Il professore dell'Università di Aston (Inghilterra) Mikhail Sumetsky e l'ingegnere di ricerca dell'Università ITMO (Università di ricerca nazionale di tecnologie dell'informazione, meccanica e ottica di San Pietroburgo) Nikita Toropov hanno creato una tecnologia pratica ed economica per la produzione di microcavità ottiche con un'accuratezza record. I microrisonatori possono diventare la base per la creazione di computer quantistici, lo ha riferito venerdì scorso, 22 luglio, il popolare portale scientifico "Cherdak" con riferimento al servizio stampa di ITMO.
L'importanza del lavoro nel campo della creazione di computer quantistici è dovuta oggi al fatto che una serie di problemi molto importanti non possono essere risolti utilizzando i computer classici, inclusi i supercomputer, in un ragionevole periodo di tempo. Si tratta di problemi di fisica e chimica quantistica, crittografia, fisica nucleare. Gli scienziati prevedono che i computer quantistici diventeranno una parte importante dell'ambiente di calcolo distribuito del futuro. Costruire un computer quantistico sotto forma di un oggetto fisico reale è uno dei problemi fondamentali della fisica del 21° secolo.
Uno studio condotto da scienziati russi sulla produzione di microcavità ottiche è stato pubblicato sulla rivista Optics Letters. “La tecnologia non richiede la presenza di impianti sottovuoto, è quasi completamente esente da processi associati al trattamento di soluzioni caustiche, pur essendo relativamente poco costosa. Ma la cosa più importante è che questo è un altro passo verso il miglioramento della qualità della trasmissione e dell'elaborazione dei dati, la creazione di computer quantistici e strumenti di misura ultrasensibili , afferma un comunicato stampa dell'Università ITMO.
Una microcavità ottica è una sorta di trappola luminosa sotto forma di un ispessimento microscopico molto piccolo di una fibra ottica. Poiché i fotoni non possono essere fermati, è necessario in qualche modo fermare il loro flusso per codificare le informazioni. Questo è esattamente ciò per cui vengono utilizzate le catene di microcavità ottiche. Grazie all'effetto "galleria sussurrante", il segnale rallenta: entrando nel risonatore, l'onda luminosa viene riflessa dalle sue pareti e si attorciglia. Allo stesso tempo, a causa della forma arrotondata del risonatore, la luce può essere riflessa al suo interno per lungo tempo. Pertanto, i fotoni si spostano da un risonatore all'altro a una velocità molto inferiore.
Il percorso della luce può essere regolato modificando le dimensioni e la forma del risonatore. Tenendo conto della dimensione delle microcavità, che è inferiore al decimo di millimetro, le variazioni dei parametri di tale dispositivo devono essere estremamente precise, poiché qualsiasi difetto sulla superficie della microcavità può introdurre caos nel flusso di fotoni. "Se la luce gira a lungo, inizia a interferire (conflitto) con se stessa", sottolinea Mikhail Sumetsky. - Nel caso in cui sia stato commesso un errore nella produzione dei risonatori, inizia la confusione. Da questo puoi ottenere il requisito principale per i risonatori: la deviazione minima in termini di dimensioni."
I microrisonatori, prodotti da scienziati russi e britannici, sono realizzati con una precisione così elevata che la differenza nelle loro dimensioni non supera 0,17 angstrom. Per immaginare la scala, notiamo che questo valore è circa 3 volte inferiore al diametro di un atomo di idrogeno e immediatamente 100 volte inferiore all'errore che è consentito oggi nella produzione di tali risonatori. Mikhail Sumetsky ha creato il metodo SNAP appositamente per la produzione di risonatori. Secondo questa tecnologia, il laser ricottura la fibra, rimuovendo le sollecitazioni congelate in essa. Dopo l'esposizione ad un raggio laser, la fibra si "rigonfia" leggermente e si ottiene una microcavità. Ricercatori dalla Russia e dall'Inghilterra continueranno a migliorare la tecnologia SNAP, oltre ad ampliare la gamma delle sue possibili applicazioni.
Il lavoro sulle microcavità nel nostro paese non si è fermato negli ultimi decenni. Nel villaggio di Skolkovo vicino a Mosca, in via Novaya, è stato costruito il numero civico 100. Questa è una casa dalle pareti a specchio, che nel loro azzurro possono competere con il cielo. Questo è l'edificio della Skolkovo School of Management. Uno degli inquilini di questa casa insolita è il Russian Quantum Center (RQC).
