Profesor Universitas Aston (Inggris) Mikhail Sumetsky dan insinyur riset dari Universitas ITMO (Universitas Riset Nasional Teknologi Informasi, Mekanika dan Optik St. Petersburg) Nikita Toropov telah menciptakan teknologi praktis dan murah untuk produksi rongga mikro optik dengan rekor akurasi tinggi. Mikroresonator dapat menjadi dasar untuk penciptaan komputer kuantum, ini dilaporkan Jumat lalu, 22 Juli, oleh portal sains populer "Cherdak" dengan mengacu pada layanan pers ITMO.
Relevansi pekerjaan di bidang pembuatan komputer kuantum hari ini disebabkan oleh kenyataan bahwa sejumlah masalah yang sangat penting tidak dapat diselesaikan dengan menggunakan komputer klasik, termasuk superkomputer, dalam jangka waktu yang wajar. Kita berbicara tentang masalah fisika kuantum dan kimia, kriptografi, fisika nuklir. Para ilmuwan memprediksi bahwa komputer kuantum akan menjadi bagian penting dari lingkungan komputasi terdistribusi di masa depan. Membangun komputer kuantum dalam bentuk objek fisik yang nyata adalah salah satu masalah mendasar fisika di abad ke-21.
Sebuah studi oleh para ilmuwan Rusia tentang produksi rongga mikro optik diterbitkan dalam jurnal Optics Letters. “Teknologi ini tidak memerlukan keberadaan instalasi vakum, hampir sepenuhnya bebas dari proses yang terkait dengan perawatan larutan kaustik, sementara relatif murah. Tetapi yang paling penting adalah bahwa ini adalah langkah lain menuju peningkatan kualitas transmisi dan pemrosesan data, pembuatan komputer kuantum dan alat ukur ultrasensitif,”kata siaran pers dari Universitas ITMO.
Microcavity optik adalah sejenis perangkap cahaya dalam bentuk penebalan serat optik yang sangat kecil dan mikroskopis. Karena foton tidak dapat dihentikan, maka perlu entah bagaimana menghentikan alirannya untuk menyandikan informasi. Inilah tepatnya yang digunakan untuk rantai rongga mikro optik. Berkat efek "galeri bisikan", sinyal melambat: masuk ke resonator, gelombang cahaya dipantulkan dari dinding dan tikungannya. Pada saat yang sama, karena bentuk bulat dari resonator, cahaya dapat dipantulkan di dalamnya untuk waktu yang lama. Jadi, foton berpindah dari satu resonator ke resonator lainnya dengan kecepatan yang jauh lebih rendah.
Jalur cahaya dapat disesuaikan dengan mengubah ukuran dan bentuk resonator. Mempertimbangkan ukuran rongga mikro, yang kurang dari sepersepuluh milimeter, perubahan parameter perangkat semacam itu harus sangat tepat, karena setiap cacat pada permukaan rongga mikro dapat menyebabkan kekacauan pada fluks foton. “Jika cahaya berputar untuk waktu yang lama, ia mulai mengganggu (konflik) dengan dirinya sendiri,” tegas Mikhail Sumetsky. - Jika terjadi kesalahan dalam produksi resonator, kebingungan dimulai. Dari sini Anda bisa mendapatkan persyaratan utama untuk resonator: deviasi minimum dalam ukuran."
Mikroresonator, yang diproduksi oleh para ilmuwan dari Rusia dan Inggris Raya, dibuat dengan presisi tinggi sehingga perbedaan dimensinya tidak melebihi 0,17 angstrom. Untuk membayangkan skalanya, kami mencatat bahwa nilai ini kira-kira 3 kali lebih kecil dari diameter atom hidrogen dan segera 100 kali lebih kecil dari kesalahan yang diizinkan dalam produksi resonator semacam itu saat ini. Mikhail Sumetsky menciptakan metode SNAP khusus untuk produksi resonator. Menurut teknologi ini, laser menganil serat, menghilangkan tekanan yang membeku di dalamnya. Setelah terpapar sinar laser, serat sedikit "membengkak" dan rongga mikro diperoleh. Para peneliti dari Rusia dan Inggris akan terus meningkatkan teknologi SNAP, serta memperluas jangkauan kemungkinan penerapannya.
Bekerja pada rongga mikro di negara kita tidak berhenti selama beberapa dekade terakhir. Di desa Skolkovo dekat Moskow, di Jalan Novaya, sebuah rumah nomor 100 dibangun. Ini adalah rumah dengan dinding cermin, yang dalam warna birunya dapat bersaing dengan langit. Ini adalah gedung Sekolah Manajemen Skolkovo. Salah satu penyewa rumah yang tidak biasa ini adalah Russian Quantum Center (RQC).
