Profesor Astonskej univerzity (Anglicko) Michail Sumetsky a inžinier výskumu z ITMO University (Petrohradská národná výskumná univerzita informačných technológií, mechaniky a optiky) Nikita Toropov vytvorili praktickú a lacnú technológiu na výrobu optických mikrodutín s rekordne vysokou presnosťou. Mikroresonátory sa môžu stať základom pre tvorbu kvantových počítačov, informoval o tom minulý piatok 22. júla populárno -vedecký portál „Cherdak“s odvolaním sa na tlačovú službu ITMO.
Relevancia práce v oblasti vytvárania kvantových počítačov je dnes daná skutočnosťou, že množstvo veľmi dôležitých problémov nie je možné vyriešiť pomocou klasických počítačov vrátane superpočítačov v rozumnom časovom období. Hovoríme o problémoch kvantovej fyziky a chémie, kryptografie, jadrovej fyziky. Vedci predpovedajú, že kvantové počítače sa stanú dôležitou súčasťou distribuovaného počítačového prostredia budúcnosti. Vybudovanie kvantového počítača v podobe skutočného fyzického objektu je jedným zo základných problémov fyziky 21. storočia.
Štúdia ruských vedcov o produkcii optických mikrodutín bola publikovaná v časopise Optics Letters. "Technológia nevyžaduje prítomnosť vákuových inštalácií, je takmer úplne bez procesov, ktoré sú spojené s úpravou žieravých roztokov, pričom je relatívne lacná." Najdôležitejšie však je, že je to ďalší krok k zlepšeniu kvality prenosu a spracovania údajov, vytvárania kvantových počítačov a ultrazvukových meracích prístrojov, “uvádza sa v tlačovej správe ITMO University.
Optická mikrodutina je druh svetelnej pasce vo forme veľmi malého mikroskopického zahustenia optického vlákna. Pretože fotóny nemožno zastaviť, je potrebné nejakým spôsobom zastaviť ich tok, aby sa zakódovali informácie. Presne na to slúžia reťazce optických mikrodutín. Vďaka efektu „našepkávaná galéria“sa signál spomaľuje: pri vstupe do rezonátora sa svetelná vlna odráža od jeho stien a krúti sa. Vďaka zaoblenému tvaru rezonátora sa zároveň môže v ňom dlho odrážať svetlo. Fotóny sa teda pohybujú od jedného rezonátora k druhému oveľa nižšou rýchlosťou.
Dráhu svetla je možné nastaviť zmenou veľkosti a tvaru rezonátora. Ak vezmeme do úvahy veľkosť mikrodutín, ktorá je menšia ako desatina milimetra, zmeny parametrov takéhoto zariadenia musia byť mimoriadne presné, pretože akákoľvek chyba na povrchu mikrodutiny môže spôsobiť chaos v toku fotónov. "Ak sa svetlo dlho točí, začne zasahovať (do konfliktu) so sebou," zdôrazňuje Michail Sumetsky. - V prípade, že došlo k chybe pri výrobe rezonátorov, začína zmätok. Z toho môžete získať hlavnú požiadavku na rezonátory: minimálnu odchýlku veľkosti."
Mikroresonátory, ktoré vyrobili vedci z Ruska a Veľkej Británie, sú vyrobené s tak vysokou presnosťou, že rozdiel v ich rozmeroch nepresahuje 0,17 angströmov. Aby sme si predstavili rozsah, poznamenávame, že táto hodnota je približne 3 -krát menšia ako priemer atómu vodíka a okamžite 100 -krát menšia ako chyba, ktorá je dnes pri výrobe takýchto rezonátorov povolená. Michail Sumetsky vytvoril metódu SNAP špeciálne na výrobu rezonátorov. Podľa tejto technológie laser žíha vlákno a odstraňuje v ňom zamrznuté napätie. Po vystavení laserovému lúču sa vlákno mierne „napučí“a získa sa mikrodutina. Vedci z Ruska a Anglicka sa chystajú pokračovať v zdokonaľovaní technológie SNAP a v rozširovaní spektra jej možných aplikácií.
Práce na mikrodutinách sa u nás za posledných niekoľko desaťročí nezastavili. V obci Skolkovo pri Moskve, na ulici Novaya, postavili dom číslo 100. Jedná sa o dom so zrkadlovými stenami, ktoré vo svojej modrej môžu konkurovať oblohe. Toto je budova Skolkovskej školy manažmentu. Jedným z nájomcov tohto neobvyklého domu je ruské kvantové centrum (RQC).
