El profesor de la Universidad de Aston (Inglaterra) Mikhail Sumetsky y el ingeniero de investigación de la Universidad ITMO (Universidad Nacional de Investigación de Tecnologías de la Información, Mecánica y Óptica de San Petersburgo) Nikita Toropov han creado una tecnología práctica y económica para la producción de microcavidades ópticas con una precisión récord. Los microrresonadores pueden convertirse en la base para la creación de ordenadores cuánticos, así lo informó el pasado viernes 22 de julio el portal de divulgación científica "Cherdak" con referencia al servicio de prensa de ITMO.
La relevancia del trabajo en el campo de la creación de computadoras cuánticas se debe hoy en día al hecho de que una serie de problemas muy importantes no se pueden resolver utilizando computadoras clásicas, incluidas las supercomputadoras, en un período de tiempo razonable. Estamos hablando de los problemas de la física y química cuántica, la criptografía, la física nuclear. Los científicos predicen que las computadoras cuánticas se convertirán en una parte importante del entorno de computación distribuida del futuro. Construir una computadora cuántica en forma de objeto físico real es uno de los problemas fundamentales de la física en el siglo XXI.
En la revista Optics Letters se publicó un estudio de científicos rusos sobre la producción de microcavidades ópticas. “La tecnología no requiere la presencia de instalaciones de vacío, está casi completamente libre de procesos que están asociados con el tratamiento de soluciones cáusticas, mientras que es relativamente económica. Pero lo más importante es que este es otro paso hacia la mejora de la calidad de la transmisión y el procesamiento de datos, la creación de computadoras cuánticas e instrumentos de medición ultrasensibles”, dice un comunicado de prensa de la Universidad ITMO.
Una microcavidad óptica es una especie de trampa de luz en forma de un engrosamiento microscópico muy pequeño de una fibra óptica. Dado que los fotones no se pueden detener, es necesario detener de alguna manera su flujo para codificar la información. Esto es exactamente para lo que se utilizan las cadenas de microcavidades ópticas. Gracias al efecto de "galería susurrante", la señal se ralentiza: al entrar en el resonador, la onda de luz se refleja en sus paredes y se retuerce. Al mismo tiempo, debido a la forma redondeada del resonador, la luz puede reflejarse en su interior durante mucho tiempo. Por tanto, los fotones se mueven de un resonador a otro a una velocidad mucho menor.
La trayectoria de la luz se puede ajustar cambiando el tamaño y la forma del resonador. Teniendo en cuenta el tamaño de las microcavidades, que es inferior a una décima de milímetro, los cambios en los parámetros de dicho dispositivo deben ser extremadamente precisos, ya que cualquier defecto en la superficie de la microcavidad puede introducir caos en el flujo de fotones. “Si la luz gira durante mucho tiempo, comienza a interferir (entrar en conflicto) consigo misma”, enfatiza Mikhail Sumetsky. - En el caso de que se haya cometido un error en la producción de resonadores, comienza la confusión. De aquí se puede obtener el requisito principal para los resonadores: la desviación mínima de tamaño.
Los microrresonadores, que fueron fabricados por científicos de Rusia y Gran Bretaña, están hechos con una precisión tan alta que la diferencia en sus dimensiones no supera los 0,17 angstroms. Para imaginar la escala, observamos que este valor es aproximadamente 3 veces menor que el diámetro de un átomo de hidrógeno e inmediatamente 100 veces menor que el error que se permite hoy en la producción de tales resonadores. Mikhail Sumetsky creó el método SNAP especialmente para la producción de resonadores. Según esta tecnología, el láser recoce la fibra, eliminando las tensiones congeladas en ella. Después de la exposición a un rayo láser, la fibra se "hincha" ligeramente y se obtiene una microcavidad. Investigadores de Rusia e Inglaterra continuarán mejorando la tecnología SNAP, así como ampliando el rango de sus posibles aplicaciones.
El trabajo en microcavidades en nuestro país no se ha detenido en las últimas décadas. En el pueblo de Skolkovo cerca de Moscú, en la calle Novaya, se construyó una casa número 100. Esta es una casa con paredes espejadas, que en su azul pueden competir con el cielo. Este es el edificio de la Escuela de Administración de Skolkovo. Uno de los inquilinos de esta casa inusual es el Russian Quantum Center (RQC).
