لقد ابتكر الأستاذ في جامعة أستون (إنجلترا) ميخائيل سوميتسكي ومهندس أبحاث من جامعة ITMO (جامعة سانت بطرسبرغ الوطنية للبحوث لتكنولوجيا المعلومات والميكانيكا والبصريات) نيكيتا توروبوف تقنية عملية وغير مكلفة لإنتاج الفراغات الدقيقة الضوئية بدقة عالية قياسية. يمكن أن تصبح Microresonators أساسًا لإنشاء أجهزة كمبيوتر كمومية ، حسبما ورد يوم الجمعة الماضي ، 22 يوليو ، من قبل بوابة العلوم الشعبية "Cherdak" بالإشارة إلى الخدمة الصحفية لـ ITMO.
ترجع أهمية العمل في مجال إنشاء أجهزة الكمبيوتر الكمومية اليوم إلى حقيقة أن عددًا من المشكلات المهمة جدًا لا يمكن حلها باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية ، بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر العملاقة ، في فترة زمنية معقولة. نحن نتحدث عن مشاكل فيزياء الكم والكيمياء والتشفير والفيزياء النووية. يتوقع العلماء أن تصبح أجهزة الكمبيوتر الكمومية جزءًا مهمًا من بيئة الحوسبة الموزعة في المستقبل. يعد بناء جهاز كمبيوتر كمي على شكل جسم مادي حقيقي أحد المشاكل الأساسية للفيزياء في القرن الحادي والعشرين.
نُشرت دراسة أجراها علماء روس حول إنتاج فجوات دقيقة بصرية في مجلة Optics Letters. لا تتطلب التقنية وجود منشآت تفريغ ، فهي خالية تمامًا تقريبًا من العمليات المرتبطة بمعالجة المحاليل الكاوية ، بينما تكون غير مكلفة نسبيًا. لكن الشيء الأكثر أهمية هو أن هذه خطوة أخرى نحو تحسين جودة نقل البيانات ومعالجتها ، وإنشاء أجهزة كمبيوتر كمومية وأدوات قياس فائقة الحساسية ، كما جاء في بيان صحفي صادر عن جامعة ITMO.
التجويف الدقيق البصري هو نوع من مصيدة الضوء على شكل سماكة ميكروسكوبية صغيرة جدًا للألياف الضوئية. نظرًا لأنه لا يمكن إيقاف الفوتونات ، فمن الضروري إيقاف تدفقها بطريقة ما من أجل تشفير المعلومات. هذا هو بالضبط ما تُستخدم من أجله سلاسل التجويفات الدقيقة الضوئية. بفضل تأثير "معرض الهمس" ، تتباطأ الإشارة: عند دخول الرنان ، تنعكس الموجة الضوئية من جدرانها وتلتف. في الوقت نفسه ، نظرًا للشكل الدائري للرنان ، يمكن أن ينعكس الضوء بداخله لفترة طويلة. وهكذا ، تنتقل الفوتونات من مرنان إلى آخر بسرعة أقل بكثير.
يمكن ضبط مسار الضوء عن طريق تغيير حجم وشكل الرنان. مع الأخذ في الاعتبار حجم الفجوات الصغيرة ، التي تقل عن عُشر المليمتر ، يجب أن تكون التغييرات في معلمات مثل هذا الجهاز دقيقة للغاية ، لأن أي خلل على سطح التجويف الصغير يمكن أن يؤدي إلى حدوث فوضى في تدفق الفوتون. يؤكد ميخائيل سوميتسكي: "إذا دار الضوء لفترة طويلة ، فإنه يبدأ بالتدخل (الصراع) مع نفسه". - في حالة حدوث خطأ في إنتاج الرنانات ، يبدأ الالتباس. من هذا يمكنك الحصول على المطلب الرئيسي للرنانات: الحد الأدنى للانحراف في الحجم."
