Profesor Aston University (Anglie) Mikhail Sumetsky a inženýr výzkumu z ITMO University (St. Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics) Nikita Toropov vytvořili praktickou a levnou technologii pro výrobu optických mikrodutin s rekordně vysokou přesností. Mikroresonátory se mohou stát základem pro tvorbu kvantových počítačů, informoval o tom minulý pátek 22. července populárně vědecký portál „Cherdak“s odvoláním na tiskovou službu ITMO.
Relevance práce v oblasti vytváření kvantových počítačů je dnes dána skutečností, že řadu velmi důležitých problémů nelze vyřešit pomocí klasických počítačů, včetně superpočítačů, v rozumném časovém období. Mluvíme o problémech kvantové fyziky a chemie, kryptografie, jaderné fyziky. Vědci předpovídají, že kvantové počítače se stanou důležitou součástí distribuovaného výpočetního prostředí budoucnosti. Vybudování kvantového počítače ve formě skutečného fyzického objektu je jedním ze základních problémů fyziky 21. století.
Studie ruských vědců o výrobě optických mikrodutin byla publikována v časopise Optics Letters. "Tato technologie nevyžaduje přítomnost vakuových instalací, je téměř zcela prostá procesů, které jsou spojeny s úpravou žíravých roztoků, a přitom je relativně levná." Ale nejdůležitější je, že se jedná o další krok ke zlepšení kvality přenosu a zpracování dat, vytváření kvantových počítačů a ultrazvukových měřicích přístrojů, “uvádí se v tiskové zprávě ITMO University.
Optická mikrodutina je druh světelné pasti ve formě velmi malého mikroskopického zesílení optického vlákna. Protože fotony nelze zastavit, je nutné nějakým způsobem zastavit jejich tok, aby se zakódovaly informace. Přesně k tomu slouží řetězce optických mikrodutin. Díky efektu „šeptající galerie“se signál zpomaluje: při vstupu do rezonátoru se světelná vlna odráží od jeho stěn a kroutí se. Současně se díky zaoblenému tvaru rezonátoru v něm může dlouhodobě odrážet světlo. Fotony se tedy pohybují od jednoho rezonátoru k druhému mnohem nižší rychlostí.
Světelnou dráhu lze upravit změnou velikosti a tvaru rezonátoru. S ohledem na velikost mikrodutin, která je menší než desetina milimetru, musí být změny parametrů takového zařízení extrémně přesné, protože jakákoli závada na povrchu mikrodutiny může vnést chaos do toku fotonů. "Pokud se světlo točí delší dobu, začne zasahovat (v rozporu) se sebou samým," zdůrazňuje Michail Sumetsky. - V případě, že došlo k chybě při výrobě rezonátorů, začíná zmatek. Z toho můžete získat hlavní požadavek na rezonátory: minimální odchylka velikosti."
Mikroresonátory, které vyrobili vědci z Ruska a Velké Británie, jsou vyráběny s tak vysokou přesností, že rozdíl v jejich rozměrech nepřesahuje 0,17 angströmů. Pro představu měřítka si všimneme, že tato hodnota je přibližně 3krát menší než průměr atomu vodíku a okamžitě 100krát menší než chyba, která je dnes při výrobě takových rezonátorů povolena. Michail Sumetsky vytvořil metodu SNAP speciálně pro výrobu rezonátorů. Podle této technologie laser žíhá vlákno a odstraňuje v něm zamrzlá napětí. Po vystavení laserovému paprsku vlákno mírně „nabobtná“a získá se mikrodutina. Vědci z Ruska a Anglie budou pokračovat ve zlepšování technologie SNAP a také v rozšiřování řady jejích možných aplikací.
Práce na mikrodutinách v naší zemi se za posledních několik desetiletí nezastavily. Ve vesnici Skolkovo poblíž Moskvy, na ulici Nová, byl postaven dům číslo 100. Jedná se o dům se zrcadlovými stěnami, které ve své modré mohou konkurovat obloze. Toto je budova školy managementu Skolkovo. Jedním z nájemců tohoto neobvyklého domu je ruské kvantové centrum (RQC).
