Profesor Astonske univerze (Anglija) Mihail Sumetsky in raziskovalni inženir z Univerze ITMO (Sankt Peterburška nacionalna raziskovalna univerza za informacijske tehnologije, mehaniko in optiko) Nikita Toropov sta ustvarila praktično in poceni tehnologijo za izdelavo optičnih mikro votlin z rekordno visoko natančnostjo. Mikrorezonatorji lahko postanejo osnova za nastanek kvantnih računalnikov, o tem je prejšnji petek, 22. julija, poročal poljudnoznanstveni portal "Cherdak" s sklicevanjem na tiskovno službo ITMO.
Pomen dela na področju ustvarjanja kvantnih računalnikov je danes posledica dejstva, da številnih zelo pomembnih problemov ni mogoče rešiti s klasičnimi računalniki, vključno s superračunalniki, v razumnem časovnem obdobju. Govorimo o problemih kvantne fizike in kemije, kriptografije, jedrske fizike. Znanstveniki predvidevajo, da bodo kvantni računalniki postali pomemben del distribuiranega računalniškega okolja prihodnosti. Izgradnja kvantnega računalnika v obliki pravega fizičnega objekta je eden temeljnih problemov fizike v 21. stoletju.
Študija ruskih znanstvenikov o proizvodnji optičnih mikro votlin je bila objavljena v reviji Optics Letters. Tehnologija ne zahteva prisotnosti vakuumskih naprav, je skoraj popolnoma brez procesov, ki so povezani z obdelavo jedkih raztopin, hkrati pa je relativno poceni. Najpomembnejše pa je, da je to še en korak k izboljšanju kakovosti prenosa in obdelave podatkov, ustvarjanju kvantnih računalnikov in ultra občutljivih merilnih instrumentov, «piše v sporočilu za javnost Univerze ITMO.
Optična mikrodolbina je neke vrste svetlobna past v obliki zelo majhnega, mikroskopskega odebelitve optičnega vlakna. Ker fotonov ni mogoče ustaviti, je treba nekako prekiniti njihov tok za kodiranje informacij. Prav za to se uporabljajo verige optičnih mikro votlin. Zahvaljujoč učinku "šepetajoče galerije" se signal upočasni: pri vstopu v resonator se svetlobni val odbije od njegovih sten in se zvije. Hkrati se lahko zaradi zaobljene oblike resonatorja svetloba v njem dolgo časa odbija. Tako se fotoni premikajo iz enega resonatorja v drugega z veliko nižjo hitrostjo.
Svetlobno pot lahko prilagodite s spreminjanjem velikosti in oblike resonatorja. Ob upoštevanju velikosti mikro votlin, ki je manjša od desetine milimetra, morajo biti spremembe parametrov takšne naprave izjemno natančne, saj lahko vsaka napaka na površini mikrokavite vnese kaos v fotonski tok. "Če se svetloba dolgo vrti, se začne vmešavati (v konflikt) sama s seboj," poudarja Mihail Sumetski. - V primeru napake pri izdelavi resonatorjev se začne zmeda. Iz tega lahko dobite glavno zahtevo za resonatorje: minimalno odstopanje v velikosti."
Mikrorezonatorji, ki so jih izdelali znanstveniki iz Rusije in Velike Britanije, so izdelani s tako visoko natančnostjo, da razlika v njihovih dimenzijah ne presega 0,17 angstromov. Če si predstavljamo lestvico, opazimo, da je ta vrednost približno 3 -krat manjša od premera vodikovega atoma in takoj 100 -krat manjša od napake, ki je danes dovoljena pri izdelavi takih resonatorjev. Mihail Sumetsky je metodo SNAP ustvaril posebej za proizvodnjo resonatorjev. V skladu s to tehnologijo laser žari vlakno in odstrani v njem zamrznjene napetosti. Po izpostavitvi laserskemu žarku vlakno rahlo "nabrekne" in dobimo mikrokavino. Raziskovalci iz Rusije in Anglije bodo še naprej izboljševali tehnologijo SNAP in širili paleto njenih možnih aplikacij.
Delo na mikro votlinah pri nas se ne ustavi zadnjih nekaj desetletij. V vasi Skolkovo pri Moskvi, na ulici Novaya, je bila zgrajena hišna številka 100. To je hiša z zrcaljenimi stenami, ki se v svoji modrini lahko kosajo z nebom. To je stavba Škole za upravljanje Skolkovo. Eden od najemnikov te nenavadne hiše je Ruski kvantni center (RQC).
