Astono universiteto (Anglija) profesorius Michailas Sumetskis ir ITMO universiteto (Sankt Peterburgo nacionalinis informacinių technologijų, mechanikos ir optikos tyrimų universitetas) tyrimų inžinierius Nikita Toropovas sukūrė praktišką ir nebrangią technologiją, skirtą rekordiškai dideliam tikslumui gaminti. Mikrorezonatoriai gali tapti kvantinių kompiuterių kūrimo pagrindu, apie tai praėjusį penktadienį, liepos 22 d., Pranešė mokslo populiarinimo portalas „Cherdak“, remdamasis ITMO spaudos tarnyba.
Darbo aktualumas kuriant kvantinius kompiuterius šiandien yra susijęs su tuo, kad daugelio labai svarbių problemų neįmanoma išspręsti naudojant klasikinius kompiuterius, įskaitant superkompiuterius, per pagrįstą laikotarpį. Mes kalbame apie kvantinės fizikos ir chemijos, kriptografijos, branduolinės fizikos problemas. Mokslininkai prognozuoja, kad kvantiniai kompiuteriai taps svarbia ateities kompiuterinės aplinkos dalimi. Kvantinio kompiuterio kūrimas tikro fizinio objekto pavidalu yra viena iš pagrindinių XXI amžiaus fizikos problemų.
Žurnale „Optics Letters“buvo paskelbta Rusijos mokslininkų atlikta optinių mikropadangų gamybos studija. „Ši technologija nereikalauja vakuuminių įrenginių, yra beveik visiškai nenaudojama procesų, susijusių su kaustinių tirpalų apdorojimu, ir yra palyginti nebrangi. Tačiau svarbiausia yra tai, kad tai dar vienas žingsnis gerinant duomenų perdavimo ir apdorojimo kokybę, kuriant kvantinius kompiuterius ir itin jautrius matavimo prietaisus “, - rašoma ITMO universiteto pranešime spaudai.
Optinis mikroduobutis yra tam tikras šviesos gaudyklė labai mažo mikroskopinio optinio pluošto sustorėjimo pavidalu. Kadangi fotonų negalima sustabdyti, norint užkoduoti informaciją, būtina kažkaip sustabdyti jų srautą. Būtent šiam tikslui naudojamos optinių mikroelementų grandinės. Dėl „šnabždančios galerijos“efekto signalas sulėtėja: patekęs į rezonatorių, šviesos banga atsispindi nuo jos sienų ir posūkių. Tuo pačiu metu dėl suapvalintos rezonatoriaus formos šviesa ilgą laiką gali atsispindėti jo viduje. Taigi fotonai juda iš vieno rezonatoriaus į kitą daug mažesniu greičiu.
Šviesos kelią galima reguliuoti keičiant rezonatoriaus dydį ir formą. Atsižvelgiant į mažų ertmių dydį, kuris yra mažesnis nei dešimtoji milimetro dalis, tokio įtaiso parametrų pokyčiai turi būti itin tikslūs, nes bet koks mikroduobės paviršiaus defektas gali sukelti chaosą į fotonų srautą. „Jei šviesa sukasi ilgą laiką, ji pradeda trukdyti (konfliktuoti) su savimi“, - pabrėžia Michailas Sumetskis. - Tuo atveju, kai buvo padaryta klaida gaminant rezonatorius, prasideda sumaištis. Iš to galite gauti pagrindinį reikalavimą rezonatoriams: minimalų dydžio nuokrypį."
Mikrorezonatoriai, kuriuos pagamino mokslininkai iš Rusijos ir Didžiosios Britanijos, yra pagaminti taip tiksliai, kad jų matmenų skirtumas neviršija 0,17 angstromų. Norėdami įsivaizduoti skalę, pažymime, kad ši vertė yra maždaug 3 kartus mažesnė už vandenilio atomo skersmenį ir iš karto 100 kartų mažesnė už klaidą, kuri šiandien leidžiama gaminant tokius rezonatorius. Michailas Sumetskis specialiai rezonatorių gamybai sukūrė SNAP metodą. Pagal šią technologiją lazeris atkaitina pluoštą, pašalindamas jame užšalusius įtempius. Po lazerio spindulio poveikio pluoštas šiek tiek „išsipučia“ir gaunama mikroalyva. Mokslininkai iš Rusijos ir Anglijos ketina toliau tobulinti SNAP technologiją, taip pat plėsti galimų jos pritaikymų spektrą.
Darbas dėl mikropadangų mūsų šalyje nesustoja pastaruosius kelis dešimtmečius. Skolkovo kaime netoli Maskvos, Novaja gatvėje, buvo pastatytas namas Nr. Tai namas su veidrodinėmis sienomis, kurios savo mėlyna spalva gali konkuruoti su dangumi. Tai Skolkovo vadybos mokyklos pastatas. Vienas iš šio neįprasto namo nuomininkų yra Rusijos kvantinis centras (RQC).
