Profesor Sveučilišta Aston (Engleska) Mikhail Sumetsky i inženjer istraživač sa Sveučilišta ITMO (Sankt Peterburško nacionalno istraživačko sveučilište za informacijske tehnologije, mehaniku i optiku) Nikita Toropov stvorili su praktičnu i jeftinu tehnologiju za proizvodnju optičkih mikro šupljina s rekordno visokom točnošću. Mikrorezonatori mogu postati osnova za stvaranje kvantnih računala, o tome je prošlog petka, 22. srpnja, izvijestio popularnoznanstveni portal "Cherdak" pozivajući se na pres službu ITMO -a.
Važnost rada na području stvaranja kvantnih računala danas je posljedica činjenice da se niz vrlo važnih problema ne može riješiti pomoću klasičnih računala, uključujući superračunala, u razumnom vremenskom razdoblju. Govorimo o problemima kvantne fizike i kemije, kriptografije, nuklearne fizike. Znanstvenici predviđaju da će kvantna računala postati važan dio distribuiranog računalnog okruženja budućnosti. Izgradnja kvantnog računala u obliku stvarnog fizičkog objekta jedan je od temeljnih problema fizike u 21. stoljeću.
Studija ruskih znanstvenika o proizvodnji optičkih mikroupljina objavljena je u časopisu Optics Letters. „Tehnologija ne zahtijeva prisutnost vakuumskih instalacija, gotovo je potpuno oslobođena procesa koji su povezani s tretiranjem kaustičnih otopina, dok je relativno jeftina. No najvažnije je da je ovo još jedan korak prema poboljšanju kvalitete prijenosa i obrade podataka, stvaranju kvantnih računala i ultraosjetljivih mjernih instrumenata”, stoji u priopćenju za javnost sa Sveučilišta 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 se val odbija od njegovih zidova i uvija. Istodobno, zbog zaobljenog oblika rezonatora, svjetlost se može dugo reflektirati unutar njega. Dakle, fotoni se kreću s jednog rezonatora na drugi mnogo manjom brzinom.
Put svjetlosti može se prilagoditi promjenom veličine i oblika rezonatora. Uzimajući u obzir veličinu mikroupljina, koja je manja od desetine milimetra, promjene parametara takvog uređaja moraju biti iznimno precizne, jer svaki nedostatak na površini mikroupljine može unijeti kaos u tok fotona. "Ako se svjetlo dugo vrti, počinje se miješati (sukobljavati) samo sa sobom", naglašava Mihail Sumetsky. - U slučaju da je došlo do pogreške u izradi rezonatora, počinje zabuna. Iz toga možete dobiti glavni zahtjev za rezonatore: minimalno odstupanje u veličini."
Mikrorezonatori, koje su proizveli znanstvenici iz Rusije i Velike Britanije, izrađeni su s tako velikom preciznošću da razlika u njihovim dimenzijama ne prelazi 0,17 angstrema. Zamislimo razmjere, napominjemo da je ta vrijednost približno 3 puta manja od promjera atoma vodika i odmah 100 puta manja od pogreške 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 njezinih mogućih primjena.
Rad na mikroupljinama u našoj zemlji nije prestao posljednjih nekoliko desetljeća. 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 aktualna tema u kvantnoj optici. Nekoliko skupina diljem svijeta kontinuirano ih proučava. Istodobno, u početku su optičke mikro šupljine izmišljene u našoj zemlji na Moskovskom državnom sveučilištu. 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 kasnije se preselio u Sjedinjene Države, gdje je počeo raditi u NASA -inom laboratoriju. Nasuprot tome, Mihail Gorodecki ostao je na Moskovskom državnom sveučilištu, posvetivši mnogo godina proučavanju ovog područja. Pridružio se timu RCC -a relativno nedavno - 2014. godine, u RCC -u se potpunije može otkriti njegov potencijal znanstvenika. U tu svrhu centar ima svu opremu potrebnu za eksperimente, koja jednostavno nije dostupna na Moskovskom državnom sveučilištu, kao ni tim stručnjaka. Drugi 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 prije toga bavili znanstvenim aktivnostima pod njegovim vodstvom na Moskovskom državnom sveučilištu. Istodobno, nikome nije tajna da danas u Rusiji nije lako zadržati obećavajuće mlade znanstvenike - vrata ovih laboratorija diljem svijeta otvorena su im ovih dana. A RCC je jedna od prilika za stvaranje briljantne znanstvene karijere, kao i primanje odgovarajuće plaće, a da ne napustite Rusku Federaciju. Trenutno, u laboratoriju Mihaila Gorodetskog, u tijeku su istraživanja koja, uz povoljan razvoj događaja, mogu promijeniti svijet.
Optičke mikroupljine temelj su 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 jedan od laboratorija RCC -a naučio je proizvoditi mikrorezonatore koji se već kupuju u inozemstvu. A ruski znanstvenici koji su prije radili na stranim sveučilištima čak se vraćaju u Rusiju kako bi radili u ovom laboratoriju.
Prema teoriji, optičke mikro šupljine mogle bi se koristiti u telekomunikacijama, gdje bi pomogle povećati gustoću prijenosa podataka preko optičkog kabela. Trenutno se paketi podataka već prenose u drugom rasponu boja, no ako su prijemnik i odašiljač osjetljiviji, bit će moguće razgranati jednu podatkovnu liniju u još više frekvencijskih kanala.
No, to nije jedino područje njihove primjene. Također, pomoću optičkih mikro šupljina ne može se mjeriti samo svjetlost udaljenih planeta, već i odrediti njihov sastav. Također mogu omogućiti izradu minijaturnih detektora bakterija, virusa ili određenih tvari - kemijskih senzora i biosenzora. Mihail Gorodecki opisao je takvu futurističku sliku svijeta u kojem se već koriste mikrorezonatori: „Uz pomoć kompaktnog uređaja temeljenog na optičkim mikroupljinama bit će moguće odrediti sastav zraka koji izdahne osoba, a koji nosi podatke o stanje gotovo svih organa u ljudskom tijelu. Odnosno, brzina i točnost dijagnostike u medicini se jednostavno mogu višestruko povećati."
Međutim, zasad su to samo teorije koje tek treba provjeriti. Do gotovih uređaja temeljenih na njima još je dug put. Međutim, prema mišljenju Mihaila Gorodeckog, njegov bi laboratorij, prema odobrenom planu, trebao točno shvatiti kako će za par godina koristiti mikrorezonatore u praksi. Trenutno su područja koja najviše obećavaju telekomunikacije, kao i vojska. Mikrorezonatori bi doista mogli zanimati i 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 tvrtke u svijetu već su počele proizvoditi uređaje koristeći ih, odnosno zaista su uspjele komercijalizirati svoj razvoj. Međutim, još uvijek govorimo samo o komadnim strojevima dizajniranim za rješavanje uskog raspona zadataka. Primjerice, američka tvrtka OEWaves (u kojoj trenutno radi jedan od izumitelja mikrorezonatora Vladimir Ilchenko) bavi se proizvodnjom superstabilnih mikrovalnih generatora, kao i izvrsnih lasera. Laser tvrtke, 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, ova se nagrada dodjeljuje godišnje.
Na području medicine, južnokorejska grupacija Samsung, zajedno s Ruskim kvantnim centrom, bavi se vlastitim razvojem u ovom području. Prema Komersantu, ti su radovi 2015. bili u samoj početnoj fazi, pa je prerano i prerano govoriti nešto o izumima koji bi primijenili primjenu.
