Professor ved Aston University (England) Mikhail Sumetsky og forskningsingeniør fra ITMO University (St. Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics) Nikita Toropov har laget en praktisk og rimelig teknologi for produksjon av optiske mikrokaviteter med rekordhøy nøyaktighet. Mikroresonatorer kan bli grunnlaget for opprettelsen av kvantemaskiner, dette ble rapportert sist fredag 22. juli av den populærvitenskapelige portalen "Cherdak" med henvisning til pressetjenesten til ITMO.
Relevansen av arbeidet med å lage kvante datamaskiner skyldes i dag det faktum at en rekke svært viktige problemer ikke kan løses ved bruk av klassiske datamaskiner, inkludert superdatamaskiner, i rimelig tid. Vi snakker om problemene med kvantefysikk og kjemi, kryptografi, kjernefysikk. Forskere spår at kvantemaskiner vil bli en viktig del av fremtidens distribuerte datamiljø. Å bygge en kvantecomputer i form av et ekte fysisk objekt er et av fysikkens grunnleggende problemer i det 21. århundre.
En studie av russiske forskere om produksjon av optiske mikrokaviteter ble publisert i Optics Letters journal. “Teknologien krever ikke tilstedeværelse av vakuuminstallasjoner, er nesten helt fri for prosesser som er forbundet med behandling av kaustiske løsninger, samtidig som den er relativt billig. Men det viktigste er at dette er et annet skritt i retning av å forbedre kvaliteten på dataoverføring og behandling, opprettelse av kvantemaskiner og ultrafølsomme måleinstrumenter, heter det i en pressemelding fra ITMO University.
Et optisk mikrohulrom er en slags lysfelle i form av en veldig liten, mikroskopisk fortykning av en optisk fiber. Siden fotoner ikke kan stoppes, er det nødvendig å stoppe strømmen på en eller annen måte for å kode informasjon. Dette er akkurat det kjeder med optiske mikrohuler brukes til. Takket være effekten "hviskende galleri" bremser signalet: når du kommer inn i resonatoren, reflekteres lysbølgen fra veggene og vendingene. På grunn av resonatorens avrundede form kan lys reflekteres inne i det lenge. Dermed beveger fotoner seg fra en resonator til en annen med en mye lavere hastighet.
Lysbanen kan justeres ved å endre størrelsen og formen på resonatoren. Tatt i betraktning størrelsen på mikrokavitetene, som er mindre enn en tiendedel millimeter, må endringer i parametrene til en slik enhet være ekstremt presise, siden enhver defekt på overflaten av mikrokaviteten kan innføre kaos i fotonstrømmen. "Hvis lyset snurrer lenge, begynner det å forstyrre (konflikt) med seg selv," understreker Mikhail Sumetsky. - I tilfelle det ble gjort en feil i produksjonen av resonatorer, begynner forvirringen. Fra dette kan du få hovedkravet til resonatorer: minimumsavviket i størrelse."
Mikroresonatorer, som ble produsert av forskere fra Russland og Storbritannia, er laget med så høy presisjon at forskjellen i dimensjoner ikke overstiger 0,17 angstrom. For å forestille oss skalaen, bemerker vi at denne verdien er omtrent 3 ganger mindre enn diameteren på et hydrogenatom og umiddelbart 100 ganger mindre enn feilen som er tillatt ved produksjon av slike resonatorer i dag. Mikhail Sumetsky opprettet SNAP -metoden spesielt for produksjon av resonatorer. I henhold til denne teknologien annealer laseren fiberen og fjerner spenningene som er frosset i den. Etter eksponering for en laserstråle "svulmer" fiberen litt opp og det oppnås et mikrohulrom. Forskere fra Russland og England kommer til å fortsette å forbedre SNAP -teknologien, i tillegg til å utvide utvalget av mulige applikasjoner.
Arbeidet med mikrohuler i landet vårt har ikke stoppet de siste tiårene. I landsbyen Skolkovo nær Moskva, på Novaya Street, ble et hus nummer 100 bygget. Dette er et hus med speilvegger, som i blått kan konkurrere med himmelen. Dette er bygningen til Skolkovo School of Management. En av leietakerne i dette uvanlige huset er Russian Quantum Center (RQC).