صُنعت Microresonators ، التي صنعها علماء من روسيا وبريطانيا العظمى ، بدقة عالية بحيث لا يتجاوز الاختلاف في أبعادها 0.17 أنجستروم.لتخيل المقياس ، نلاحظ أن هذه القيمة أقل بثلاث مرات تقريبًا من قطر ذرة الهيدروجين وأقل 100 مرة على الفور من الخطأ المسموح به في إنتاج مثل هذه الرنانات اليوم. أنشأ ميخائيل سوميتسكي طريقة SNAP خصيصًا لإنتاج الرنانات. وفقًا لهذه التقنية ، يُصلب الليزر الألياف ويزيل الضغوط المجمدة فيها. بعد التعرض لشعاع الليزر ، "تتضخم" الألياف قليلاً ويتم الحصول على فجوة دقيقة. سيواصل الباحثون من روسيا وإنجلترا تحسين تقنية SNAP ، بالإضافة إلى توسيع نطاق تطبيقاتها الممكنة.
لم يتوقف العمل في مناطق الأعمال الصغيرة في بلدنا على مدى العقود العديدة الماضية. في قرية سكولكوفو بالقرب من موسكو ، في شارع نوفايا ، تم بناء منزل رقم 100. إنه منزل بجدران عاكسة ، والتي يمكن أن تنافس السماء باللون الأزرق. هذا هو مبنى مدرسة سكولكوفو للإدارة. أحد المستأجرين في هذا المنزل غير العادي هو مركز الكم الروسي (RQC).
تعد الفجوات الصغيرة اليوم موضوعًا موضوعيًا إلى حد ما في البصريات الكمومية. تقوم عدة مجموعات حول العالم بدراستها باستمرار. في الوقت نفسه ، في البداية ، تم اختراع الفراغات الدقيقة البصرية في بلدنا في جامعة موسكو الحكومية. تم نشر أول مقال حول هذه الرنانات في عام 1989. مؤلفو المقال هم ثلاثة فيزيائيين: فلاديمير براغنسكي وفلاديمير إلتشينكو وميخائيل جوروديتسكي. في الوقت نفسه ، كان جوروديتسكي طالبًا في ذلك الوقت ، وانتقل زعيمه إيلشينكو لاحقًا إلى الولايات المتحدة ، حيث بدأ العمل في مختبر ناسا. في المقابل ، بقي ميخائيل جوروديتسكي في جامعة موسكو الحكومية ، وخصص سنوات عديدة لدراسة هذا المجال. انضم إلى فريق RCC مؤخرًا نسبيًا - في عام 2014 ، في RCC ، يمكن الكشف عن إمكاناته كعالم بشكل كامل. لهذا ، يحتوي المركز على جميع المعدات اللازمة للتجارب ، وهي ببساطة غير متوفرة في جامعة موسكو الحكومية ، بالإضافة إلى فريق من المتخصصين. كانت الحجة الأخرى التي قدمها جوروديتسكي لصالح مجلس قيادة الثورة هي القدرة على دفع أجور لائقة للموظفين.
يضم فريق Gorodetsky حاليًا العديد من الرجال الذين شاركوا سابقًا في الأنشطة العلمية تحت قيادته في جامعة موسكو الحكومية. في الوقت نفسه ، لا يخفى على أحد أنه ليس من السهل الحفاظ على وعود العلماء الشباب في روسيا اليوم - أبواب أي مختبرات في جميع أنحاء العالم مفتوحة لهم هذه الأيام. و RCC هي واحدة من الفرص لتحقيق مهنة علمية رائعة ، وكذلك الحصول على راتب مناسب ، دون مغادرة الاتحاد الروسي. حاليًا ، في مختبر ميخائيل جوروديتسكي ، تجري الأبحاث التي يمكن أن تغير العالم من خلال التطور الإيجابي للأحداث.
تعد الفجوات الصغيرة الضوئية أساس تقنية جديدة يمكنها زيادة كثافة نقل البيانات عبر قنوات الألياف البصرية. وهذا مجرد واحد من التطبيقات الممكنة للجزر الصغيرة. على مدى السنوات القليلة الماضية ، تعلم أحد مختبرات RCC كيفية إنتاج ميكرويسونيتور ، والتي يتم شراؤها بالفعل في الخارج. حتى أن العلماء الروس الذين عملوا سابقًا في جامعات أجنبية عادوا إلى روسيا للعمل في هذا المختبر.
