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 skabt en praktisk og billig teknologi til produktion af optiske mikrokaviteter med rekordhøj nøjagtighed. Mikroresonatorer kan blive grundlaget for oprettelsen af kvantecomputere, dette blev rapporteret i fredags den 22. juli af den populærvidenskabelige portal "Cherdak" med henvisning til pressetjenesten fra ITMO.
Relevansen af arbejdet inden for oprettelse af kvantecomputere skyldes i dag, at en række meget vigtige problemer ikke kan løses ved hjælp af klassiske computere, herunder supercomputere, i en rimelig periode. Vi taler om problemerne med kvantefysik og kemi, kryptografi, atomfysik. Forskere forudsiger, at kvantecomputere vil blive en vigtig del af fremtidens distribuerede computermiljø. At bygge en kvantecomputer i form af et reelt fysisk objekt er et af fysikkens grundlæggende problemer i det 21. århundrede.
En undersøgelse af russiske forskere om produktion af optiske mikrokaviteter blev offentliggjort i Optics Letters journal.”Teknologien kræver ikke tilstedeværelse af vakuuminstallationer, er næsten helt fri for processer, der er forbundet med behandling af ætsende løsninger, samtidig med at den er relativt billig. Men det vigtigste er, at dette er endnu et skridt i retning af at forbedre kvaliteten af datatransmission og behandling, oprettelsen af kvantecomputere og ultrafølsomme måleinstrumenter,”lyder det i en pressemeddelelse fra ITMO University.
En optisk mikrohulrum er en slags lysfælde i form af en meget lille, mikroskopisk fortykkelse af en optisk fiber. Da fotoner ikke kan stoppes, er det nødvendigt på en eller anden måde at stoppe deres strømning for at kode information. Det er præcis, hvad kæder af optiske mikrokaviteter bruges til. Takket være effekten "hvisker galleri" bremses signalet: at komme ind i resonatoren, lysbølgen reflekteres fra dens vægge og vendinger. På grund af resonatorens afrundede form kan lys reflekteres i den i lang tid på samme tid. Således bevæger fotoner sig fra en resonator til en anden med en meget lavere hastighed.
Lysbanen kan justeres ved at ændre resonatorens størrelse og form. Under hensyntagen til størrelsen af mikrohulrummene, som er mindre end en tiendedel millimeter, skal ændringer i parametrene for en sådan anordning være yderst præcise, da enhver defekt på overfladen af mikrokaviteten kan indføre kaos i fotonstrømmen. "Hvis lyset snurrer i lang tid, begynder det at forstyrre (konflikt) med sig selv," understreger Mikhail Sumetsky. - I tilfælde af at der blev begået en fejl i produktionen af resonatorer, begynder forvirringen. Herfra kan du få hovedkravet til resonatorer: minimumsafvigelsen i størrelse."
Mikroresonatorer, der blev fremstillet af forskere fra Rusland og Storbritannien, er lavet med så høj præcision, at forskellen i deres dimensioner ikke overstiger 0,17 ångstrøm. For at forestille os skalaen bemærker vi, at denne værdi er cirka 3 gange mindre end diameteren af et brintatom og umiddelbart 100 gange mindre end den fejl, der er tilladt i produktionen af sådanne resonatorer i dag. Mikhail Sumetsky skabte SNAP -metoden specielt til fremstilling af resonatorer. Ifølge denne teknologi annealer laseren fiberen og fjerner de spændinger, der er frosset i den. Efter udsættelse for en laserstråle "svulmer" fiberen lidt op, og der opnås en mikrokavitet. Forskere fra Rusland og England vil fortsætte med at forbedre SNAP -teknologien samt udvide rækkevidden af dens mulige applikationer.
Arbejdet med mikrohulrum i vores land er ikke stoppet i de sidste årtier. I landsbyen Skolkovo nær Moskva, på Novaya Street, blev et hus nummer 100 bygget. Dette er et hus med spejlvægge, som i deres blå kan konkurrere med himlen. Dette er bygningen af Skolkovo School of Management. En af lejerne i dette usædvanlige hus er Russian Quantum Center (RQC).
