Profesor Univerziteta Aston (Engleska) Mihail Sumetsky i inženjer istraživač sa Univerziteta ITMO (Sankt Peterburški nacionalni istraživački univerzitet za informacione tehnologije, mehaniku i optiku) Nikita Toropov stvorili su praktičnu i jeftinu tehnologiju za proizvodnju optičkih mikro šupljina sa rekordno visokom preciznošću. Mikrorezonatori mogu postati osnova za stvaranje kvantnih računara, o tome je prošlog petka, 22. jula, izvijestio naučno -popularni portal "Cherdak" pozivajući se na pres službu ITMO -a.
Relevantnost rada na polju stvaranja kvantnih računara danas je posljedica činjenice da se broj vrlo važnih problema ne može riješiti upotrebom klasičnih računara, uključujući superkompjutere, u razumnom vremenskom periodu. Govorimo o problemima kvantne fizike i hemije, kriptografije, nuklearne fizike. Naučnici predviđaju da će kvantni računari postati važan dio distribuiranog računarskog okruženja budućnosti. Izgradnja kvantnog računara u obliku stvarnog fizičkog objekta jedan je od temeljnih problema fizike u 21. stoljeću.
Studija ruskih naučnika o proizvodnji optičkih mikro šupljina objavljena je u časopisu Optics Letters. „Tehnologija ne zahtijeva prisustvo vakuumskih instalacija, gotovo je potpuno oslobođena procesa koji su povezani s tretiranjem kaustičnih otopina, dok je relativno jeftina. Ali najvažnije je da je ovo još jedan korak ka poboljšanju kvalitete prijenosa i obrade podataka, stvaranju kvantnih računara i ultraosjetljivih mjernih instrumenata”, kaže se u saopćenju za javnost sa Univerziteta ITMO.
Optička mikroupljina je vrsta svjetlosne zamke u obliku vrlo malog, mikroskopskog zadebljanja optičkog vlakna. Budući da se fotoni ne mogu zaustaviti, potrebno je nekako zaustaviti njihov tok kako bi se kodirale informacije. Upravo se za to koriste lanci optičkih mikro šupljina. Zahvaljujući efektu "galerije šaputanja", signal se usporava: ulazeći u rezonator, svjetlosni val se reflektira sa njegovih zidova i uvija. Istovremeno, zbog zaobljenog oblika rezonatora, svjetlost se može reflektirati unutar njega dugo vremena. Dakle, fotoni se kreću s jednog rezonatora na mnogo manju brzinu.
Put svjetlosti može se prilagoditi promjenom veličine i oblika rezonatora. Uzimajući u obzir veličinu mikro šupljina, koja je manja od desetine milimetra, promjene parametara takvog uređaja moraju biti izuzetno precizne, jer svaki nedostatak na površini mikroupljine može unijeti kaos u tok fotona. "Ako se svjetlo vrti duže vrijeme, počinje se miješati (sukobljavati) samo sa sobom", naglašava Mihail Sumetsky. - U slučaju da je došlo do greške u proizvodnji rezonatora, počinje zabuna. Iz ovoga možete dobiti glavni zahtjev za rezonatore: minimalno odstupanje u veličini."
Mikrorezonatori, koje su proizveli naučnici iz Rusije i Velike Britanije, izrađeni su s tako velikom preciznošću da razlika u njihovim dimenzijama ne prelazi 0,17 angstrema. Da bismo zamislili razmjere, napominjemo da je ta vrijednost otprilike 3 puta manja od promjera atoma vodika i odmah 100 puta manja od greške koja je danas dopuštena u proizvodnji takvih rezonatora. Mihail Sumetsky stvorio je SNAP metodu posebno za proizvodnju rezonatora. Prema ovoj tehnologiji, laser žari vlakno, uklanjajući naprezanja zamrznuta u njemu. Nakon izlaganja laserskom zraku, vlakno malo "nabubri" i dobiva se mikro šupljina. Istraživači iz Rusije i Engleske nastavit će poboljšavati SNAP tehnologiju, kao i širiti raspon mogućih primjena.
Rad na mikro šupljinama u našoj zemlji nije prestajao posljednjih nekoliko decenija. U selu Skolkovo u blizini Moskve, u ulici Novaya, izgrađena je kuća broj 100. Ovo je kuća sa zrcalnim zidovima, koja se u svom plavetnilu može natjecati s nebom. Ovo je zgrada Škole za upravljanje Skolkovo. Jedan od stanara ove neobične kuće je Ruski kvantni centar (RQC).