Le microcavità oggi sono un argomento abbastanza attuale nell'ottica quantistica. Diversi gruppi in tutto il mondo li studiano continuamente. Allo stesso tempo, inizialmente, le microcavità ottiche furono inventate nel nostro paese presso l'Università statale di Mosca. Il primo articolo su tali risonatori è stato pubblicato nel 1989. Gli autori dell'articolo sono tre fisici: Vladimir Braginsky, Vladimir Ilchenko e Mikhail Gorodetsky. Allo stesso tempo, Gorodetsky era uno studente in quel momento e il suo leader Ilchenko si trasferì in seguito negli Stati Uniti, dove iniziò a lavorare nel laboratorio della NASA. Al contrario, Mikhail Gorodetsky è rimasto all'Università statale di Mosca, dedicando molti anni allo studio di quest'area. È entrato a far parte del team RCC relativamente di recente - nel 2014, nel RCC il suo potenziale come scienziato può essere rivelato più pienamente. Per questo, il centro dispone di tutte le attrezzature necessarie per gli esperimenti, che semplicemente non sono disponibili presso l'Università statale di Mosca, nonché di un team di specialisti. Un altro argomento che Gorodetsky ha portato a favore dell'RCC è stata la capacità di pagare salari dignitosi ai dipendenti.
Attualmente, il team di Gorodetsky comprende diversi ragazzi che in precedenza erano impegnati in attività scientifiche sotto la sua guida presso l'Università statale di Mosca. Allo stesso tempo, non è un segreto per nessuno che non sia facile mantenere giovani scienziati promettenti in Russia oggi: le porte di qualsiasi laboratorio in tutto il mondo sono aperte per loro in questi giorni. E l'RCC è una delle opportunità per fare una brillante carriera scientifica, oltre a ricevere uno stipendio adeguato, senza lasciare la Federazione Russa. Attualmente, nel laboratorio di Mikhail Gorodetsky, sono in corso ricerche che, con uno sviluppo favorevole degli eventi, possono cambiare il mondo.
Le microcavità ottiche sono alla base di una nuova tecnologia in grado di aumentare la densità di trasmissione dei dati sui canali in fibra ottica. E questa è solo una delle possibili applicazioni delle microcavità. Negli ultimi anni, uno dei laboratori RCC ha imparato a produrre microrisonatori, che vengono già acquistati all'estero. E gli scienziati russi che in precedenza hanno lavorato in università straniere tornano persino in Russia per lavorare in questo laboratorio.
Secondo la teoria, le microcavità ottiche potrebbero essere utilizzate nelle telecomunicazioni, dove aiuterebbero ad aumentare la densità di trasmissione dei dati su cavo in fibra ottica. Attualmente, i pacchetti di dati vengono già trasmessi in una gamma di colori diversa, ma se il ricevitore e il trasmettitore sono più sensibili, sarà possibile ramificare una linea dati in ancora più canali di frequenza.
Ma questa non è l'unica area della loro applicazione. Inoltre, utilizzando microcavità ottiche, non solo è possibile misurare la luce di pianeti lontani, ma anche determinarne la composizione. Possono anche consentire di creare rilevatori in miniatura di batteri, virus o determinate sostanze: sensori chimici e biosensori. Mikhail Gorodetsky ha delineato un'immagine così futuristica del mondo in cui sono già utilizzati i microrisonatori: "Con l'aiuto di un dispositivo compatto basato su microcavità ottiche, sarà possibile determinare la composizione dell'aria espirata da una persona, che trasporta informazioni sul stato di quasi tutti gli organi del corpo umano. Cioè, la velocità e l'accuratezza della diagnostica in medicina possono semplicemente aumentare molte volte".
Tuttavia, finora queste sono solo teorie che devono ancora essere testate. C'è ancora molta strada da fare per i dispositivi già pronti basati su di essi. Tuttavia, secondo Mikhail Gorodetsky, il suo laboratorio, secondo il piano approvato, dovrebbe capire esattamente come utilizzare i microrisonatori in pratica in un paio d'anni. Attualmente, le aree più promettenti sono le telecomunicazioni, oltre a quelle militari. I microrisonatori potrebbero interessare anche l'esercito russo. Ad esempio, possono essere utilizzati nello sviluppo e nella produzione di radar, nonché generatori di segnali stabili.
Finora, la produzione in serie di microcavità non è richiesta. Ma un certo numero di aziende nel mondo hanno già iniziato a produrre dispositivi che li utilizzano, cioè sono state davvero in grado di commercializzare i loro sviluppi. Tuttavia, stiamo ancora parlando solo di macchine pezzo progettate per risolvere una gamma ristretta di compiti. Ad esempio, la società americana OEWaves (in cui attualmente lavora uno degli inventori di microrisonatori, Vladimir Ilchenko), è impegnata nella produzione di generatori di microonde superstabili e di eccellenti laser. Il laser dell'azienda, che produce luce in una gamma molto ristretta (fino a 300 Hz) con rumore di fase e frequenza molto basso, ha già vinto il prestigioso premio PRIZM. Un tale premio è praticamente un Oscar nel campo dell'ottica applicata, questo premio viene assegnato ogni anno.
Nel campo medico, il gruppo di società sudcoreano Samsung, insieme al russo Quantum Center, è impegnato nei propri sviluppi in questo settore. Secondo Kommersant, questi lavori nel 2015 erano nella fase iniziale, quindi è troppo presto e prematuro dire qualcosa sulle invenzioni che avrebbero trovato applicazione.