Mikrokavitácie sú dnes pomerne aktuálnou témou v kvantovej optike. Niekoľko skupín po celom svete ich nepretržite študuje. Súčasne boli spočiatku optické mikrodutiny vynájdené v našej krajine na Moskovskej štátnej univerzite. Prvý článok o takýchto rezonátoroch bol uverejnený v roku 1989. Autormi článku sú traja fyzici: Vladimir Braginsky, Vladimir Ilchenko a Michail Gorodetsky. Gorodetsky bol v tom čase súčasne študentom a jeho vodca Ilchenko sa neskôr presťahoval do USA, kde začal pracovať v laboratóriu NASA. Naproti tomu Michail Gorodetsky zostal na Moskovskej štátnej univerzite a štúdiu tejto oblasti venoval mnoho rokov. K tímu RCC sa pridal relatívne nedávno - v roku 2014 sa v RCC môže naplno odhaliť jeho potenciál vedca. Centrum má na to všetko vybavenie potrebné na experimenty, ktoré na Moskovskej štátnej univerzite jednoducho nie je k dispozícii, rovnako ako tím špecialistov. Ďalším argumentom, ktorý Gorodetsky priniesol v prospech RCC, bola schopnosť vyplácať zamestnancom slušné mzdy.
V súčasnosti Gorodetskyho tím zahŕňa niekoľko chlapcov, ktorí sa predtým zaoberali vedeckými aktivitami pod jeho vedením na Moskovskej štátnej univerzite. Zároveň nie je pre nikoho tajomstvom, že udržať si nádejných mladých vedcov v Rusku dnes nie je jednoduché - dvere akýchkoľvek laboratórií na celom svete sú pre nich v týchto dňoch otvorené. A RCC je jednou z príležitostí na vynikajúcu vedeckú kariéru a na získanie primeraného platu bez opustenia Ruskej federácie. V súčasnej dobe v laboratóriu Michaila Gorodetského prebieha výskum, ktorý s priaznivým vývojom udalostí môže zmeniť svet.
Optické mikrodutiny sú základom novej technológie, ktorá môže zvýšiť hustotu prenosu údajov cez kanály optických vlákien. A to je len jedna z možných aplikácií mikrodutín. Za posledných niekoľko rokov sa jedno z laboratórií RCC naučilo vyrábať mikrorezonátory, ktoré sa už nakupujú v zahraničí. A ruskí vedci, ktorí predtým pracovali na zahraničných univerzitách, sa dokonca vracajú do Ruska pracovať v tomto laboratóriu.
Podľa teórie by optické mikrodutiny mohli byť použité v telekomunikáciách, kde by pomohli zvýšiť hustotu prenosu dát cez kábel z optických vlákien. V súčasnej dobe sú dátové pakety už prenášané v inom farebnom rozsahu, ale pokiaľ budú prijímač a vysielač citlivejšie, bude možné jednu dátovú linku rozvetviť na ešte viac frekvenčných kanálov.
Nie je to však jediná oblasť ich aplikácie. Pomocou optických mikrodutín nie je možné len merať svetlo vzdialených planét, ale ani určovať ich zloženie. Môžu tiež umožniť vytvorenie miniatúrnych detektorov baktérií, vírusov alebo určitých látok - chemických senzorov a biosenzorov. Michail Gorodetsky načrtol taký futuristický obraz sveta, v ktorom sa už používajú mikrorezonátory: „Pomocou kompaktného zariadenia založeného na optických mikrodutinách bude možné určiť zloženie vzduchu vydychovaného osobou, ktorý nesie informácie o stav takmer všetkých orgánov v ľudskom tele. To znamená, že rýchlosť a presnosť diagnostiky v medicíne sa môže mnohonásobne zvýšiť. “
Sú to však zatiaľ len teórie, ktoré je potrebné ešte otestovať. K hotovým zariadeniam na ich základe je ešte dlhá cesta. Podľa Michaila Gorodetskyho by však jeho laboratórium podľa schváleného plánu malo o niekoľko rokov presne zistiť, ako v praxi používať mikrorezonátory. V súčasnosti sú najsľubnejšími oblasťami telekomunikácie, ako aj armáda. Mikrorezonátory môžu byť skutočne zaujímavé aj pre ruskú armádu. Môžu byť napríklad použité pri vývoji a výrobe radarov, ako aj stabilných generátorov signálu.
Hromadná výroba mikrodutín zatiaľ nie je potrebná. Ale niekoľko spoločností na svete už začalo vyrábať zariadenia, ktoré ich používajú, to znamená, že skutočne dokázali komercializovať svoj vývoj. Stále však hovoríme iba o kusových strojoch určených na riešenie úzkeho okruhu úloh. Napríklad americká spoločnosť OEWaves (v ktorej v súčasnosti pracuje jeden z vynálezcov mikrorezonátorov Vladimir Ilchenko) sa zaoberá výrobou superstabilných mikrovlnných generátorov, ako aj vynikajúcich laserov. Laser spoločnosti, ktorý produkuje svetlo vo veľmi úzkom rozsahu (až 300 Hz) s veľmi nízkym fázovým a frekvenčným šumom, už získal prestížne ocenenie PRIZM. Takáto cena je prakticky Oscarom v oblasti aplikovanej optiky, táto cena sa udeľuje každoročne.
V lekárskej oblasti sa juhokórejská skupina spoločností Samsung spolu s ruským kvantovým centrom zaoberá vlastným vývojom v tejto oblasti. Podľa Kommersanta boli tieto práce v roku 2015 v úplnom počiatočnom štádiu, takže je príliš skoro a predčasné hovoriť o vynálezoch, ktoré by použili aplikácie.
