Astonas universitātes (Anglija) profesors Mihails Sumeckis un pētniecības inženieris no ITMO universitātes (Sanktpēterburgas Nacionālā informācijas tehnoloģiju, mehānikas un optikas pētniecības universitāte) Ņikita Toropovs ir radījis praktisku un lētu tehnoloģiju optisko mikro dobumu ražošanai ar rekordaugstu precizitāti. Mikrorezonatori var kļūt par pamatu kvantu datoru radīšanai, par to pagājušajā piektdienā, 22. jūlijā, ziņoja populārzinātniskais portāls "Cherdak", atsaucoties uz ITMO preses dienestu.
Darba atbilstība kvantu datoru radīšanas jomā mūsdienās ir saistīta ar faktu, ka vairākas ļoti svarīgas problēmas nevar atrisināt, izmantojot klasiskus datorus, tostarp superdatorus, saprātīgā laika periodā. Mēs runājam par kvantu fizikas un ķīmijas, kriptogrāfijas, kodolfizikas problēmām. Zinātnieki prognozē, ka kvantu datori kļūs par nozīmīgu nākotnes izplatītās skaitļošanas vides daļu. Kvantu datora izveide reāla fiziska objekta veidā ir viena no 21. gadsimta fizikas pamatproblēmām.
Žurnālā Optics Letters tika publicēts krievu zinātnieku pētījums par optisko mikro dobumu ražošanu. “Šī tehnoloģija neprasa vakuuma iekārtu klātbūtni, ir gandrīz pilnīgi brīva no procesiem, kas saistīti ar kodīgu šķīdumu apstrādi, bet ir salīdzinoši lēta. Bet vissvarīgākais ir tas, ka tas ir vēl viens solis, lai uzlabotu datu pārraides un apstrādes kvalitāti, kvantu datoru un īpaši jutīgu mērinstrumentu izveidi,”teikts ITMO universitātes paziņojumā presei.
Optiskā mikro dobums ir sava veida gaismas slazds ļoti neliela mikroskopiska optiskās šķiedras sabiezējuma veidā. Tā kā fotonus nevar apturēt, ir nepieciešams kaut kā apturēt to plūsmu, lai kodētu informāciju. Tieši tam tiek izmantotas optisko mikro dobumu ķēdes. Pateicoties "čukstu galerijas" efektam, signāls palēninās: iekļūstot rezonatorā, gaismas vilnis tiek atspoguļots no tā sienām un pagriezieniem. Tajā pašā laikā rezonatora noapaļotās formas dēļ gaisma ilgu laiku var atspoguļoties tā iekšpusē. Tādējādi fotoni pārvietojas no viena rezonatora uz citu ar daudz mazāku ātrumu.
Gaismas ceļu var regulēt, mainot rezonatora izmēru un formu. Ņemot vērā mikro iedobumu lielumu, kas ir mazāks par desmitdaļu milimetru, šādas ierīces parametru izmaiņām jābūt ārkārtīgi precīzām, jo jebkurš mikro dobuma virsmas defekts var radīt haosu fotonu plūsmā. “Ja gaisma griežas ilgu laiku, tā sāk traucēt (konfliktēt) ar sevi,” uzsver Mihails Sumetskis. - Gadījumā, ja rezonatoru ražošanā tika pieļauta kļūda, sākas neskaidrības. No tā jūs varat iegūt galveno prasību rezonatoriem: minimālo lieluma novirzi."
Mikrorezonatori, kurus ražoja zinātnieki no Krievijas un Lielbritānijas, ir izgatavoti ar tik augstu precizitāti, ka to izmēru atšķirība nepārsniedz 0,17 angstromus. Lai iedomātos mērogu, mēs atzīmējam, ka šī vērtība ir aptuveni 3 reizes mazāka par ūdeņraža atoma diametru un uzreiz 100 reizes mazāka par kļūdu, kas šodien ir pieļaujama šādu rezonatoru ražošanā. Mihails Sumetskis izveidoja SNAP metodi īpaši rezonatoru ražošanai. Saskaņā ar šo tehnoloģiju lāzers atkausē šķiedru, noņemot tajā sasalušos spriegumus. Pēc lāzera staru iedarbības šķiedra nedaudz "uzbriest" un tiek iegūta mikro dobums. Pētnieki no Krievijas un Anglijas turpinās uzlabot SNAP tehnoloģiju, kā arī paplašinās tās iespējamo pielietojumu klāstu.
Darbs pie mikro dobumiem mūsu valstī pēdējās desmitgadēs nav apstājies. Skolkovo ciematā netālu no Maskavas, Novaja ielā, tika uzcelta māja ar numuru 100. Šī ir māja ar spoguļstikla sienām, kas zilā krāsā var konkurēt ar debesīm. Šī ir Skolkovo vadības skolas ēka. Viens no šīs neparastās mājas īrniekiem ir Krievijas kvantu centrs (RQC).
