El professor de la Universitat d’Aston (Anglaterra), Mikhail Sumetsky, i l’enginyer d’investigació de la Universitat ITMO (Universitat Nacional d’Investigació de Tecnologies de la Informació, Mecànica i icsptica de Sant Petersburg), Nikita Toropov, han creat una tecnologia pràctica i econòmica per a la producció de microcavitats òptiques amb alta precisió. Els microrazonadors poden esdevenir la base per a la creació d’ordinadors quàntics, segons va informar el passat divendres 22 de juliol el popular portal de ciències "Cherdak" amb referència al servei de premsa d’ITMO.
La rellevància del treball en el camp de la creació d’ordinadors quàntics es deu avui al fet que una sèrie de problemes molt importants no es poden resoldre mitjançant ordinadors clàssics, inclosos els superordinadors, en un període de temps raonable. Estem parlant de problemes de física i química quàntica, criptografia i física nuclear. Els científics prediuen que els ordinadors quàntics es convertiran en una part important de l'entorn informàtic distribuït del futur. Construir un ordinador quàntic en forma d’objecte físic real és un dels problemes fonamentals de la física al segle XXI.
Un estudi de científics russos sobre la producció de microcavitats òptiques va ser publicat a la revista Optics Letters. “La tecnologia no requereix la presència d’instal·lacions de buit, està gairebé completament lliure de processos associats al tractament de solucions càustiques, tot i que és relativament econòmica. Però el més important és que es tracta d’un pas més cap a la millora de la qualitat de la transmissió i processament de dades, la creació d’ordinadors quàntics i instruments de mesura ultrasensibles”, diu un comunicat de premsa de la Universitat ITMO.
Una microcavitat òptica és una mena de trampa de llum en forma d’un engrossiment microscòpic molt petit d’una fibra òptica. Com que els fotons no es poden aturar, és necessari detenir d'alguna manera el seu flux per codificar informació. Per a això s’utilitzen exactament les cadenes de microcavitats òptiques. Gràcies a l’efecte “galeria xiuxiuejant”, el senyal s’alenteix: en entrar al ressonador, l’ona de llum es reflecteix des de les seves parets i es gira. Al mateix temps, a causa de la forma arrodonida del ressonador, la llum es pot reflectir al seu interior durant molt de temps. Així, els fotons es mouen d’un ressonador a un altre a una velocitat molt inferior.
El recorregut de la llum es pot ajustar canviant la mida i la forma del ressonador. Tenint en compte la mida de les microcavitats, que és inferior a una dècima de mil·límetre, els canvis en els paràmetres d’aquest dispositiu han de ser extremadament precisos, ja que qualsevol defecte a la superfície de la microcavitat pot introduir el caos en el flux de fotons. "Si la llum gira durant molt de temps, comença a interferir (conflicte) amb ella mateixa", subratlla Mikhail Sumetsky. - En cas que es cometés un error en la producció de ressonadors, comença la confusió. A partir d’aquí podeu obtenir el requisit principal per als ressonadors: la desviació mínima de mida."
Els microrazonadors, fabricats per científics de Rússia i Gran Bretanya, es fabriquen amb una precisió tan alta que la diferència de les seves dimensions no supera els 0,17 angstroms. Per imaginar l’escala, observem que aquest valor és aproximadament 3 vegades inferior al diàmetre d’un àtom d’hidrogen i immediatament 100 vegades inferior a l’error que es permet actualment en la producció d’aquests ressonadors. Mikhail Sumetsky va crear el mètode SNAP especialment per a la producció de ressonadors. Segons aquesta tecnologia, el làser recoca la fibra, eliminant les tensions congelades en ella. Després de l'exposició a un raig làser, la fibra "s'infla" lleugerament i s'obté una microcavitat. Investigadors de Rússia i Anglaterra continuaran millorant la tecnologia SNAP, a més d’ampliar la gamma de les seves possibles aplicacions.
El treball sobre microcavitats al nostre país no s’ha aturat durant les darreres dècades. Al poble de Skolkovo, prop de Moscou, al carrer Novaya, es va construir una casa número 100. Es tracta d’una casa amb parets emmirallades que, en el seu blau, poden competir amb el cel. Es tracta de l'edifici de l'Escola de Gestió de Skolkovo. Un dels llogaters d’aquesta casa insòlita és el Russian Quantum Center (RQC).
