Professor vid Aston University (England) Mikhail Sumetsky och forskningsingenjör från ITMO University (St. Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics) Nikita Toropov har skapat en praktisk och billig teknik för produktion av optiska mikrokaviteter med rekordhög noggrannhet. Mikroresonatorer kan bli grunden för skapandet av kvantdatorer, detta rapporterades i fredags, 22 juli, av populärvetenskapliga portalen "Cherdak" med hänvisning till ITMO: s presstjänst.
Relevansen av arbetet inom skapandet av kvantdatorer beror idag på att ett antal mycket viktiga problem inte kan lösas med klassiska datorer, inklusive superdatorer, på en rimlig tid. Vi pratar om problemen med kvantfysik och kemi, kryptografi, kärnfysik. Forskare förutspår att kvantdatorer kommer att bli en viktig del av framtidens distribuerade datormiljö. Att bygga en kvantdator i form av ett verkligt fysiskt objekt är ett av fysikens grundläggande problem under 2000 -talet.
En studie av ryska forskare om produktion av optiska mikrohålor publicerades i Optics Letters -tidskriften.”Tekniken kräver inte närvaro av vakuuminstallationer, är nästan helt fri från processer som är förknippade med behandling av kaustiska lösningar, samtidigt som den är relativt billig. Men det viktigaste är att detta är ytterligare ett steg mot att förbättra kvaliteten på dataöverföring och bearbetning, skapandet av kvantdatorer och ultrakänsliga mätinstrument”, säger ett pressmeddelande från ITMO University.
En optisk mikrokavitet är en slags ljusfälla i form av en mycket liten, mikroskopisk förtjockning av en optisk fiber. Eftersom fotoner inte kan stoppas, är det nödvändigt att på något sätt stoppa deras flöde för att koda information. Detta är exakt vad kedjor av optiska mikrokaviteter används till. Tack vare effekten "viskande galleri" saktar signalen ner: när man kommer in i resonatorn reflekteras ljusvågen från dess väggar och vridningar. Samtidigt kan ljuset reflekteras inuti det länge på grund av resonatorns rundade form. Således rör sig fotoner från en resonator till en annan med en mycket lägre hastighet.
Ljusbanan kan justeras genom att ändra storlek och form på resonatorn. Med hänsyn till storleken på mikrokaviteterna, som är mindre än en tiondel av en millimeter, måste förändringar i parametrarna för en sådan anordning vara extremt exakta, eftersom alla defekter på mikrokavitetens yta kan införa kaos i fotonflödet. "Om ljuset snurrar länge börjar det störa (konflikt) med sig själv", understryker Mikhail Sumetsky. - I händelse av att ett fel uppstod vid produktion av resonatorer börjar förvirring. Från detta kan du få huvudkravet för resonatorer: den minsta avvikelsen i storlek."
Mikroresonatorer, som tillverkades av forskare från Ryssland och Storbritannien, görs med så hög precision att skillnaden i deras dimensioner inte överstiger 0,17 ångström. För att föreställa oss skalan noterar vi att detta värde är ungefär 3 gånger mindre än diametern på en väteatom och omedelbart 100 gånger mindre än det fel som är tillåtet vid produktion av sådana resonatorer idag. Mikhail Sumetsky skapade SNAP -metoden speciellt för produktion av resonatorer. Enligt denna teknik glödgar lasern fibern och avlägsnar de spänningar som fryses i den. Efter exponering för en laserstråle "sväller" fibern något och en mikrokavitet erhålls. Forskare från Ryssland och England kommer att fortsätta förbättra SNAP -tekniken, samt utöka sortimentet av dess möjliga tillämpningar.
Arbetet med mikrohålor i vårt land har inte slutat under de senaste decennierna. I byn Skolkovo nära Moskva, på gatan Novaya, byggdes ett hus nummer 100. Detta är ett hus med spegelväggar, som i sitt blå kan konkurrera med himlen. Detta är byggnaden för Skolkovo School of Management. En av hyresgästerna i detta ovanliga hus är Russian Quantum Center (RQC).
