp. Astfel, fotonii se deplasează de la un rezonator la altul cu o viteză mult mai mică.
Calea luminii poate fi ajustată prin schimbarea dimensiunii și formei rezonatorului. Luând în considerare dimensiunea microcavităților, care este mai mică de o zecime de milimetru, modificările parametrilor unui astfel de dispozitiv trebuie să fie extrem de precise, deoarece orice defect de pe suprafața microcavității poate introduce haos în fluxul fotonic. „Dacă lumina se rotește mult timp, ea începe să interfereze (să intre în conflict) cu ea însăși”, subliniază Mikhail Sumetsky. - În cazul în care s-a produs o eroare la producerea rezonatorilor, începe confuzia. De aici puteți obține principala cerință pentru rezonatori: abaterea minimă în dimensiune."
Microrezonatoarele, care au fost fabricate de oameni de știință din Rusia și Marea Britanie, sunt realizate cu o precizie atât de mare încât diferența dintre dimensiunile lor nu depășește 0,17 angstrom. Pentru a ne imagina scara, observăm că această valoare este de aproximativ 3 ori mai mică decât diametrul unui atom de hidrogen și imediat de 100 de ori mai mică decât eroarea permisă în producția unor astfel de rezonatori în prezent. Mikhail Sumetsky a creat metoda SNAP special pentru producția de rezonatoare. Conform acestei tehnologii, laserul recoace fibra, eliminând tensiunile înghețate în ea. După expunerea la un fascicul laser, fibra „se umflă” ușor și se obține o microcavitate. Cercetătorii din Rusia și Anglia vor continua să îmbunătățească tehnologia SNAP, precum și să extindă gama posibilelor sale aplicații.
Lucrările asupra microcavităților din țara noastră nu s-au oprit în ultimele decenii. În satul Skolkovo de lângă Moscova, pe strada Novaya, a fost construită o casă numărul 100. Aceasta este o casă cu pereți în oglindă, care în albastru pot concura cu cerul. Aceasta este clădirea Școlii de Management Skolkovo. Unul dintre chiriașii acestei case neobișnuite este Centrul cuantic rusesc (RQC).
Microcavitățile de astăzi sunt un subiect destul de actual în optica cuantică. Mai multe grupuri din întreaga lume le studiază continuu. În același timp, inițial, microcavitățile optice au fost inventate în țara noastră la Universitatea de Stat din Moscova. Primul articol despre astfel de rezonatori a fost publicat în 1989. Autorii articolului sunt trei fizicieni: Vladimir Braginsky, Vladimir Ilchenko și Mihail Gorodetsky. În același timp, Gorodetsky era student la acel moment, iar liderul său Ilchenko s-a mutat mai târziu în Statele Unite, unde a început să lucreze în laboratorul NASA. În schimb, Mihail Gorodetsky a rămas la Universitatea de Stat din Moscova, dedicându-se mulți ani studierii acestui domeniu. S-a alăturat echipei CCR relativ recent - în 2014, în CCR potențialul său de om de știință poate fi dezvăluit mai pe deplin. Pentru aceasta, centrul are toate echipamentele necesare experimentelor, care pur și simplu nu sunt disponibile la Universitatea de Stat din Moscova, precum și o echipă de specialiști. Un alt argument pe care Gorodetsky l-a adus în favoarea CCR a fost capacitatea de a plăti salarii decenți angajaților.
În prezent, echipa lui Gorodetsky include mai mulți tipi care anterior erau angajați în activități științifice sub conducerea sa la Universitatea de Stat din Moscova. În același timp, nu este un secret pentru nimeni că nu este ușor să păstreze tineri oameni de știință promițători în Rusia astăzi - ușile oricăror laboratoare din întreaga lume sunt deschise pentru ei în aceste zile. Iar CCR este una dintre oportunitățile de a face o carieră științifică strălucită, precum și de a primi un salariu adecvat, fără a părăsi Federația Rusă. În prezent, în laboratorul lui Mihail Gorodetsky, sunt în curs cercetări care, cu o dezvoltare favorabilă a evenimentelor, pot schimba lumea.
Microcavitățile optice stau la baza unei noi tehnologii care poate crește densitatea transmisiei de date prin canalele de fibră optică. Și aceasta este doar una dintre posibilele aplicații ale microcavităților. În ultimii ani, unul dintre laboratoarele CCR a învățat cum să producă microrezonatoare, care sunt deja achiziționate în străinătate. Și oamenii de știință ruși care au lucrat anterior la universități străine chiar se întorc în Rusia pentru a lucra în acest laborator.
Potrivit teoriei, microcavitățile optice ar putea fi utilizate în telecomunicații, unde ar contribui la creșterea densității de transmisie a datelor prin cablul cu fibră optică. În prezent, pachetele de date sunt deja transmise într-o gamă diferită de culori, dar dacă receptorul și emițătorul sunt mai sensibile, va fi posibil să ramificați o linie de date în chiar mai multe canale de frecvență.
Dar acesta nu este singurul domeniu al aplicației lor. De asemenea, folosind microcavități optice, se poate măsura nu numai lumina planetelor îndepărtate, ci și determina compoziția acestora. De asemenea, pot face posibilă crearea detectoarelor miniaturale de bacterii, viruși sau anumite substanțe - senzori chimici și biosenzori. Mikhail Gorodetsky a subliniat o astfel de imagine futuristă a lumii în care sunt deja folosiți microrezonatori: „Cu ajutorul unui dispozitiv compact bazat pe microcavități optice, va fi posibil să se determine compoziția aerului expirat de o persoană, care transportă informații despre stare a aproape tuturor organelor din corpul uman. Adică, viteza și precizia diagnosticului în medicină pot crește pur și simplu de multe ori."
Cu toate acestea, până acum acestea sunt doar teorii care mai trebuie testate. Există încă un drum lung de parcurs până la dispozitivele gata făcute pe baza lor. Cu toate acestea, potrivit lui Mihail Gorodetsky, laboratorul său, conform planului aprobat, ar trebui să descopere exact cum să folosească microresonatorii în practică în câțiva ani. În prezent, cele mai promițătoare domenii sunt telecomunicațiile, precum și armata. Microrezonatorii pot fi într-adevăr de interes și pentru armata rusă. De exemplu, ele pot fi utilizate în dezvoltarea și producerea de radare, precum și generatoare stabile de semnal.
Până în prezent, producția în masă a microcavităților nu este necesară. Dar o serie de companii din lume au început deja să producă dispozitive folosindu-le, adică au reușit cu adevărat să își comercializeze dezvoltările. Cu toate acestea, vorbim în continuare doar despre mașini cu piese concepute pentru a rezolva o gamă restrânsă de sarcini. De exemplu, compania americană OEWaves (în care lucrează în prezent unul dintre inventatorii de microrezonatori, Vladimir Ilchenko), se angajează în producția de generatoare de microunde superstabile, precum și de lasere excelente. Laserul companiei, care produce lumină într-un interval foarte îngust (până la 300 Hz) cu zgomot de fază și frecvență foarte scăzut, a câștigat deja prestigiosul premiu PRIZM. Un astfel de premiu este practic un Oscar în domeniul opticii aplicate, acest premiu se acordă anual.
În domeniul medical, grupul de companii sud-coreean Samsung, împreună cu Centrul cuantic rusesc, se angajează în propriile sale dezvoltări în acest domeniu. Potrivit lui Kommersant, aceste lucrări în 2015 au fost chiar în faza inițială, deci este prea devreme și prematur să spunem ceva despre invențiile care ar fi aplicat aplicații.
