Astonin yliopiston (Englanti) professori Mikhail Sumetsky ja tutkimusinsinööri ITMO -yliopistosta (St. Mikroresonaattoreista voi tulla perusta kvanttitietokoneiden luomiselle, kertoi viime perjantaina 22. heinäkuuta populaaritieteellinen portaali "Cherdak" viitaten ITMOn lehdistöpalveluun.
Työn merkitys kvanttitietokoneiden luomisen alalla johtuu nykyään siitä, että monia erittäin tärkeitä ongelmia ei voida ratkaista käyttämällä klassisia tietokoneita, mukaan lukien supertietokoneet, kohtuullisessa ajassa. Puhumme kvanttifysiikan ja kemian, salauksen, ydinfysiikan ongelmista. Tutkijat ennustavat, että kvanttitietokoneista tulee tärkeä osa tulevaisuuden hajautettua tietokoneympäristöä. Kvanttitietokoneen rakentaminen todellisen fyysisen esineen muodossa on yksi 2000 -luvun fysiikan perusongelmista.
Venäläisten tutkijoiden tutkimus optisten mikroontelojen tuotannosta julkaistiin Optics Letters -lehdessä.”Teknologia ei vaadi tyhjiöasennuksia, se on lähes täysin vapaa menetelmistä, jotka liittyvät syövyttävien liuosten käsittelyyn, mutta on suhteellisen halpaa. Mutta tärkeintä on, että tämä on toinen askel kohti tiedonsiirron ja käsittelyn laadun parantamista, kvanttitietokoneiden ja erittäin herkkien mittauslaitteiden luomista”, ITMO -yliopiston lehdistötiedote sanoo.
Optinen mikro -onkalo on eräänlainen valonloukku hyvin pienen mikroskooppisen paksun optisen kuidun muodossa. Koska fotoneja ei voida pysäyttää, niiden virtaus on jotenkin pysäytettävä tietojen koodaamiseksi. Juuri tähän tarkoitukseen käytetään optisten mikroonteloiden ketjuja. "Kuiskausgalleria" -efektin ansiosta signaali hidastuu: päästäessä resonaattoriin valoaalto heijastuu sen seinistä ja käänteistä. Samaan aikaan resonaattorin pyöristetyn muodon vuoksi valo voi heijastua sen sisälle pitkään. Siten fotonit liikkuvat resonaattorista toiseen paljon pienemmällä nopeudella.
Valopolkua voidaan säätää muuttamalla resonaattorin kokoa ja muotoa. Kun otetaan huomioon mikroontelojen koko, joka on alle kymmenesosa millimetristä, tällaisen laitteen parametrien muutosten on oltava äärimmäisen tarkkoja, koska kaikki mikroontelon pinnan viat voivat aiheuttaa kaaoksen fotonivirtaan. "Jos valo pyörii pitkään, se alkaa häiritä itseään", korostaa Mihail Sumetsky. - Jos resonaattoreiden tuotannossa tehtiin virhe, sekaannus alkaa. Tästä saat resonaattoreille tärkeimmän vaatimuksen: pienimmän koon poikkeaman."
Venäjän ja Ison -Britannian tutkijoiden valmistamat mikroresonaattorit on valmistettu niin tarkasti, että niiden mittojen ero ei ylitä 0,17 angströmia. Jotta voisimme kuvitella mittakaavan, huomaamme, että tämä arvo on noin 3 kertaa pienempi kuin vetyatomin halkaisija ja heti 100 kertaa pienempi kuin virhe, joka sallitaan tällaisten resonaattorien valmistuksessa nykyään. Mikhail Sumetsky loi SNAP -menetelmän erityisesti resonaattoreiden valmistusta varten. Tämän tekniikan mukaan laser hehkuttaa kuidun ja poistaa siihen jäätyneet jännitykset. Lasersäteelle altistumisen jälkeen kuitu "turpoaa" hieman ja saadaan mikro -ontelo. Venäjän ja Englannin tutkijat aikovat edelleen parantaa SNAP -tekniikkaa ja laajentaa sen mahdollisten sovellusten valikoimaa.
Mikro -aukkojen työ maassamme ei ole pysähtynyt viimeisten vuosikymmenten aikana. Moskovan lähellä Skolkovon kylässä Novaja -kadulla rakennettiin talo numero 100. Tämä on talo, jossa on peiliseinät, jotka sinisinä voivat kilpailla taivaan kanssa. Tämä on Skolkovon johtamiskoulun rakennus. Yksi tämän epätavallisen talon vuokralaisista on Venäjän kvanttikeskus (RQC).
Mikro -ontelot ovat nykyään varsin ajankohtainen aihe kvanttioptiikassa. Useat ryhmät ympäri maailmaa tutkivat niitä jatkuvasti. Samaan aikaan alun perin keksittiin maassamme Moskovan valtionyliopistossa optisia mikroaukkoja. Ensimmäinen artikkeli tällaisista resonaattoreista julkaistiin vuonna 1989. Artikkelin kirjoittajat ovat kolme fyysikkoa: Vladimir Braginsky, Vladimir Ilchenko ja Mihail Gorodetsky. Samaan aikaan Gorodetsky oli tuolloin opiskelija, ja hänen johtajansa Ilchenko muutti myöhemmin Yhdysvaltoihin, missä hän aloitti työskentelyn NASAn laboratoriossa. Sitä vastoin Mihail Gorodetsky jäi Moskovan valtionyliopistoon ja omisti monta vuotta tämän alueen opiskeluun. Hän liittyi RCC -tiimiin suhteellisen äskettäin - vuonna 2014 RCC: ssä hänen potentiaalinsa tutkijana voidaan paljastaa täydellisemmin. Tätä varten keskuksessa on kaikki kokeisiin tarvittavat laitteet, joita ei yksinkertaisesti ole saatavilla Moskovan valtionyliopistossa, sekä asiantuntijaryhmä. Toinen argumentti, jonka Gorodetsky toi RCC: n hyväksi, oli kyky maksaa kunnollisia palkkoja työntekijöille.
