Astoni ülikooli (Inglismaa) professor Mihhail Sumetsky ja ITMO ülikooli (Peterburi riiklik infotehnoloogia, mehaanika ja optika uurimisülikool) insener Nikita Toropov on loonud praktilise ja odava tehnoloogia optiliste mikroõõnte tootmiseks rekordiliselt suure täpsusega. Mikroresonaatorid võivad saada aluseks kvantarvutite loomisele, sellest teatas eelmisel reedel, 22. juulil populaarteaduslik portaal "Cherdak", viidates ITMO pressiteenistusele.
Töö asjakohasus kvantarvutite loomise valdkonnas on tänapäeval tingitud asjaolust, et mitmeid väga olulisi probleeme ei saa lahendada mõistliku aja jooksul klassikaliste arvutite, sealhulgas superarvutite abil. Me räägime kvantfüüsika ja keemia, krüptograafia, tuumafüüsika probleemidest. Teadlased ennustavad, et kvantarvutitest saab tuleviku hajutatud arvutuskeskkonna oluline osa. Kvantarvuti ehitamine reaalse füüsilise objekti kujul on 21. sajandi üks füüsika põhiprobleeme.
Ajakirjas Optics Letters avaldati vene teadlaste uuring optiliste mikroõõnsuste tootmise kohta. „Tehnoloogia ei nõua vaakumseadmete olemasolu, on peaaegu täielikult vaba protsessidest, mis on seotud söövitavate lahuste töötlemisega, olles samas suhteliselt odav. Kuid kõige tähtsam on see, et see on järjekordne samm andmete edastamise ja töötlemise kvaliteedi parandamise, kvantarvutite ja ülitundlike mõõteriistade loomise suunas,”seisab ITMO ülikooli pressiteates.
Optiline mikroõõnsus on omamoodi valguslõks optilise kiu väga väikese mikroskoopilise paksenemise kujul. Kuna footoneid ei saa peatada, on teabe kodeerimiseks vaja nende voog kuidagi peatada. Just selle jaoks kasutatakse optiliste mikroõõnsuste ahelaid. Tänu "sosistava galerii" efektile aeglustub signaal: resonaatorisse sattudes peegeldub valguslaine selle seintelt ja keerdumistelt. Samal ajal võib resonaatori ümara kuju tõttu valgus selle sees pikka aega peegelduda. Seega liiguvad footonid ühelt resonaatorilt teisele palju väiksema kiirusega.
Valgusrada saab reguleerida resonaatori suuruse ja kuju muutmisega. Võttes arvesse mikroõõnte suurust, mis on väiksem kui kümnendik millimeetrit, peavad sellise seadme parameetrite muutused olema ülitäpsed, kuna igasugused mikroõõnsuse pinna defektid võivad footoni voogu sisse tuua kaose. "Kui valgus pöörleb pikka aega, hakkab see ise segama (konflikti)," rõhutab Mihhail Sumetsky. - Juhul, kui resonaatorite tootmisel tehti viga, algab segadus. Sellest saate resonaatorite põhinõude: minimaalse suuruse kõrvalekalde."
Mikroresonaatorid, mille valmistasid Venemaa ja Suurbritannia teadlased, on valmistatud nii suure täpsusega, et nende mõõtmete erinevus ei ületa 0,17 angströmi. Skaala ettekujutamiseks märgime, et see väärtus on ligikaudu 3 korda väiksem kui vesinikuaatomi läbimõõt ja kohe 100 korda väiksem kui viga, mis on tänapäeval selliste resonaatorite tootmisel lubatud. Mihhail Sumetsky lõi SNAP -meetodi spetsiaalselt resonaatorite tootmiseks. Selle tehnoloogia kohaselt lõõmutab laser kiud, eemaldades selles külmunud pinged. Pärast laserkiirega kokkupuudet kiu "paisub" veidi ja saadakse mikroõõnsus. Venemaa ja Inglismaa teadlased jätkavad SNAP -tehnoloogia täiustamist, samuti laiendavad selle võimalike rakenduste valikut.
Mikroaukude kallal töötamine ei ole meie riigis viimastel aastakümnetel peatunud. Moskva lähedal Skolkovo külas Novaja tänaval ehitati maja number 100. See on peegelseintega maja, mis oma sinisega suudab taevaga konkureerida. See on Skolkovo juhtimiskooli hoone. Üks selle ebatavalise maja üürnikest on Vene kvantkeskus (RQC).
