Giáo sư Đại học Aston (Anh) Mikhail Sumetsky và kỹ sư nghiên cứu từ Đại học ITMO (Đại học Nghiên cứu Quốc gia St. Petersburg về Công nghệ Thông tin, Cơ học và Quang học) Nikita Toropov đã tạo ra một công nghệ thực tế và rẻ tiền để sản xuất các vi hốc quang học với độ chính xác cao kỷ lục. Microresonators có thể trở thành cơ sở cho việc tạo ra máy tính lượng tử, điều này đã được cổng thông tin khoa học nổi tiếng "Cherdak" đưa tin vào thứ Sáu tuần trước, ngày 22 tháng 7, có liên quan đến dịch vụ báo chí của ITMO.
Sự phù hợp của công việc trong lĩnh vực tạo ra máy tính lượng tử là do ngày nay một số vấn đề rất quan trọng không thể giải quyết bằng máy tính cổ điển, bao gồm cả siêu máy tính, trong một khoảng thời gian hợp lý. Chúng ta đang nói về các vấn đề của vật lý lượng tử và hóa học, mật mã, vật lý hạt nhân. Các nhà khoa học dự đoán rằng máy tính lượng tử sẽ trở thành một phần quan trọng trong môi trường điện toán phân tán của tương lai. Xây dựng một máy tính lượng tử dưới dạng một vật thể thực là một trong những vấn đề cơ bản của vật lý thế kỷ 21.
Một nghiên cứu của các nhà khoa học Nga về việc sản xuất các vi hốc quang học đã được công bố trên tạp chí Optics Letters. “Công nghệ này không yêu cầu sự hiện diện của các thiết bị chân không, gần như hoàn toàn không có các quy trình liên quan đến việc xử lý các dung dịch ăn da, trong khi tương đối rẻ. Nhưng điều quan trọng nhất là đây là một bước tiến khác nhằm nâng cao chất lượng truyền và xử lý dữ liệu, tạo ra máy tính lượng tử và các thiết bị đo siêu nhạy,”một thông cáo báo chí từ Đại học ITMO cho biết.
Vi trọng lực quang học là một loại bẫy ánh sáng dưới dạng một sợi quang học dày lên rất nhỏ, cực nhỏ. Vì các photon không thể bị dừng lại, nên bằng cách nào đó cần phải dừng dòng chảy của chúng để mã hóa thông tin. Đây chính xác là những gì mà các chuỗi vi hốc quang học được sử dụng. Nhờ hiệu ứng "phòng trưng bày thì thầm", tín hiệu chậm lại: đi vào bộ cộng hưởng, sóng ánh sáng bị phản xạ từ các bức tường của nó và xoắn lại. Đồng thời, do hình dạng tròn của bộ cộng hưởng, ánh sáng có thể được phản xạ bên trong nó trong một thời gian dài. Do đó, các photon di chuyển từ bộ cộng hưởng này sang bộ cộng hưởng khác với tốc độ thấp hơn nhiều.
Đường ánh sáng có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi kích thước và hình dạng của bộ cộng hưởng. Có tính đến kích thước của các vi lỗ nhỏ hơn một phần mười milimét, những thay đổi trong các thông số của một thiết bị như vậy phải cực kỳ chính xác, vì bất kỳ khuyết tật nào trên bề mặt vi trọng lực đều có thể tạo ra sự hỗn loạn vào thông lượng photon. Mikhail Sumetsky nhấn mạnh: “Nếu ánh sáng quay trong một thời gian dài, nó sẽ bắt đầu can thiệp (xung đột) với chính nó. - Trong trường hợp xảy ra lỗi trong quá trình sản xuất bộ cộng hưởng, sự nhầm lẫn bắt đầu xảy ra. Từ đó, bạn có thể nhận được yêu cầu chính đối với bộ cộng hưởng: độ lệch tối thiểu về kích thước."