Mikrokavitace jsou dnes poměrně aktuální téma v kvantové optice. Několik skupin po celém světě je neustále studuje. Současně byly zpočátku v naší zemi vynalezeny optické mikrodutiny na Moskevské státní univerzitě. První článek o takových rezonátorech byl publikován již v roce 1989. Autoři článku jsou tři fyzici: Vladimir Braginsky, Vladimir Ilchenko a Michail Gorodetsky. Ve stejné době byl Gorodetsky v té době studentem a jeho vůdce Ilchenko se později přestěhoval do USA, kde začal pracovat v laboratoři NASA. Naproti tomu Michail Gorodetsky zůstal na Moskevské státní univerzitě a mnoho let věnoval studiu této oblasti. Do týmu RCC se připojil relativně nedávno - v roce 2014 lze v RCC plně odhalit jeho vědecký potenciál. Za tímto účelem má centrum veškeré vybavení potřebné pro experimenty, které na Moskevské státní univerzitě prostě není k dispozici, stejně jako tým specialistů. Dalším argumentem, který Gorodetsky přinesl ve prospěch RCC, byla schopnost vyplácet slušné mzdy zaměstnancům.
V současné době Gorodetskyho tým zahrnuje několik lidí, kteří se dříve zabývali vědeckými aktivitami pod jeho vedením na Moskevské státní univerzitě. Přitom pro nikoho není žádným tajemstvím, že dnes není snadné udržet v Rusku nadějné mladé vědce - dveře jakýchkoli laboratoří po celém světě se jim v těchto dnech otevírají. A RCC je jednou z příležitostí, jak udělat skvělou vědeckou kariéru a získat adekvátní plat, aniž byste museli opustit Ruskou federaci. V současné době v laboratoři Michaila Gorodetského probíhá výzkum, který s příznivým vývojem událostí může změnit svět.
Optické mikrodutiny jsou základem nové technologie, která může zvýšit hustotu přenosu dat po kanálech z optických vláken. A to je jen jedna z možných aplikací mikrodutin. V posledních letech se jedna z laboratoří RCC naučila vyrábět mikrorezonátory, které se již nakupují v zahraničí. A ruští vědci, kteří dříve pracovali na zahraničních univerzitách, se dokonce vrací do Ruska, aby pracovali v této laboratoři.
Podle teorie by optické mikrodutiny mohly být použity v telekomunikacích, kde by pomohly zvýšit hustotu přenosu dat přes optický kabel. V současné době jsou datové pakety již přenášeny v jiném barevném rozsahu, ale pokud jsou přijímač a vysílač citlivější, bude možné jednu datovou linku rozvětvit do ještě více frekvenčních kanálů.
Nejde ale o jedinou oblast jejich aplikace. Pomocí optických mikrodutin lze také nejen měřit světlo vzdálených planet, ale také určit jejich složení. Mohou také umožnit vytvoření miniaturních detektorů bakterií, virů nebo určitých látek - chemických senzorů a biosenzorů. Michail Gorodetsky nastínil takový futuristický obraz světa, ve kterém se již používají mikrorezonátory: „Pomocí kompaktního zařízení založeného na optických mikrodutinách bude možné určit složení vzduchu vydechovaného osobou, který nese informace o stav téměř všech orgánů v lidském těle. To znamená, že rychlost a přesnost diagnostiky v medicíně se může jednoduše mnohonásobně zvýšit. “
To jsou však zatím jen teorie, které je třeba ještě otestovat. K hotovým zařízením na jejich základě je ještě dlouhá cesta. Podle Michaila Gorodetského by však jeho laboratoř podle schváleného plánu měla za pár let přesně zjistit, jak používat mikrorezonátory v praxi. V současné době jsou nejslibnějšími oblastmi telekomunikace a také armáda. Mikrorezonátory mohou být skutečně zajímavé i pro ruskou armádu. Mohou být například použity při vývoji a výrobě radarů, stejně jako stabilních generátorů signálu.
Hromadná výroba mikrodutin zatím není vyžadována. Ale řada společností na světě již začala vyrábět zařízení, která je používají, to znamená, že skutečně dokázaly svůj vývoj komercializovat. Stále však mluvíme pouze o kusových strojích určených k řešení úzkého spektra úkolů. Například americká společnost OEWaves (ve které v současné době pracuje jeden z vynálezců mikrorezonátorů Vladimír Ilchenko) se zabývá výrobou superstabilních mikrovlnných generátorů a také vynikajících laserů. Laser společnosti, který produkuje světlo ve velmi úzkém rozsahu (až 300 Hz) s velmi nízkým fázovým a frekvenčním šumem, již získal prestižní ocenění PRIZM. Taková cena je prakticky Oscarem v oblasti aplikované optiky, tato cena se uděluje každoročně.
V lékařské oblasti se jihokorejská skupina společností Samsung společně s ruským kvantovým centrem zabývá vlastním vývojem v této oblasti. Podle Kommersantu byla tato díla v roce 2015 ve zcela počáteční fázi, takže je příliš brzy a předčasné říkat něco o vynálezech, které by uplatnily aplikace.
