Професорът на университета в Астън (Англия) Михаил Сумецки и инженер -изследовател от университета ITMO (Санкт Петербургския национален изследователски университет по информационни технологии, механика и оптика) Никита Торопов създадоха практична и евтина технология за производство на оптични микро кухини с рекордно висока точност. Микрорезонаторите могат да се превърнат в основа за създаването на квантови компютри, това съобщи миналия петък, 22 юли, научно -популярният портал „Чердак“с препратка към пресслужбата на ITMO.
Уместността на работата в областта на създаването на квантови компютри се дължи днес на факта, че редица много важни проблеми не могат да бъдат решени с помощта на класически компютри, включително суперкомпютри, в разумен период от време. Говорим за проблемите на квантовата физика и химия, криптографията, ядрената физика. Учените прогнозират, че квантовите компютри ще станат важна част от разпределената компютърна среда на бъдещето. Изграждането на квантов компютър под формата на реален физически обект е един от основните проблеми на физиката през 21 век.
Проучване на руски учени за производството на оптични микро кухини е публикувано в списанието Optics Letters. „Технологията не изисква наличието на вакуумни инсталации, е почти напълно освободена от процеси, свързани с третирането на разяждащи разтвори, като същевременно е относително евтина. Но най -важното е, че това е още една стъпка към подобряване на качеството на предаване и обработка на данни, създаване на квантови компютри и свръхчувствителни измервателни уреди “, се казва в съобщение за пресата от университета ITMO.
Оптичната микрорезонация е вид светлинен капан под формата на много малко, микроскопично удебеляване на оптично влакно. Тъй като фотоните не могат да бъдат спрени, е необходимо по някакъв начин да се спре потокът им, за да се кодира информация. Точно за това се използват вериги от оптични микро кухини. Благодарение на ефекта на "шепнеща галерия", сигналът се забавя: попадайки в резонатора, светлинната вълна се отразява от стените му и се усуква. В същото време, поради заоблената форма на резонатора, светлината може да се отразява вътре в него за дълго време. По този начин фотоните се движат от един резонатор в друг с много по -ниска скорост.
Светлинният път може да се регулира чрез промяна на размера и формата на резонатора. Като се вземе предвид размерът на микро кухините, който е по -малък от една десета от милиметъра, промените в параметрите на такова устройство трябва да бъдат изключително прецизни, тъй като всеки дефект на повърхността на микрорезоната може да внесе хаос във фотонния поток. „Ако светлината се върти дълго време, тя започва да се намесва (конфликт) със себе си“, подчертава Михаил Сумецки. - В случай на грешка при производството на резонатори, започва объркване. От това можете да получите основното изискване за резонаторите: минималното отклонение в размера."
Микрорезонаторите, произведени от учени от Русия и Великобритания, са направени с толкова висока точност, че разликата в техните размери не надвишава 0,17 ангстрема. За да си представим мащаба, отбелязваме, че тази стойност е приблизително 3 пъти по -малка от диаметъра на водороден атом и веднага 100 пъти по -малка от грешката, която се допуска при производството на такива резонатори днес. Михаил Сумецки създаде метода SNAP специално за производството на резонатори. Според тази технология лазерът отгрява влакното, премахвайки замразените в него напрежения. След излагане на лазерен лъч влакното леко "набъбва" и се получава микрорезонатор. Изследователи от Русия и Англия ще продължат да подобряват технологията SNAP, както и да разширяват обхвата на възможните й приложения.
Работата по микрокавитите у нас не спира през последните няколко десетилетия. В село Сколково край Москва, на улица „Новая“, е построена къща номер 100. Това е къща с огледални стени, които в синьото си могат да се конкурират с небето. Това е сградата на училището по мениджмънт Сколково. Един от наемателите на тази необичайна къща е Руският квантов център (RQC).