Microresonators, được sản xuất bởi các nhà khoa học từ Nga và Anh, được chế tạo với độ chính xác cao đến mức sự khác biệt về kích thước của chúng không vượt quá 0,17 angstrom. Để hình dung về quy mô, chúng ta lưu ý rằng giá trị này nhỏ hơn khoảng 3 lần so với đường kính của một nguyên tử hydro và ngay lập tức nhỏ hơn 100 lần so với sai số cho phép trong quá trình sản xuất các bộ cộng hưởng như vậy ngày nay. Mikhail Sumetsky đã tạo ra phương pháp SNAP đặc biệt để sản xuất các bộ cộng hưởng. Theo công nghệ này, tia laser sẽ nung sợi quang, loại bỏ các ứng suất đóng băng trong đó. Sau khi tiếp xúc với một chùm tia laze, sợi quang hơi "phồng lên" và thu được một vi trọng lực. Các nhà nghiên cứu từ Nga và Anh sẽ tiếp tục cải tiến công nghệ SNAP, cũng như mở rộng phạm vi ứng dụng có thể có của nó.
Công việc nghiên cứu vi sâu răng ở nước ta đã không ngừng trong vài thập kỷ qua. Ở làng Skolkovo gần Moscow, trên phố Novaya, một ngôi nhà số 100 đã được xây dựng. Đây là một ngôi nhà với những bức tường được tráng gương, màu xanh của chúng có thể cạnh tranh với bầu trời. Đây là tòa nhà của Trường Quản lý Skolkovo. Một trong những người thuê ngôi nhà bất thường này là Trung tâm lượng tử Nga (RQC).
Các lỗ hổng vi mô ngày nay là một chủ đề khá thời sự trong quang học lượng tử. Một số nhóm trên khắp thế giới đang liên tục nghiên cứu chúng. Đồng thời, ban đầu, các vi hốc quang học đã được phát minh ở nước ta tại Đại học Tổng hợp Quốc gia Matxcova. Bài báo đầu tiên về những bộ cộng hưởng như vậy được xuất bản vào năm 1989. Các tác giả của bài báo là ba nhà vật lý: Vladimir Braginsky, Vladimir Ilchenko và Mikhail Gorodetsky. Cùng lúc đó, Gorodetsky đang là sinh viên, và lãnh đạo Ilchenko của ông sau đó đã chuyển đến Hoa Kỳ, nơi ông bắt đầu làm việc trong phòng thí nghiệm của NASA. Ngược lại, Mikhail Gorodetsky vẫn ở Đại học Tổng hợp Moscow, dành nhiều năm để nghiên cứu lĩnh vực này. Anh ấy tham gia nhóm RCC tương đối gần đây - vào năm 2014, trong RCC, tiềm năng của anh ấy như một nhà khoa học có thể được bộc lộ đầy đủ hơn. Đối với điều này, trung tâm có tất cả các thiết bị cần thiết cho các thí nghiệm, điều đơn giản là không có ở Đại học Tổng hợp Moscow, cũng như đội ngũ chuyên gia. Một lập luận khác mà Gorodetsky ủng hộ RCC là khả năng trả lương xứng đáng cho nhân viên.
Hiện tại, nhóm của Gorodetsky bao gồm một số người trước đây đã tham gia vào các hoạt động khoa học dưới sự lãnh đạo của ông tại Đại học Tổng hợp Moscow. Đồng thời, không có gì bí mật với bất kỳ ai rằng không dễ dàng để giữ được các nhà khoa học trẻ đầy triển vọng ở Nga ngày nay - cánh cửa của bất kỳ phòng thí nghiệm nào trên thế giới đang mở rộng cho họ ngày nay. Và RCC là một trong những cơ hội để tạo nên một sự nghiệp khoa học rực rỡ, cũng như nhận được một mức lương tương xứng mà không cần rời khỏi Liên bang Nga. Hiện tại, trong phòng thí nghiệm của Mikhail Gorodetsky đang tiến hành nghiên cứu rằng, với sự phát triển thuận lợi của các sự kiện, có thể thay đổi thế giới.