Microcavities saat ini adalah topik yang cukup topikal dalam optik kuantum. Beberapa kelompok di seluruh dunia terus mempelajarinya. Pada saat yang sama, pada awalnya, rongga mikro optik ditemukan di negara kita di Universitas Negeri Moskow. Artikel pertama tentang resonator semacam itu diterbitkan pada tahun 1989. Penulis artikel ini adalah tiga fisikawan: Vladimir Braginsky, Vladimir Ilchenko dan Mikhail Gorodetsky. Pada saat yang sama, Gorodetsky adalah seorang mahasiswa pada waktu itu, dan pemimpinnya Ilchenko kemudian pindah ke Amerika Serikat, di mana ia mulai bekerja di laboratorium NASA. Sebaliknya, Mikhail Gorodetsky tetap di Universitas Negeri Moskow, mengabdikan bertahun-tahun untuk mempelajari bidang ini. Dia bergabung dengan tim RCC relatif baru - pada tahun 2014, di RCC potensinya sebagai ilmuwan dapat terungkap lebih lengkap. Untuk ini, pusat memiliki semua peralatan yang diperlukan untuk eksperimen, yang tidak tersedia di Universitas Negeri Moskow, serta tim spesialis. Argumen lain yang diajukan Gorodetsky untuk mendukung RCC adalah kemampuan untuk membayar upah yang layak kepada karyawan.
Saat ini, tim Gorodetsky mencakup beberapa orang yang sebelumnya terlibat dalam kegiatan ilmiah di bawah kepemimpinannya di Universitas Negeri Moskow. Pada saat yang sama, bukan rahasia lagi bagi siapa pun bahwa tidak mudah untuk mempertahankan ilmuwan muda yang menjanjikan di Rusia hari ini - pintu laboratorium mana pun di seluruh dunia terbuka untuk mereka hari ini. Dan RCC adalah salah satu peluang untuk membuat karir ilmiah yang cemerlang, serta menerima gaji yang memadai, tanpa meninggalkan Federasi Rusia. Saat ini, di laboratorium Mikhail Gorodetsky, penelitian sedang berlangsung yang, dengan perkembangan peristiwa yang menguntungkan, dapat mengubah dunia.
Microcavities optik adalah dasar dari teknologi baru yang dapat meningkatkan kepadatan transmisi data melalui saluran serat optik. Dan ini hanyalah salah satu kemungkinan penerapan rongga mikro. Selama beberapa tahun terakhir, salah satu laboratorium RCC telah mempelajari cara memproduksi resonator mikro, yang telah dibeli di luar negeri. Dan ilmuwan Rusia yang sebelumnya bekerja di universitas asing bahkan kembali ke Rusia untuk bekerja di laboratorium ini.
Menurut teori, microcavities optik dapat digunakan dalam telekomunikasi, di mana mereka akan membantu meningkatkan kepadatan transmisi data melalui kabel serat optik. Saat ini, paket data sudah ditransmisikan dalam rentang warna yang berbeda, tetapi jika penerima dan pemancar lebih sensitif, dimungkinkan untuk mencabangkan satu jalur data ke saluran frekuensi yang lebih banyak lagi.
Tapi ini bukan satu-satunya area aplikasi mereka. Juga, dengan menggunakan rongga mikro optik, seseorang tidak hanya dapat mengukur cahaya planet yang jauh, tetapi juga menentukan komposisinya. Mereka juga memungkinkan untuk membuat detektor miniatur bakteri, virus, atau zat tertentu - sensor kimia dan biosensor. Mikhail Gorodetsky menguraikan gambaran futuristik tentang dunia di mana mikroresonator sudah digunakan: “Dengan bantuan perangkat ringkas berdasarkan rongga mikro optik, dimungkinkan untuk menentukan komposisi udara yang dihembuskan oleh seseorang, yang membawa informasi tentang keadaan hampir semua organ dalam tubuh manusia. Artinya, kecepatan dan akurasi diagnostik dalam kedokteran dapat meningkat berkali-kali lipat.
Namun, sejauh ini hanya teori-teori yang masih perlu diuji. Masih ada jalan panjang untuk menuju perangkat yang sudah jadi berdasarkan mereka. Namun, menurut Mikhail Gorodetsky, laboratoriumnya, sesuai dengan rencana yang disetujui, harus mengetahui dengan tepat bagaimana menggunakan mikroresonator dalam praktik dalam beberapa tahun. Saat ini, bidang yang paling menjanjikan adalah telekomunikasi, serta militer. Mikroresonator mungkin juga menarik bagi militer Rusia. Misalnya, mereka dapat digunakan dalam pengembangan dan produksi radar, serta generator sinyal yang stabil.
Sejauh ini, produksi massal rongga mikro tidak diperlukan. Namun sejumlah perusahaan di dunia sudah mulai memproduksi perangkat yang menggunakan mereka, yaitu mereka benar-benar mampu mengkomersialkan perkembangannya. Namun, kita masih berbicara hanya tentang mesin potong yang dirancang untuk menyelesaikan berbagai tugas yang sempit. Misalnya, perusahaan Amerika OEWaves (di mana salah satu penemu mikroresonator, Vladimir Ilchenko, saat ini bekerja), terlibat dalam produksi generator gelombang mikro superstabil, serta laser yang sangat baik. Laser perusahaan, yang menghasilkan cahaya dalam rentang yang sangat sempit (hingga 300 Hz) dengan fase dan frekuensi noise yang sangat rendah, telah memenangkan penghargaan PRIZM yang bergengsi. Penghargaan semacam itu praktis adalah Oscar di bidang optik terapan, penghargaan ini diberikan setiap tahun.
Di bidang medis, grup perusahaan Korea Selatan Samsung, bersama dengan Pusat Quantum Rusia, terlibat dalam pengembangannya sendiri di bidang ini. Menurut Kommersant, karya-karya ini pada tahun 2015 berada pada tahap paling awal, sehingga terlalu dini dan terlalu dini untuk mengatakan sesuatu tentang penemuan yang akan menerapkan aplikasi.