Mikro šupljine danas su prilično aktuelna tema u kvantnoj optici. Nekoliko grupa širom svijeta kontinuirano ih proučava. U isto vrijeme, u početku su optičke mikro šupljine izmišljene u našoj zemlji na Moskovskom državnom univerzitetu. Prvi članak o takvim rezonatorima objavljen je davne 1989. godine. Autori članka su tri fizičara: Vladimir Braginsky, Vladimir Ilchenko i Mikhail Gorodetsky. U isto vrijeme, Gorodetsky je u to vrijeme bio student, a njegov vođa Ilchenko se kasnije preselio u Sjedinjene Države, gdje je počeo raditi u NASA -inoj laboratoriji. Nasuprot tome, Mihail Gorodecki je ostao na Moskovskom državnom univerzitetu, posvetivši mnogo godina proučavanju ove oblasti. Pridružio se timu RCC -a relativno nedavno - 2014. godine, u RCC -u se njegov potencijal naučnika može potpunije otkriti. U tu svrhu centar ima svu opremu potrebnu za eksperimente, koja jednostavno nije dostupna na Moskovskom državnom univerzitetu, kao ni tim stručnjaka. Još jedan argument koji je Gorodetsky donio u korist RCC -a bila je mogućnost isplate pristojnih plaća zaposlenicima.
Trenutno, Gorodeckijev tim uključuje nekoliko momaka koji su se ranije bavili naučnim aktivnostima pod njegovim vodstvom na Moskovskom državnom univerzitetu. Istovremeno, nikome nije tajna da danas u Rusiji nije lako zadržati obećavajuće mlade znanstvenike - vrata ovih laboratorija širom svijeta otvorena su im ovih dana. A RCC je jedna od prilika za stvaranje briljantne naučne karijere, kao i primanje odgovarajuće plate, a da ne napustite Rusku Federaciju. Trenutno, u laboratoriji Mihaila Gorodeckog, u toku su istraživanja koja, uz povoljan razvoj događaja, mogu promijeniti svijet.
Optičke mikroupljine su osnova nove tehnologije koja može povećati gustoću prijenosa podataka preko optičkih kanala. A ovo je samo jedna od mogućih primjena mikro šupljina. U posljednjih nekoliko godina jedna od laboratorija RCC -a naučila je proizvoditi mikrorezonatore koji se već kupuju u inozemstvu. A ruski naučnici koji su ranije radili na stranim univerzitetima čak se vraćaju u Rusiju da rade u ovoj laboratoriji.
Prema teoriji, optičke mikroupljine mogle bi se koristiti u telekomunikacijama, gdje bi pomogle u povećanju gustoće prijenosa podataka preko optičkog kabela. Trenutno se paketi podataka već prenose u drugom rasponu boja, ali ako su prijemnik i predajnik osjetljiviji, bit će moguće razgranati jednu liniju podataka u još više frekvencijskih kanala.
No, ovo nije jedino područje njihove primjene. Također, pomoću optičkih mikro šupljina ne može se mjeriti samo svjetlost udaljenih planeta, već se može odrediti i njihov sastav. Oni također mogu omogućiti stvaranje minijaturnih detektora bakterija, virusa ili određenih tvari - kemijskih senzora i biosenzora. Mihail Gorodecki predstavio je takvu futurističku sliku svijeta u kojem se već koriste mikrorezonatori: „Uz pomoć kompaktnog uređaja zasnovanog na optičkim mikroupljinama bit će moguće odrediti sastav zraka koji izdahne osoba, a koji nosi informacije o stanje gotovo svih organa u ljudskom tijelu. Odnosno, brzina i tačnost dijagnostike u medicini se jednostavno mogu višestruko povećati."
Međutim, zasad su to samo teorije koje tek treba provjeriti. Do gotovih uređaja zasnovanih na njima još je dug put. Međutim, prema mišljenju Mihaila Gorodeckog, njegova bi laboratorija, prema odobrenom planu, trebala otkriti kako točno koristiti mikrorezonatore u praksi za nekoliko godina. Trenutno, područja koja najviše obećavaju su telekomunikacije, kao i vojska. Mikrorezonatori bi zaista mogli biti od interesa i za rusku vojsku. Na primjer, mogu se koristiti u razvoju i proizvodnji radara, kao i stabilnih generatora signala.
Do sada nije potrebna masovna proizvodnja mikro šupljina. No, brojne kompanije u svijetu već su počele proizvoditi uređaje koristeći ih, odnosno zaista su uspjele komercijalizirati svoj razvoj. Međutim, još uvijek govorimo samo o komadnim mašinama dizajniranim za rješavanje uskog raspona zadataka. Na primjer, američka kompanija OEWaves (u kojoj trenutno radi jedan od pronalazača mikrorezonatora, Vladimir Ilchenko), bavi se proizvodnjom superstabilnih mikrovalnih generatora, kao i odličnih lasera. Laser kompanije, koji proizvodi svjetlo u vrlo uskom rasponu (do 300 Hz) s vrlo niskim faznim i frekvencijskim šumom, već je osvojio prestižnu nagradu PRIZM. Takva nagrada je praktički Oscar u području primijenjene optike, koja se dodjeljuje godišnje.
U medicinskoj oblasti, južnokorejska grupa kompanija Samsung, zajedno sa Ruskim kvantnim centrom, bavi se vlastitim razvojem u ovoj oblasti. Prema Komersantu, ti su radovi 2015. bili u početnoj fazi, pa je prerano i prerano govoriti nešto o izumima koji bi imali primjenu.