Các vi khoang quang học là cơ sở của một công nghệ mới có thể tăng mật độ truyền dữ liệu qua các kênh cáp quang. Và đây chỉ là một trong những ứng dụng có thể có của vi khoang. Trong vài năm qua, một trong những phòng thí nghiệm của RCC đã học được cách sản xuất microresonators, vốn đã được mua ở nước ngoài. Và các nhà khoa học Nga trước đây từng làm việc tại các trường đại học nước ngoài thậm chí còn quay trở lại Nga để làm việc trong phòng thí nghiệm này.
Theo lý thuyết, các vi lỗ quang có thể được sử dụng trong viễn thông, nơi chúng sẽ giúp tăng mật độ truyền dữ liệu qua cáp quang. Hiện tại, các gói dữ liệu đã được truyền ở một dải màu khác, nhưng nếu máy thu và máy phát nhạy hơn, có thể phân nhánh một đường dữ liệu thành nhiều kênh tần số hơn.
Nhưng đây không phải là lĩnh vực duy nhất của ứng dụng của họ. Ngoài ra, bằng cách sử dụng các vi hốc quang học, người ta không chỉ có thể đo ánh sáng của các hành tinh xa xôi mà còn xác định được thành phần của chúng. Họ cũng có thể tạo ra các thiết bị phát hiện thu nhỏ vi khuẩn, vi rút hoặc một số chất - cảm biến hóa học và cảm biến sinh học. Mikhail Gorodetsky đã phác thảo một bức tranh tương lai về thế giới trong đó các vi phẫu thuật đã được sử dụng: “Với sự trợ giúp của một thiết bị nhỏ gọn dựa trên các lỗ hổng quang học, có thể xác định thành phần của không khí mà một người thở ra, mang thông tin về trạng thái của hầu hết tất cả các cơ quan trong cơ thể con người. Tức là, tốc độ và độ chính xác của chẩn đoán trong y học có thể đơn giản tăng lên gấp nhiều lần."
Tuy nhiên, cho đến nay đây chỉ là những lý thuyết vẫn cần được thử nghiệm. Vẫn còn một chặng đường dài để đi đến các thiết bị làm sẵn dựa trên chúng. Tuy nhiên, theo Mikhail Gorodetsky, phòng thí nghiệm của ông, theo kế hoạch đã được phê duyệt, sẽ tìm ra chính xác cách sử dụng microresonators trong thực tế trong vài năm tới. Hiện tại, các lĩnh vực hứa hẹn nhất là viễn thông, cũng như quân sự. Các nhà nghiên cứu vi mô thực sự cũng có thể được quân đội Nga quan tâm. Ví dụ, chúng có thể được sử dụng trong việc phát triển và sản xuất radar, cũng như các bộ tạo tín hiệu ổn định.
Cho đến nay, việc sản xuất hàng loạt vi khuẩn là không cần thiết. Nhưng một số công ty trên thế giới đã bắt đầu sản xuất các thiết bị sử dụng chúng, tức là họ đã thực sự có thể thương mại hóa sự phát triển của mình. Tuy nhiên, chúng ta vẫn chỉ đang nói về những cỗ máy mảnh được thiết kế để giải quyết một loạt các tác vụ. Ví dụ, công ty OEWaves của Mỹ (trong đó một trong những nhà phát minh ra vi phẫu thuật, Vladimir Ilchenko, hiện đang làm việc), đang tham gia vào việc sản xuất máy phát vi sóng siêu bền, cũng như các tia laser xuất sắc. Tia laser của công ty, tạo ra ánh sáng trong phạm vi rất hẹp (lên đến 300 Hz) với độ nhiễu pha và tần số rất thấp, đã giành được giải thưởng PRIZM danh giá. Giải thưởng như vậy thực chất là giải Oscar trong lĩnh vực quang học ứng dụng, giải thưởng này được trao hàng năm.
Trong lĩnh vực y tế, tập đoàn Samsung của Hàn Quốc, cùng với Trung tâm Lượng tử của Nga, đang tham gia vào các phát triển của riêng mình trong lĩnh vực này. Theo Kommersant, những công trình này vào năm 2015 mới ở giai đoạn sơ khai, vì vậy, còn quá sớm và quá sớm để nói điều gì đó về những phát minh có khả năng ứng dụng.