Mikro tuštumos šiandien yra gana aktuali kvantinės optikos tema. Keletas grupių visame pasaulyje juos nuolat tiria. Tuo pačiu metu iš pradžių mūsų šalyje Maskvos valstybiniame universitete buvo išrastos optinės mikroklostės. Pirmasis straipsnis apie tokius rezonatorius buvo paskelbtas dar 1989 m. Straipsnio autoriai yra trys fizikai: Vladimiras Braginskis, Vladimiras Ilčenko ir Michailas Gorodetskis. Tuo pačiu metu Gorodetskis tuo metu buvo studentas, o jo vadovas Ilčenko vėliau persikėlė į JAV, kur pradėjo dirbti NASA laboratorijoje. Priešingai, Michailas Gorodetskis liko Maskvos valstybiniame universitete ir daug metų skyrė šios srities studijoms. Jis prisijungė prie RCC komandos palyginti neseniai - 2014 m. RCC jo, kaip mokslininko, potencialas gali būti atskleistas išsamiau. Tam centre yra visa eksperimentams reikalinga įranga, kurios Maskvos valstybiniame universitete tiesiog nėra, taip pat specialistų komanda. Kitas argumentas, kurį Gorodetsky pateikė RCC, buvo galimybė mokėti darbuotojams padorų atlyginimą.
Šiuo metu Gorodetskio komandoje yra keli vaikinai, kurie anksčiau vadovavo Maskvos valstybinio universiteto mokslinei veiklai. Tuo pačiu niekam ne paslaptis, kad šiandien Rusijoje nelengva išlaikyti perspektyvius jaunuosius mokslininkus - šiomis dienomis jiems atviros bet kurios laboratorijos visame pasaulyje. O RKT yra viena iš galimybių padaryti puikią mokslinę karjerą, taip pat gauti tinkamą atlyginimą neišeinant iš Rusijos Federacijos. Šiuo metu Michailo Gorodetskio laboratorijoje vyksta tyrimai, kurie, palankiai vystantis įvykiams, gali pakeisti pasaulį.
Optinės mikroaukštės yra naujos technologijos, galinčios padidinti duomenų perdavimo optinio pluošto kanalais, pagrindas. Ir tai tik vienas iš galimų mikropadangų pritaikymų. Per pastaruosius kelerius metus viena iš RCC laboratorijų išmoko gaminti mikrorezonatorius, kurie jau perkami užsienyje. O Rusijos mokslininkai, anksčiau dirbę užsienio universitetuose, net grįžta į Rusiją dirbti šioje laboratorijoje.
Remiantis teorija, optinės mikroertmės galėtų būti naudojamos telekomunikacijose, kur jos padėtų padidinti duomenų perdavimo tankį per šviesolaidinį kabelį. Šiuo metu duomenų paketai jau perduodami skirtingu spalvų diapazonu, tačiau jei imtuvas ir siųstuvas yra jautresni, vieną duomenų liniją bus galima atšakoti į dar daugiau dažnio kanalų.
Tačiau tai nėra vienintelė jų taikymo sritis. Be to, naudojant optines mikroertmes, galima ne tik išmatuoti tolimų planetų šviesą, bet ir nustatyti jų sudėtį. Jie taip pat gali sukurti miniatiūrinius bakterijų, virusų ar tam tikrų medžiagų detektorius - cheminius jutiklius ir biojutiklius. Michailas Gorodetskis išdėstė tokį futuristinį pasaulio, kuriame jau naudojami mikrorezonatoriai, vaizdą: „Naudojant kompaktišką prietaisą, pagrįstą optinėmis mikroertmėmis, bus galima nustatyti žmogaus iškvepiamo oro sudėtį, kurioje yra informacija apie beveik visų žmogaus kūno organų būklė. Tai reiškia, kad diagnostikos greitis ir tikslumas medicinoje gali tiesiog daug kartų padidėti “.
Tačiau kol kas tai tik teorijos, kurias dar reikia išbandyti. Iki jų paruoštų prietaisų dar reikia daug nueiti. Tačiau, anot Michailo Gorodetskio, jo laboratorija pagal patvirtintą planą per porą metų turėtų tiksliai išsiaiškinti, kaip praktiškai naudoti mikrorezonatorius. Šiuo metu perspektyviausios sritys yra telekomunikacijos, taip pat kariuomenė. Mikrorezonatoriai iš tiesų gali būti įdomūs ir Rusijos kariuomenei. Pavyzdžiui, jie gali būti naudojami kuriant ir gaminant radarus, taip pat stabilius signalų generatorius.
Kol kas masinė mikropadangų gamyba nereikalinga. Tačiau nemažai pasaulio kompanijų jau pradėjo gaminti prietaisus naudodami jas, tai yra, jos tikrai sugebėjo komercializuoti savo kūrinius. Tačiau mes vis dar kalbame tik apie vienetines mašinas, skirtas siauroms užduotims spręsti. Pavyzdžiui, amerikiečių kompanija „OEWaves“(kurioje šiuo metu dirba vienas iš mikrorezonatorių išradėjų Vladimiras Ilčenko) užsiima itin stabilių mikrobangų generatorių ir puikių lazerių gamyba. Kompanijos lazeris, kuris gamina šviesą labai siaurame diapazone (iki 300 Hz) su labai mažu fazės ir dažnio triukšmu, jau laimėjo prestižinį PRIZM apdovanojimą. Toks apdovanojimas praktiškai yra „Oskaras“taikomosios optikos srityje, šis apdovanojimas skiriamas kasmet.
Medicinos srityje Pietų Korėjos įmonių grupė „Samsung“kartu su Rusijos kvantiniu centru užsiima savo plėtra šioje srityje. Anot „Kommersant“, šie darbai 2015 m.