Les microcavitats actuals són un tema força actual en òptica quàntica. Diversos grups de tot el món els estudien contínuament. Al mateix temps, inicialment, es van inventar microcavitats òptiques al nostre país a la Universitat Estatal de Moscou. El primer article sobre aquests ressonadors es va publicar el 1989. Els autors de l'article són tres físics: Vladimir Braginsky, Vladimir Ilchenko i Mikhail Gorodetsky. Al mateix temps, Gorodetsky era estudiant en aquell moment i el seu líder Ilchenko es va traslladar més tard als Estats Units, on va començar a treballar al laboratori de la NASA. En canvi, Mikhail Gorodetsky va romandre a la Universitat Estatal de Moscou, dedicant molts anys a estudiar aquesta àrea. Es va unir a l’equip de RCC fa relativament poc: el 2014, al RCC es pot revelar més plenament el seu potencial com a científic. Per a això, el centre disposa de tot l'equip necessari per a experiments, que simplement no està disponible a la Universitat Estatal de Moscou, a més d'un equip d'especialistes. Un altre argument que Gorodetsky va aportar a favor del CCR era la capacitat de pagar salaris dignes als empleats.
Actualment, l'equip de Gorodetsky inclou diversos nois que anteriorment estaven dedicats a activitats científiques sota el seu lideratge a la Universitat Estatal de Moscou. Al mateix temps, no és cap secret per a ningú que avui no sigui fàcil mantenir joves científics prometedors a Rússia: les portes de tots els laboratoris de tot el món els estan oberts aquests dies. I el CCR és una de les oportunitats per fer una brillant carrera científica, així com per rebre un salari adequat, sense sortir de la Federació Russa. Actualment, al laboratori de Mikhail Gorodetsky, s’està investigant que, amb un desenvolupament favorable dels esdeveniments, pot canviar el món.
Les microcavitats òptiques són la base d’una nova tecnologia que pot augmentar la densitat de transmissió de dades a través de canals de fibra òptica. I aquesta és només una de les possibles aplicacions de les microcavitats. Durant els darrers anys, un dels laboratoris RCC ha après a produir microressonadors, que ja s’estan comprant a l’estranger. I científics russos que anteriorment treballaven en universitats estrangeres fins i tot tornen a Rússia per treballar en aquest laboratori.
Segons la teoria, les microcavitats òptiques es podrien utilitzar en telecomunicacions, on ajudarien a augmentar la densitat de transmissió de dades a través del cable de fibra òptica. Actualment, els paquets de dades ja es transmeten en un rang de colors diferent, però si el receptor i el transmissor són més sensibles, serà possible ramificar una línia de dades en canals de freqüència encara més.
Però aquest no és l’únic àmbit de la seva aplicació. A més, mitjançant microcavitats òptiques, no només es pot mesurar la llum dels planetes distants, sinó també determinar-ne la composició. També poden permetre la creació de detectors en miniatura de bacteris, virus o determinades substàncies: sensors químics i biosensors. Mikhail Gorodetsky va esbossar una imatge tan futurista del món en què ja s’utilitzen microresonadors: “Amb l’ajut d’un dispositiu compacte basat en microcavitats òptiques, serà possible determinar la composició de l’aire que expira una persona, que porta informació sobre estat de gairebé tots els òrgans del cos humà. És a dir, la velocitat i precisió dels diagnòstics en medicina poden augmentar moltes vegades.
Tot i això, fins ara aquestes són només teories que encara s’han de provar. Encara hi ha un llarg camí per recórrer als dispositius ja fets basats en ells. No obstant això, segons Mikhail Gorodetsky, el seu laboratori, segons el pla aprovat, hauria d'esbrinar exactament com utilitzar els microressonadors a la pràctica en un parell d'anys. Actualment, les àrees més prometedores són les telecomunicacions i els militars. Els microressonadors també poden ser d’interès per a l’exèrcit rus. Per exemple, es poden utilitzar en el desenvolupament i producció de radars, així com en generadors de senyal estables.
Fins ara no és necessària la producció massiva de microcavitats. Però diverses empreses del món ja han començat a produir dispositius que els utilitzen, és a dir, que van ser capaços de comercialitzar els seus desenvolupaments. Tot i això, encara parlem només de màquines de peces dissenyades per resoldre un estret rang de tasques. Per exemple, l’empresa nord-americana OEWaves (en la qual treballa actualment un dels inventors de microresonadors, Vladimir Ilchenko), es dedica a la producció de generadors de microones resistents i d’excel·lents làsers. El làser de la companyia, que produeix llum en un rang molt reduït (fins a 300 Hz) amb un soroll de fase i freqüència molt baix, ja ha guanyat el prestigiós premi PRIZM. Aquest premi és pràcticament un Oscar en el camp de l’òptica aplicada, aquest premi s’atorga anualment.
En l'àmbit mèdic, el grup sud-coreà d'empreses Samsung, juntament amb el Quantum Center rus, es dediquen als seus propis desenvolupaments en aquesta àrea. Segons Kommersant, aquestes obres el 2015 es trobaven en la fase inicial, de manera que és massa aviat i prematur dir alguna cosa sobre invents que haurien aplicat aplicacions.