Mikrohålor idag är ett ganska aktuellt ämne inom kvantoptik. Flera grupper runt om i världen studerar dem kontinuerligt. Samtidigt uppfanns initialt optiska mikrohålor i vårt land vid Moskvas statsuniversitet. Den första artikeln om sådana resonatorer publicerades redan 1989. Författarna till artikeln är tre fysiker: Vladimir Braginsky, Vladimir Ilchenko och Mikhail Gorodetsky. Samtidigt var Gorodetsky student vid den tiden, och hans ledare Ilchenko flyttade senare till USA, där han började arbeta i NASA -laboratoriet. Däremot stannade Mikhail Gorodetsky vid Moskvas statsuniversitet och ägnade många år åt att studera detta område. Han gick med i RCC -teamet relativt nyligen - 2014, i RCC, kan hans potential som forskare avslöjas mer fullständigt. För detta har centret all utrustning som är nödvändig för experiment, som helt enkelt inte är tillgänglig vid Moskvas statsuniversitet, liksom ett team av specialister. Ett annat argument som Gorodetsky framförde till förmån för RCC var förmågan att betala anständiga löner till anställda.
För närvarande innehåller Gorodetskys team flera killar som tidigare var engagerade i vetenskaplig verksamhet under hans ledning vid Moscow State University. Samtidigt är det ingen hemlighet för någon att det inte är lätt att fortsätta lovande unga forskare i Ryssland idag - dörrarna till alla laboratorier runt om i världen är öppna för dem nuförtiden. Och RCC är en av möjligheterna att göra en lysande vetenskaplig karriär, samt få en tillräcklig lön, utan att lämna Ryska federationen. För närvarande, på laboratoriet hos Mikhail Gorodetsky, pågår forskning som med en gynnsam utveckling av händelser kan förändra världen.
Optiska mikrohålor är grunden för en ny teknik som kan öka tätheten av dataöverföring över fiberoptiska kanaler. Och detta är bara en av de möjliga tillämpningarna av mikrohålor. Under de senaste åren har ett av RCC -laboratorierna lärt sig att producera mikroresonatorer som redan köps utomlands. Och ryska forskare som tidigare arbetat vid utländska universitet återvänder till och med till Ryssland för att arbeta i detta laboratorium.
Enligt teorin kan optiska mikrokaviteter användas i telekommunikation, där de skulle bidra till att öka dataöverföringstätheten över fiberoptisk kabel. För närvarande överförs datapaket redan i ett annat färgintervall, men om mottagaren och sändaren är mer känsliga blir det möjligt att förgrena en datalinje till ännu fler frekvenskanaler.
Men detta är inte det enda området i deras tillämpning. Med optiska mikrohålor kan man inte bara mäta ljuset på avlägsna planeter utan också bestämma deras sammansättning. De kan också göra det möjligt att skapa miniatyrdetektorer av bakterier, virus eller vissa ämnen - kemiska sensorer och biosensorer. Mikhail Gorodetsky redogjorde för en så futuristisk bild av världen där mikroresonatorer redan används:”Med hjälp av en kompakt enhet baserad på optiska mikrohålor kommer det att vara möjligt att bestämma sammansättningen av luft som andas ut av en person, som innehåller information om tillstånd för nästan alla organ i människokroppen. Det vill säga, hastigheten och noggrannheten för diagnostik inom medicin kan helt enkelt öka många gånger."
Men hittills är det bara teorier som fortfarande måste testas. Det finns fortfarande en lång väg kvar till färdiga enheter baserade på dem. Men enligt Mikhail Gorodetsky bör hans laboratorium, enligt den godkända planen, räkna ut exakt hur man använder mikroresonatorer i praktiken om ett par år. För närvarande är de mest lovande områdena telekommunikation, liksom militären. Mikroresonatorer kan också vara av intresse för den ryska militären. Till exempel kan de användas för utveckling och produktion av radar, liksom stabila signalgeneratorer.
Än så länge krävs inte massproduktion av mikrokaviteter. Men ett antal företag i världen har redan börjat producera enheter med dem, det vill säga att de verkligen kunde kommersialisera sin utveckling. Men vi talar fortfarande bara om bitmaskiner som är utformade för att lösa ett smalt arbetsområde. Till exempel är det amerikanska företaget OEWaves (där en av uppfinnarna av mikroresonatorer, Vladimir Ilchenko, för närvarande arbetar) engagerat i produktion av superstabila mikrovågsgeneratorer, samt utmärkta lasrar. Företagets laser, som producerar ljus i ett mycket smalt område (upp till 300 Hz) med mycket låga fas- och frekvensbrus, har redan vunnit det prestigefyllda PRIZM -priset. Ett sådant pris är praktiskt taget en Oscar inom tillämpad optik, detta pris delas ut årligen.
Inom det medicinska området är den sydkoreanska företagsgruppen Samsung, tillsammans med det ryska Quantum Center, engagerad i sin egen utveckling på detta område. Enligt Kommersant var dessa verk under 2015 i det allra första skedet, så det är för tidigt och för tidigt att säga något om uppfinningar som skulle ha tillämpat tillämpningar.