Mikroõõnsused on tänapäeval kvantoptika üsna aktuaalne teema. Mitmed rühmad üle maailma uurivad neid pidevalt. Samal ajal leiutati meie riigis Moskva Riiklikus Ülikoolis esialgu optilised mikroõõnsused. Esimene artikkel selliste resonaatorite kohta ilmus juba 1989. aastal. Artikli autorid on kolm füüsikut: Vladimir Braginsky, Vladimir Ilchenko ja Mihhail Gorodetsky. Samal ajal oli Gorodetsky sel ajal tudeng ja tema juht Ilchenko kolis hiljem USA -sse, kus asus tööle NASA laborisse. Seevastu Mihhail Gorodetsky jäi Moskva Riiklikku Ülikooli, pühendades aastaid selle valdkonna uurimisele. Ta liitus RCC meeskonnaga suhteliselt hiljuti - 2014. aastal saab RCC -s tema kui teadlase potentsiaali paljastada täielikumalt. Selleks on keskuses olemas kõik katseteks vajalikud seadmed, mida Moskva Riiklikus Ülikoolis lihtsalt pole, samuti spetsialistide meeskond. Teine argument, mille Gorodetsky RCC kasuks tõi, oli võime maksta töötajatele korralikku palka.
Praegu kuulub Gorodetski meeskonda mitu kutti, kes varem tegelesid tema juhtimisel Moskva Riiklikus Ülikoolis teadusliku tegevusega. Samas pole kellelegi saladus, et paljutõotavaid noori teadlasi pole Venemaal täna lihtne hoida - neile on tänapäeval avatud kõikide laborite uksed üle maailma. Ja RCC on üks võimalus teha hiilgavat teaduskarjääri ja saada piisavat palka, ilma Vene Föderatsioonist lahkumata. Praegu on Mihhail Gorodetski laboris käimas uuringud, mis sündmuste soodsa arenguga võivad maailma muuta.
Optilised mikroõõnsused on uue tehnoloogia aluseks, mis võib suurendada kiudoptiliste kanalite kaudu andmeedastuse tihedust. Ja see on vaid üks võimalikest mikroõõnte rakendustest. Viimase paari aasta jooksul on üks RCC laboritest õppinud tootma mikroresonaatoreid, mida juba välismaalt ostetakse. Ja Vene teadlased, kes varem töötasid välisülikoolides, naasevad isegi Venemaale sellesse laborisse tööle.
Teooria kohaselt võiks optilisi mikroõõnesid kasutada telekommunikatsioonis, kus need aitaksid suurendada andmeedastustihedust fiiberoptilise kaabli kaudu. Praegu edastatakse andmepakette juba erinevas värvivalikus, kuid kui vastuvõtja ja saatja on tundlikumad, on võimalik üks andmeliin hargneda veelgi sageduskanalitesse.
Kuid see pole nende rakendusala ainus. Samuti saab optiliste mikroõõnsuste abil mitte ainult mõõta kaugete planeetide valgust, vaid ka määrata nende koostist. Samuti võivad need võimaldada luua bakterite, viiruste või teatud ainete miniatuurseid detektoreid - keemilisi andureid ja biosensoreid. Mihhail Gorodetsky kirjeldas sellist futuristlikku pilti maailmast, kus mikroresonaatoreid juba kasutatakse: „Optiliste mikroõõntel põhineva kompaktse seadme abil on võimalik kindlaks teha inimese väljahingatava õhu koostis, mis sisaldab teavet peaaegu kõigi inimkeha organite seisund. See tähendab, et diagnostika kiirus ja täpsus meditsiinis võib lihtsalt kordades suureneda."
Kuid siiani on need vaid teooriad, mida tuleb veel testida. Nende põhjal valmisseadmeteni on veel pikk tee minna. Kuid Mihhail Gorodetski sõnul peaks tema labor heakskiidetud plaani järgi paari aasta pärast täpselt välja mõtlema, kuidas mikroresaatoreid praktikas kasutada. Praegu on kõige lootustandvamad valdkonnad telekommunikatsioon, samuti sõjavägi. Mikroresonaatorid võivad tõepoolest huvi pakkuda ka Vene sõjaväele. Näiteks saab neid kasutada radarite, aga ka stabiilsete signaaligeneraatorite väljatöötamisel ja tootmisel.
Siiani pole mikroõõnte masstootmist vaja. Kuid mitmed ettevõtted maailmas on juba alustanud nende abil seadmete tootmist, see tähendab, et nad suutsid oma arendusi tõesti turustada. Siiski räägime endiselt ainult tükkmasinatest, mis on mõeldud kitsa ülesannete lahendamiseks. Näiteks Ameerika ettevõte OEWaves (kus praegu töötab üks mikroresonaatorite leiutajatest Vladimir Ilchenko) tegeleb ülistabiilsete mikrolainegeneraatorite ja suurepäraste laserite tootmisega. Ettevõtte laser, mis toodab valgust väga kitsas vahemikus (kuni 300 Hz) väga madala faasi- ja sagedusmüraga, on juba võitnud maineka PRIZM -i auhinna. Selline auhind on praktiliselt Oscar rakendusliku optika valdkonnas, see auhind antakse välja igal aastal.
Meditsiinivaldkonnas tegeleb Lõuna -Korea ettevõtete grupp Samsung koos Venemaa kvantkeskusega selles valdkonnas oma arendustega. Kommersanti sõnul olid need 2015. aasta tööd alles algfaasis, seega on veel vara ja ennatlik öelda midagi leiutiste kohta, mis oleksid rakendusi rakendanud.