Tällä hetkellä Gorodetskin tiimiin kuuluu useita kavereita, jotka olivat aiemmin harjoittaneet tieteellistä toimintaa hänen johdollaan Moskovan valtionyliopistossa. Samaan aikaan ei ole salaisuus kenellekään, että lupaavien nuorten tutkijoiden pitäminen Venäjällä ei ole helppoa tänään - minkä tahansa laboratorion ovet ympäri maailmaa ovat heille avoinna näinä päivinä. Ja RCC on yksi mahdollisuuksista tehdä loistava tieteellinen ura ja saada riittävä palkka poistumatta Venäjän federaatiosta. Tällä hetkellä Mikhail Gorodetskin laboratoriossa on käynnissä tutkimus, joka tapahtumien myönteisen kehityksen myötä voi muuttaa maailmaa.
Optiset mikroaukot ovat uuden tekniikan perusta, joka voi lisätä tiedonsiirtotiheyttä kuituoptisten kanavien kautta. Ja tämä on vain yksi mahdollisista mikroonkalojen sovelluksista. Viime vuosina yksi RCC -laboratorioista on oppinut tuottamaan mikroresonaattoreita, joita ostetaan jo ulkomailta. Ja venäläiset tutkijat, jotka ovat aiemmin työskennelleet ulkomaisissa yliopistoissa, palaavat jopa Venäjälle työskentelemään tässä laboratoriossa.
Teorian mukaan optisia mikroonteloita voitaisiin käyttää tietoliikenteessä, missä ne auttaisivat lisäämään tiedonsiirtotiheyttä kuitukaapelin yli. Tällä hetkellä datapaketteja lähetetään jo eri värialueella, mutta jos vastaanotin ja lähetin ovat herkempiä, on mahdollista haarata yksi datalinja vielä useammille taajuuskanaville.
Mutta tämä ei ole ainoa sovellusalue. Myös optisten mikroonteloiden avulla voidaan paitsi mitata kaukana olevien planeettojen valoa, myös määrittää niiden koostumus. Niiden avulla voidaan myös luoda pieniä bakteerien, virusten tai tiettyjen aineiden ilmaisimia - kemiallisia antureita ja biosensoreita. Mikhail Gorodetsky hahmotti tällaisen futuristisen kuvan maailmasta, jossa mikroresonaattoreita jo käytetään:”Optisen mikroaukkoon perustuvan pienikokoisen laitteen avulla on mahdollista määrittää ihmisen uloshengittämän ilman koostumus, joka sisältää tietoa lähes kaikkien ihmiskehon elinten tila. Toisin sanoen lääketieteen diagnostiikan nopeus ja tarkkuus voivat yksinkertaisesti kasvaa moninkertaisesti."
Toistaiseksi nämä ovat kuitenkin vain teorioita, joita on vielä testattava. Näihin perustuviin valmiisiin laitteisiin on vielä pitkä matka. Mikhail Gorodetskin mukaan hänen laboratorionsa tulisi kuitenkin hyväksytyn suunnitelman mukaan selvittää tarkasti, miten mikroresonaattoreita käytetään käytännössä parin vuoden kuluttua. Tällä hetkellä lupaavimmat alueet ovat tietoliikenne ja armeija. Mikroresonaattorit voivat todella kiinnostaa myös Venäjän armeijaa. Niitä voidaan käyttää esimerkiksi tutkojen ja vakaiden signaaligeneraattorien kehittämiseen ja tuotantoon.
Toistaiseksi mikroonteloiden massatuotantoa ei tarvita. Mutta monet yritykset maailmassa ovat jo alkaneet valmistaa laitteita käyttämällä niitä, eli ne pystyivät todella kaupallistamaan kehitystään. Puhumme kuitenkin edelleen vain kappalekoneista, jotka on suunniteltu ratkaisemaan kapeat tehtävät. Esimerkiksi amerikkalainen yritys OEWaves (jossa yksi mikroresonaattoreiden keksijöistä, Vladimir Ilchenko työskentelee tällä hetkellä) harjoittaa superstabiilien mikroaaltogeneraattoreiden ja erinomaisten lasereiden tuotantoa. Yhtiön laser, joka tuottaa valoa hyvin kapealla alueella (jopa 300 Hz) erittäin alhaisella vaihe- ja taajuuskohinalla, on jo voittanut arvostetun PRIZM -palkinnon. Tällainen palkinto on käytännössä Oscar optiikan alalla, tämä palkinto jaetaan vuosittain.
Lääketieteen alalla eteläkorealainen yritysryhmä Samsung yhdessä Venäjän kvanttikeskuksen kanssa osallistuu omaan kehitykseen tällä alalla. Kommersantin mukaan nämä työt vuonna 2015 olivat vasta alkuvaiheessa, joten on liian aikaista ja ennenaikaista sanoa jotain keksinnöistä, jotka olisivat soveltaneet sovelluksia.