Mikrokaviteter i dag er et ganske aktuelt tema innen kvanteoptikk. Flere grupper rundt om i verden studerer dem kontinuerlig. På samme tid ble optiske mikrokaviteter oppfunnet i vårt land ved Moskva statsuniversitet i utgangspunktet. Den første artikkelen om slike resonatorer ble publisert tilbake i 1989. Forfatterne av artikkelen er tre fysikere: Vladimir Braginsky, Vladimir Ilchenko og Mikhail Gorodetsky. På samme tid var Gorodetsky student på den tiden, og hans leder Ilchenko flyttet senere til USA, hvor han begynte å jobbe i NASA -laboratoriet. I kontrast var Mikhail Gorodetsky ved Moskva statsuniversitet og brukte mange år på å studere dette området. Han begynte relativt nylig i RCC -teamet - i 2014, i RCC, kan potensialet hans som forsker avsløres mer fullstendig. For dette har senteret alt utstyret som er nødvendig for eksperimenter, som ganske enkelt ikke er tilgjengelig ved Moscow State University, samt et team av spesialister. Et annet argument som Gorodetsky brakte til fordel for RCC var muligheten til å betale anstendig lønn til ansatte.
For tiden inkluderer Gorodetskys team flere gutter som tidligere var engasjert i vitenskapelige aktiviteter under hans ledelse ved Moscow State University. Samtidig er det ingen hemmelighet for noen at det ikke er lett å fortsette lovende unge forskere i Russland i dag - dørene til laboratorier rundt om i verden er åpne for dem i disse dager. Og RCC er en av mulighetene til å gjøre en strålende vitenskapelig karriere, samt motta en tilstrekkelig lønn, uten å forlate Russland. For tiden pågår laboratorium til Mikhail Gorodetsky forskning som med en gunstig utvikling av hendelser kan forandre verden.
Optiske mikrohuler er grunnlaget for en ny teknologi som kan øke tettheten av dataoverføring over fiberoptiske kanaler. Og dette er bare en av de mulige applikasjonene av mikrohuler. I løpet av de siste årene har et av RCC -laboratoriene lært hvordan man produserer mikroresonatorer, som allerede er kjøpt i utlandet. Og russiske forskere som tidligere jobbet ved utenlandske universiteter, kommer til og med tilbake til Russland for å jobbe i dette laboratoriet.
I følge teorien kan optiske mikrokaviteter brukes i telekommunikasjon, hvor de ville bidra til å øke dataoverføringstettheten over fiberoptisk kabel. Foreløpig overføres datapakker allerede i et annet fargeområde, men hvis mottakeren og senderen er mer følsomme, vil det være mulig å forgrene en datalinje til enda flere frekvenskanaler.
Men dette er ikke det eneste området de bruker. Ved å bruke optiske mikrohuler kan man ikke bare måle lyset til fjerne planeter, men også bestemme sammensetningen. De kan også gjøre det mulig å lage miniatyrdetektorer av bakterier, virus eller visse stoffer - kjemiske sensorer og biosensorer. Mikhail Gorodetsky skisserte et så futuristisk bilde av verden der mikroresonatorer allerede brukes: “Ved hjelp av en kompakt enhet basert på optiske mikrohuler vil det være mulig å bestemme sammensetningen av luft som pustes ut av en person, som inneholder informasjon om tilstanden til nesten alle organer i menneskekroppen. Det vil si at hastigheten og nøyaktigheten til diagnostikk i medisin ganske enkelt kan øke mange ganger."
Imidlertid er dette foreløpig bare teorier som fortsatt må testes. Det er fortsatt en lang vei å gå til ferdige enheter basert på dem. Imidlertid, ifølge Mikhail Gorodetsky, burde laboratoriet hans, i henhold til den godkjente planen, finne ut nøyaktig hvordan man bruker mikroresonatorer i praksis om et par år. For tiden er de mest lovende områdene telekommunikasjon, så vel som militæret. Mikroresonatorer kan også være av interesse for det russiske militæret. For eksempel kan de brukes i utvikling og produksjon av radarer, samt stabile signalgeneratorer.
Så langt er ikke masseproduksjon av mikrokaviteter nødvendig. Men en rekke selskaper i verden har allerede begynt å produsere enheter som bruker dem, det vil si at de virkelig kunne kommersialisere utviklingen sin. Imidlertid snakker vi fortsatt bare om stykkemaskiner designet for å løse et smalt spekter av oppgaver. For eksempel er det amerikanske selskapet OEWaves (der en av oppfinnerne av mikroresonatorer, Vladimir Ilchenko, for tiden jobber), engasjert i produksjon av superstabile mikrobølgeovngeneratorer, samt utmerkede lasere. Selskapets laser, som produserer lys i et svært smalt område (opptil 300 Hz) med svært lav fase- og frekvensstøy, har allerede vunnet den prestisjetunge PRIZM -prisen. En slik pris er praktisk talt en Oscar innen anvendt optikk, denne prisen deles ut årlig.
På det medisinske feltet er den sørkoreanske gruppen av selskaper Samsung, sammen med Russian Quantum Center, engasjert i sin egen utvikling på dette området. Ifølge Kommersant var disse verkene i 2015 på det aller første stadiet, så det er for tidlig og for tidlig å si noe om oppfinnelser som ville ha anvendt søknader.