Микрокавитите днес са доста актуална тема в квантовата оптика. Няколко групи по света непрекъснато ги изучават. В същото време първоначално у нас в Московския държавен университет са изобретени оптични микродупки. Първата статия за такива резонатори е публикувана през 1989 г. Авторите на статията са трима физици: Владимир Брагински, Владимир Илченко и Михаил Городецки. В същото време Городецки по това време е студент, а по -късно неговият лидер Илченко се премества в САЩ, където започва работа в лабораторията на НАСА. За разлика от това, Михаил Городецки остава в Московския държавен университет, посвещавайки много години на изучаването на тази област. Той се присъедини към екипа на RCC сравнително наскоро - през 2014 г. в RCC неговият потенциал като учен може да бъде разкрит по -пълно. За това центърът разполага с цялото необходимо оборудване за експерименти, което просто не е налично в Московския държавен университет, както и екип от специалисти. Друг аргумент, който Городецки донесе в полза на СРС, беше възможността да се изплащат достойни заплати на служителите.
В момента екипът на Городецки включва няколко момчета, които преди това са се занимавали с научна дейност под негово ръководство в Московския държавен университет. В същото време за никого не е тайна, че не е лесно да се запазят обещаващите млади учени в Русия днес - вратите на всякакви лаборатории по света са отворени за тях в наши дни. А РКС е една от възможностите да направите блестяща научна кариера, както и да получите адекватна заплата, без да напускате Руската федерация. В момента в лабораторията на Михаил Городецки се провеждат изследвания, които с благоприятно развитие на събитията могат да променят света.
Оптичните микро кухини са в основата на нова технология, която може да увеличи плътността на предаване на данни по оптични канали. И това е само едно от възможните приложения на микро кухини. През последните няколко години една от лабораториите на RCC се научи как да произвежда микрорезонатори, които вече се купуват в чужбина. А руските учени, които преди са работили в чуждестранни университети, дори се връщат в Русия, за да работят в тази лаборатория.
Според теорията, оптичните микро кухини могат да се използват в телекомуникациите, където биха помогнали за увеличаване на плътността на предаване на данни през оптичен кабел. В момента пакетите данни вече се предават в различен цветен диапазон, но ако приемникът и предавателят са по -чувствителни, ще бъде възможно да се разклони една линия от данни в още повече честотни канали.
Но това не е единствената област на тяхното приложение. Също така, използвайки оптични микро кухини, човек може не само да измери светлината на отдалечени планети, но и да определи техния състав. Те също така могат да направят възможно създаването на миниатюрни детектори на бактерии, вируси или определени вещества - химически сензори и биосензори. Михаил Городецки очерта такава футуристична картина на света, в който вече се използват микрорезонатори: „С помощта на компактно устройство, базирано на оптични микродупки, ще бъде възможно да се определи състава на въздуха, издишан от човек, който носи информация за състояние на почти всички органи в човешкото тяло. Тоест скоростта и точността на диагностиката в медицината могат просто да се увеличат многократно."
Засега обаче това са само теории, които все още трябва да бъдат тествани. Все още има дълъг път до готови устройства, базирани на тях. Въпреки това, според Михаил Городецки, неговата лаборатория, съгласно одобрения план, трябва да разбере как точно да използва микрорезонаторите на практика след няколко години. В момента най -обещаващите области са телекомуникациите, както и военните. Микрорезонаторите наистина могат да представляват интерес и за руската армия. Например, те могат да се използват при разработването и производството на радари, както и на стабилни генератори на сигнали.
Засега масовото производство на микро кухини не се изисква. Но редица компании в света вече са започнали да произвеждат устройства, използващи ги, тоест наистина са успели да комерсиализират своите разработки. Все пак говорим само за парче машини, предназначени да решават тесен кръг от задачи. Например американската компания OEWaves (в която понастоящем работи един от изобретателите на микрорезонатори Владимир Илченко) се занимава с производство на свръхстабилни микровълнови генератори, както и на отлични лазери. Лазерът на компанията, който произвежда светлина в много тесен диапазон (до 300 Hz) с много нисък фазов и честотен шум, вече спечели престижната награда PRIZM. Подобна награда е практически Оскар в областта на приложната оптика, тази награда се присъжда ежегодно.
В областта на медицината южнокорейската група компании Samsung, заедно с Руския квантов център, се занимава със собствени разработки в тази област. Според „Комерсант“тези работи през 2015 г. са били в много начален етап, така че е твърде рано и преждевременно да се каже нещо за изобретения, които биха приложили приложения.