Hoy en día, las microcavidades son un tema bastante actual en la óptica cuántica. Varios grupos de todo el mundo los estudian continuamente. Al mismo tiempo, inicialmente, las microcavidades ópticas se inventaron en nuestro país en la Universidad Estatal de Moscú. El primer artículo sobre tales resonadores se publicó en 1989. Los autores del artículo son tres físicos: Vladimir Braginsky, Vladimir Ilchenko y Mikhail Gorodetsky. Al mismo tiempo, Gorodetsky era estudiante en ese momento, y su líder Ilchenko luego se mudó a los Estados Unidos, donde comenzó a trabajar en el laboratorio de la NASA. Por el contrario, Mikhail Gorodetsky permaneció en la Universidad Estatal de Moscú, dedicó muchos años a estudiar esta área. Se unió al equipo de RCC hace relativamente poco tiempo; en 2014, en el RCC, su potencial como científico puede revelarse más plenamente. Para ello, el centro cuenta con todo el equipamiento necesario para los experimentos, que simplemente no está disponible en la Universidad Estatal de Moscú, además de un equipo de especialistas. Otro argumento que presentó Gorodetsky a favor de la RCC fue la capacidad de pagar salarios dignos a los empleados.
Actualmente, el equipo de Gorodetsky incluye a varios muchachos que anteriormente participaron en actividades científicas bajo su liderazgo en la Universidad Estatal de Moscú. Al mismo tiempo, para nadie es un secreto que no es fácil seguir prometiendo a los jóvenes científicos en Rusia hoy en día: las puertas de cualquier laboratorio del mundo están abiertas para ellos en estos días. Y el RCC es una de las oportunidades para hacer una brillante carrera científica, además de recibir un salario adecuado, sin salir de la Federación de Rusia. Actualmente, en el laboratorio de Mikhail Gorodetsky, se está investigando que, con un desarrollo favorable de los eventos, puede cambiar el mundo.
Las microcavidades ópticas son la base de una nueva tecnología que puede aumentar la densidad de transmisión de datos a través de canales de fibra óptica. Y esta es solo una de las posibles aplicaciones de las microcavidades. En los últimos años, uno de los laboratorios de RCC ha aprendido a producir microrresonadores, que ya se están comprando en el extranjero. Y los científicos rusos que anteriormente trabajaron en universidades extranjeras incluso regresan a Rusia para trabajar en este laboratorio.
Según la teoría, las microcavidades ópticas podrían usarse en telecomunicaciones, donde ayudarían a aumentar la densidad de transmisión de datos a través del cable de fibra óptica. Actualmente, los paquetes de datos ya se transmiten en una gama de colores diferente, pero si el receptor y el transmisor son más sensibles, será posible ramificar una línea de datos en aún más canales de frecuencia.
Pero esta no es la única área de su aplicación. Además, utilizando microcavidades ópticas, no solo se puede medir la luz de planetas distantes, sino también determinar su composición. También pueden hacer posible la creación de detectores en miniatura de bacterias, virus o determinadas sustancias: sensores químicos y biosensores. Mikhail Gorodetsky describió una imagen tan futurista del mundo en el que ya se utilizan microrresonadores: “Con la ayuda de un dispositivo compacto basado en microcavidades ópticas, será posible determinar la composición del aire exhalado por una persona, que lleva información sobre el estado de casi todos los órganos del cuerpo humano. Es decir, la velocidad y precisión de los diagnósticos en medicina simplemente pueden aumentar muchas veces.
Sin embargo, hasta ahora estas son solo teorías que aún deben ser probadas. Todavía queda un largo camino por recorrer para los dispositivos listos para usar basados en ellos. Sin embargo, según Mikhail Gorodetsky, su laboratorio, de acuerdo con el plan aprobado, debería descubrir exactamente cómo usar microrresonadores en la práctica en un par de años. Actualmente, las áreas más prometedoras son las telecomunicaciones, así como las militares. Los microrresonadores también pueden ser de interés para el ejército ruso. Por ejemplo, se pueden utilizar en el desarrollo y producción de radares, así como en generadores de señales estables.
Hasta el momento, no se requiere la producción masiva de microcavidades. Pero varias empresas en el mundo ya han comenzado a producir dispositivos utilizándolos, es decir, realmente pudieron comercializar sus desarrollos. Sin embargo, seguimos hablando solo de máquinas de piezas diseñadas para resolver una gama limitada de tareas. Por ejemplo, la empresa estadounidense OEWaves (en la que trabaja actualmente uno de los inventores de microrresonadores, Vladimir Ilchenko), se dedica a la producción de generadores de microondas superestables, así como excelentes láseres. El láser de la empresa, que produce luz en un rango muy estrecho (hasta 300 Hz) con un ruido de fase y frecuencia muy bajo, ya ha ganado el prestigioso premio PRIZM. Tal premio es prácticamente un Oscar en el campo de la óptica aplicada, este premio se otorga anualmente.
En el campo médico, el grupo de empresas surcoreano Samsung, junto con el Russian Quantum Center, está involucrado en sus propios desarrollos en esta área. Según Kommersant, estos trabajos en 2015 se encontraban en la etapa inicial, por lo que es demasiado pronto y prematuro decir algo sobre invenciones que habrían aplicado aplicaciones.