Mikro votline so danes precej aktualna tema v kvantni optiki. Več skupin po vsem svetu jih nenehno preučuje. Hkrati so sprva pri nas na Moskovski državni univerzi izumili optične mikro votline. Prvi članek o takšnih resonatorjih je bil objavljen leta 1989. Avtorji članka so trije fiziki: Vladimir Braginsky, Vladimir Ilchenko in Mikhail Gorodetsky. Hkrati je bil Gorodetsky takrat študent, njegov voditelj Ilchenko pa se je kasneje preselil v ZDA, kjer je začel delati v laboratoriju NASA. Nasprotno pa je Mihail Gorodecki ostal na Moskovski državni univerzi in se dolga leta posvečal študiju tega področja. Ekipi RCC se je pridružil razmeroma nedavno - leta 2014 je v RCC njegov potencial znanstvenika mogoče razkriti v celoti. Za to ima center vso potrebno opremo za poskuse, ki je preprosto ni na voljo na Moskovski državni univerzi, pa tudi skupino strokovnjakov. Drug argument, ki ga je Gorodetsky podal v prid RCC, je bila sposobnost plačevanja dostojnih plač zaposlenim.
Trenutno v ekipi Gorodetskyja sodeluje več fantov, ki so se pred tem pod njegovim vodstvom ukvarjali z znanstveno dejavnostjo na Moskovski državni univerzi. Hkrati nikomur ni skrivnost, da danes v Rusiji ni enostavno ohraniti obetavnih mladih znanstvenikov - v teh dneh so jim odprta vrata vseh laboratorijev po vsem svetu. In RCC je ena od priložnosti za ustvarjanje briljantne znanstvene kariere in prejemanje ustrezne plače, ne da bi zapustili Rusko federacijo. Trenutno v laboratoriju Mihaila Gorodetskega potekajo raziskave, ki lahko z ugodnim razvojem dogodkov spremenijo svet.
Optične mikro votline so osnova nove tehnologije, ki lahko poveča gostoto prenosa podatkov po optičnih kanalih. In to je le ena od možnih aplikacij mikro votlin. V zadnjih nekaj letih se je eden od laboratorijev RCC naučil izdelovati mikrorezonatorje, ki jih že kupujejo v tujini. In ruski znanstveniki, ki so prej delali na tujih univerzah, se celo vračajo v Rusijo, da bi delali v tem laboratoriju.
Po teoriji bi se optične mikro votline lahko uporabljale v telekomunikacijah, kjer bi pripomogle k povečanju gostote prenosa podatkov po optičnem kablu. Trenutno se podatkovni paketi že prenašajo v drugem barvnem območju, če pa sta sprejemnik in oddajnik bolj občutljiva, bo možno eno podatkovno linijo razvejati v še več frekvenčnih kanalov.
Vendar to ni edino področje njihove uporabe. Prav tako z optičnimi mikro votlinami ni mogoče samo izmeriti svetlobe oddaljenih planetov, ampak tudi določiti njihovo sestavo. Prav tako lahko omogočijo izdelavo miniaturnih detektorjev bakterij, virusov ali določenih snovi - kemičnih senzorjev in biosenzorjev. Mihail Gorodecki je orisal takšno futuristično sliko sveta, v katerem se že uporabljajo mikrorezonatorji: »S pomočjo kompaktne naprave, ki temelji na optičnih mikro votlinah, bo mogoče določiti sestavo zraka, ki ga človek izdihuje in nosi informacije o stanje skoraj vseh organov v človeškem telesu. To pomeni, da se lahko hitrost in natančnost diagnostike v medicini preprosto večkrat povečata."
Vendar so to zaenkrat le še teorije, ki jih je treba še preizkusiti. Do že pripravljenih naprav, ki temeljijo na njih, je še dolga pot. Po mnenju Mihaila Gorodetskega bi moral njegov laboratorij v skladu z odobrenim načrtom natančno ugotoviti, kako v nekaj letih uporabiti mikrorezonatorje v praksi. Trenutno so najbolj obetavna področja telekomunikacije in tudi vojska. Mikrorezonatorji so lahko res zanimivi tudi za rusko vojsko. Na primer, lahko jih uporabimo pri razvoju in proizvodnji radarjev ter stabilnih generatorjev signalov.
Zaenkrat množična proizvodnja mikro votlin ni potrebna. Toda številna podjetja na svetu so že začela proizvajati naprave z njihovo uporabo, se pravi, da so resnično lahko komercializirala svoj razvoj. Vendar še vedno govorimo le o kosilnih strojih, namenjenih reševanju ozkega nabora nalog. Na primer, ameriško podjetje OEWaves (v katerem trenutno dela eden od izumiteljev mikrorezonatorjev Vladimir Ilchenko) se ukvarja s proizvodnjo superstabilnih mikrovalovnih generatorjev, pa tudi odličnih laserjev. Laser podjetja, ki proizvaja svetlobo v zelo ozkem območju (do 300 Hz) z zelo nizkim faznim in frekvenčnim šumom, je že prejel prestižno nagrado PRIZM. Takšna nagrada je praktično oskar na področju uporabne optike, ta nagrada se podeljuje letno.
Na medicinskem področju se južnokorejska skupina podjetij Samsung skupaj z Ruskim kvantnim centrom ukvarja z lastnim razvojem na tem področju. Po navedbah Kommersanta so bila ta dela v letu 2015 na začetni stopnji, zato je še prezgodaj in prezgodaj govoriti o izumih, ki bi uporabili aplikacije.