Mikrohulrum i dag er et temmelig aktuelt emne inden for kvanteoptik. Flere grupper rundt om i verden studerer dem løbende. På samme tid blev optiske mikrokaviteter i første omgang opfundet i vores land ved Moskva statsuniversitet. Den første artikel om sådanne resonatorer blev offentliggjort tilbage i 1989. Artikelforfatterne er tre fysikere: Vladimir Braginsky, Vladimir Ilchenko og Mikhail Gorodetsky. Samtidig var Gorodetsky på det tidspunkt studerende, og hans leder Ilchenko flyttede senere til USA, hvor han begyndte at arbejde i NASA -laboratoriet. I modsætning hertil forblev Mikhail Gorodetsky ved Moskva Statsuniversitet og brugte mange år på at studere dette område. Han sluttede sig til RCC -teamet relativt for nylig - i 2014 i RCC kan hans potentiale som videnskabsmand afsløres mere fuldstændigt. Til dette har centret alt det nødvendige udstyr til eksperimenter, som simpelthen ikke er tilgængeligt på Moscow State University, samt et team af specialister. Et andet argument, som Gorodetsky bragte til fordel for RCC, var evnen til at betale anstændige lønninger til medarbejdere.
I øjeblikket inkluderer Gorodetskys team flere fyre, der tidligere var engageret i videnskabelige aktiviteter under hans ledelse ved Moscow State University. Samtidig er det ingen hemmelighed for nogen, at det ikke er let at blive ved med at love unge forskere i Rusland i dag - dørene til alle laboratorier rundt om i verden er åbne for dem i disse dage. Og RCC er en af mulighederne for at gøre en strålende videnskabelig karriere samt modtage en passende løn uden at forlade Den Russiske Føderation. I øjeblikket er der i laboratoriet hos Mikhail Gorodetsky i gang med forskning, der med en gunstig udvikling af begivenheder kan ændre verden.
Optiske mikrohulrum er grundlaget for en ny teknologi, der kan øge tætheden af datatransmission over fiberoptiske kanaler. Og dette er kun en af de mulige anvendelser af mikrohulrum. I løbet af de sidste par år har et af RCC -laboratorierne lært, hvordan man producerer mikroresonatorer, som allerede er købt i udlandet. Og russiske forskere, der tidligere arbejdede på udenlandske universiteter, vender endda tilbage til Rusland for at arbejde i dette laboratorium.
Ifølge teorien kunne optiske mikrohulrum bruges i telekommunikation, hvor de ville hjælpe med at øge datatransmissionstætheden over fiberoptisk kabel. I øjeblikket transmitteres datapakker allerede i et andet farveområde, men hvis modtageren og senderen er mere følsomme, vil det være muligt at forgrene en datalinje til endnu flere frekvenskanaler.
Men dette er ikke det eneste område af deres anvendelse. Ved hjælp af optiske mikrohulrum kan man ikke kun måle lyset fra fjerne planeter, men også bestemme deres sammensætning. De kan også gøre det muligt at oprette miniaturedetektorer af bakterier, vira eller visse stoffer - kemiske sensorer og biosensorer. Mikhail Gorodetsky skitserede et sådant futuristisk billede af verden, hvor mikroresonatorer allerede bruges:”Ved hjælp af en kompakt enhed baseret på optiske mikrohulrum vil det være muligt at bestemme sammensætningen af luft udåndet af en person, som bærer oplysninger om tilstand for næsten alle organer i menneskekroppen. Det vil sige, at hastigheden og nøjagtigheden af diagnostik i medicin simpelthen kan stige mange gange."
Men indtil videre er det bare teorier, der stadig skal testes. Der er stadig lang vej til færdige enheder baseret på dem. Men ifølge Mikhail Gorodetsky burde hans laboratorium ifølge den godkendte plan finde ud af præcis, hvordan man bruger mikroresonatorer i praksis om et par år. I øjeblikket er de mest lovende områder telekommunikation såvel som militæret. Mikroresonatorer kan også være af interesse for det russiske militær. For eksempel kan de bruges til udvikling og produktion af radarer samt stabile signalgeneratorer.
Indtil videre er masseproduktion af mikrohulrum ikke påkrævet. Men en række virksomheder i verden er allerede begyndt at producere enheder ved hjælp af dem, det vil sige, at de virkelig kunne kommercialisere deres udvikling. Vi taler dog stadig kun om stykkemaskiner designet til at løse en smal række opgaver. For eksempel er det amerikanske firma OEWaves (hvor en af opfinderne af mikroresonatorer, Vladimir Ilchenko, i øjeblikket arbejder), engageret i produktion af superstabile mikrobølgeovnsgeneratorer samt fremragende lasere. Virksomhedens laser, der producerer lys i et meget snævert område (op til 300 Hz) med meget lav fase- og frekvensstøj, har allerede vundet den prestigefyldte PRIZM -pris. En sådan pris er praktisk talt en Oscar inden for anvendt optik, denne pris uddeles årligt.
På det medicinske område er den sydkoreanske virksomhedskoncern Samsung sammen med det russiske kvantecenter engageret i sin egen udvikling på dette område. Ifølge Kommersant var disse værker i 2015 i den indledende fase, så det er for tidligt og for tidligt at sige noget om opfindelser, der ville have anvendt applikationer.