وفقًا للنظرية ، يمكن استخدام الفجوات الدقيقة الضوئية في الاتصالات السلكية واللاسلكية ، حيث ستساعد في زيادة كثافة نقل البيانات عبر كابل الألياف البصرية. حاليًا ، يتم إرسال حزم البيانات بالفعل في نطاق ألوان مختلف ، ولكن إذا كان جهاز الإرسال والاستقبال أكثر حساسية ، فسيكون من الممكن تفريع خط بيانات واحد إلى المزيد من قنوات التردد.
لكن هذا ليس المجال الوحيد لتطبيقهم. أيضًا ، باستخدام الفراغات الدقيقة الضوئية ، لا يمكن قياس ضوء الكواكب البعيدة فحسب ، بل أيضًا تحديد تكوينها. يمكنها أيضًا أن تجعل من الممكن إنشاء أجهزة كشف مصغرة للبكتيريا أو الفيروسات أو بعض المواد - أجهزة الاستشعار الكيميائية وأجهزة الاستشعار الحيوية.حدد ميخائيل جوروديتسكي هذه الصورة المستقبلية للعالم الذي يتم فيه استخدام المايكرويسونيتور بالفعل: "بمساعدة جهاز مضغوط يعتمد على فجوات دقيقة بصرية ، سيكون من الممكن تحديد تكوين الهواء الذي ينفثه شخص ما ، والذي يحمل معلومات حول حالة جميع أعضاء جسم الإنسان تقريبًا. وهذا يعني أن سرعة ودقة التشخيص في الطب يمكن أن تزداد ببساطة عدة مرات ".
ومع ذلك ، حتى الآن هذه مجرد نظريات لا تزال بحاجة إلى اختبار. لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه إلى الأجهزة الجاهزة القائمة عليها. ومع ذلك ، وفقًا لـ Mikhail Gorodetsky ، فإن مختبره ، وفقًا للخطة المعتمدة ، يجب أن يكتشف بالضبط كيفية استخدام microresonators في الممارسة العملية في غضون عامين. في الوقت الحالي ، أكثر المجالات الواعدة هي الاتصالات ، وكذلك الجيش. قد تكون الشركات الصغيرة في الواقع ذات أهمية للجيش الروسي أيضًا. على سبيل المثال ، يمكن استخدامها في تطوير وإنتاج الرادارات ، فضلاً عن مولدات الإشارات الثابتة.
حتى الآن ، الإنتاج الضخم للجزر الصغيرة غير مطلوب. لكن عددًا من الشركات في العالم بدأت بالفعل في إنتاج الأجهزة باستخدامها ، أي أنها تمكنت حقًا من تسويق تطوراتها. ومع ذلك ، ما زلنا نتحدث فقط عن آلات القطع المصممة لحل نطاق ضيق من المهام. على سبيل المثال ، تعمل الشركة الأمريكية OEWaves (التي يعمل فيها حاليًا أحد مخترعي microresonators ، فلاديمير إلشينكو) ، في إنتاج مولدات الميكروويف فائقة الثبات ، فضلاً عن أشعة الليزر الممتازة. فاز ليزر الشركة ، الذي ينتج ضوءًا في نطاق ضيق جدًا (يصل إلى 300 هرتز) مع ضوضاء طور وتردد منخفض جدًا ، بجائزة PRIZM المرموقة. هذه الجائزة هي عمليًا أوسكار في مجال البصريات التطبيقية ، وتُمنح هذه الجائزة سنويًا.
في المجال الطبي ، تشارك مجموعة الشركات الكورية الجنوبية Samsung ، جنبًا إلى جنب مع مركز الكم الروسي ، في تطويراتها الخاصة في هذا المجال. وفقًا لـ Kommersant ، كانت هذه الأعمال في عام 2015 في المرحلة الأولية للغاية ، لذلك من المبكر جدًا ومن السابق لأوانه قول شيء ما عن الاختراعات التي كانت ستطبق التطبيقات.