Mikro dobumi mūsdienās ir diezgan aktuāla tēma kvantu optikā. Vairākas grupas visā pasaulē tos nepārtraukti pēta. Tajā pašā laikā sākotnēji mūsu valstī Maskavas Valsts universitātē tika izgudroti optiskie mikro dobumi. Pirmais raksts par šādiem rezonatoriem tika publicēts tālajā 1989. gadā. Raksta autori ir trīs fiziķi: Vladimirs Braginskis, Vladimirs Iļčenko un Mihails Gorodeckis. Tajā pašā laikā Gorodetskis tajā laikā bija students, un viņa vadītājs Ilčenko vēlāk pārcēlās uz ASV, kur sāka strādāt NASA laboratorijā. Turpretī Mihails Gorodetskis palika Maskavas Valsts universitātē, daudzus gadus veltot šīs jomas izpētei. Viņš RCC komandai pievienojās salīdzinoši nesen - 2014. gadā RCC viņa zinātnieka potenciāls var tikt atklāts pilnīgāk. Šim nolūkam centrā ir viss eksperimentiem nepieciešamais aprīkojums, kas Maskavas Valsts universitātē vienkārši nav pieejams, kā arī speciālistu komanda. Vēl viens arguments, ko Gorodetsky atbalstīja RCC, bija spēja maksāt darbiniekiem pienācīgas algas.
Pašlaik Gorodetsky komandā ir vairāki puiši, kuri iepriekš viņa vadībā Maskavas Valsts universitātē nodarbojās ar zinātniskām aktivitātēm. Tajā pašā laikā nevienam nav noslēpums, ka Krievijā patlaban nav viegli saglabāt daudzsološus jaunos zinātniekus - šajās dienās viņiem ir atvērtas visu laboratoriju durvis visā pasaulē. Un RCC ir viena no iespējām veidot spožu zinātnisko karjeru, kā arī saņemt atbilstošu algu, neizejot no Krievijas Federācijas. Pašlaik Mihaila Gorodetsky laboratorijā notiek pētījumi, kas, labvēlīgi attīstoties notikumiem, var mainīt pasauli.
Optiskās mikro dobumi ir jaunas tehnoloģijas pamatā, kas var palielināt datu pārraides blīvumu pa optiskās šķiedras kanāliem. Un tas ir tikai viens no iespējamajiem mikro dobumu pielietojumiem. Dažu pēdējo gadu laikā viena no RCC laboratorijām ir iemācījusies ražot mikrorezonatorus, kurus jau pērk ārzemēs. Un krievu zinātnieki, kuri iepriekš strādāja ārvalstu universitātēs, pat atgriežas Krievijā, lai strādātu šajā laboratorijā.
Saskaņā ar teoriju optiskās mikro dobumus varētu izmantot telekomunikācijās, kur tie palīdzētu palielināt datu pārraides blīvumu, izmantojot optisko šķiedru kabeli. Pašlaik datu paketes jau tiek pārraidītas citā krāsu diapazonā, bet, ja uztvērējs un raidītājs ir jutīgāki, būs iespējams sazarot vienu datu līniju vēl vairākos frekvenču kanālos.
Bet šī nav vienīgā to piemērošanas joma. Tāpat, izmantojot optiskās mikro dobumus, var ne tikai izmērīt tālu planētu gaismu, bet arī noteikt to sastāvu. Tie var arī ļaut izveidot miniatūrus baktēriju, vīrusu vai noteiktu vielu detektorus - ķīmiskos sensorus un biosensorus. Mihails Gorodetskis ieskicēja šādu futūristisku pasaules ainu, kurā jau tiek izmantoti mikrorezonatori: “Ar kompaktas ierīces palīdzību, kuras pamatā ir optiskās mikro iedobes, būs iespējams noteikt cilvēka izelpotā gaisa sastāvu, kas satur informāciju par gandrīz visu cilvēka ķermeņa orgānu stāvoklis. Tas ir, diagnostikas ātrums un precizitāte medicīnā var vienkārši daudzkārt palielināties."
Tomēr pagaidām tās ir tikai teorijas, kuras vēl jāpārbauda. Līdz gatavām ierīcēm, pamatojoties uz tām, vēl ir tāls ceļš ejams. Tomēr, pēc Mihaila Gorodetsky domām, viņa laboratorijai, saskaņā ar apstiprināto plānu, pāris gadu laikā vajadzētu precīzi izdomāt, kā praksē izmantot mikrorezonatorus. Šobrīd daudzsološākās jomas ir telekomunikācijas, kā arī militārie spēki. Mikrorezonatori patiešām var interesēt arī Krievijas armiju. Piemēram, tos var izmantot radaru, kā arī stabilu signālu ģeneratoru izstrādē un ražošanā.
Līdz šim mikro dobumu masveida ražošana nav nepieciešama. Bet vairāki uzņēmumi pasaulē jau ir sākuši ražot ierīces, izmantojot tās, tas ir, viņi patiešām varēja komercializēt savu attīstību. Tomēr mēs joprojām runājam tikai par gabalmašīnām, kas paredzētas šaura uzdevumu klāsta risināšanai. Piemēram, amerikāņu uzņēmums OEWaves (kurā šobrīd strādā viens no mikrorezonatoru izgudrotājiem Vladimirs Iļčenko) nodarbojas ar superstabilu mikroviļņu ģeneratoru, kā arī izcilu lāzeru ražošanu. Uzņēmuma lāzers, kas ražo gaismu ļoti šaurā diapazonā (līdz 300 Hz) ar ļoti zemu fāzes un frekvences troksni, jau ir ieguvis prestižo PRIZM balvu. Šāda balva praktiski ir Oskars lietišķās optikas jomā, šī balva tiek piešķirta katru gadu.
Medicīnas jomā Dienvidkorejas uzņēmumu grupa Samsung kopā ar Krievijas kvantu centru nodarbojas ar savu attīstību šajā jomā. Saskaņā ar Kommersant teikto, šie darbi 2015. gadā bija pašā sākuma stadijā, tāpēc ir pāragri un pāragri kaut ko teikt par izgudrojumiem, kas būtu pielietojuši pielietojumu.
