Professor da Aston University (Inglaterra) Mikhail Sumetsky e engenheiro de pesquisa da ITMO University (St. Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics) Nikita Toropov criaram uma tecnologia prática e barata para a produção de microcavidades ópticas com alta precisão recorde. Os microrressonadores podem se tornar a base para a criação dos computadores quânticos, isso foi relatado na última sexta-feira, 22 de julho, pelo portal de ciência popular "Cherdak" com referência ao serviço de imprensa da ITMO.
A relevância do trabalho no campo da criação de computadores quânticos se deve hoje ao fato de que uma série de problemas muito importantes não podem ser resolvidos usando computadores clássicos, incluindo supercomputadores, em um período de tempo razoável. Estamos falando sobre os problemas da física e química quântica, criptografia, física nuclear. Os cientistas prevêem que os computadores quânticos se tornarão uma parte importante do ambiente de computação distribuída do futuro. Construir um computador quântico na forma de um objeto físico real é um dos problemas fundamentais da física no século XXI.
Um estudo de cientistas russos sobre a produção de microcavidades ópticas foi publicado no jornal Optics Letters. “A tecnologia dispensa a presença de instalações de vácuo, é quase totalmente isenta de processos associados ao tratamento de soluções cáusticas, embora seja relativamente barata. Mas o mais importante é que este é mais um passo para melhorar a qualidade da transmissão e processamento de dados, a criação de computadores quânticos e instrumentos de medição ultrassensíveis”, diz um comunicado de imprensa da ITMO University.
Uma microcavidade óptica é um tipo de armadilha de luz na forma de um espessamento microscópico muito pequeno de uma fibra óptica. Como os fótons não podem ser interrompidos, é necessário interromper de alguma forma seu fluxo para codificar as informações. É exatamente para isso que as cadeias de microcavidades ópticas são usadas. Graças ao efeito de "galeria sussurrante", o sinal fica mais lento: ao entrar no ressonador, a onda de luz é refletida em suas paredes e se torce. Ao mesmo tempo, devido ao formato arredondado do ressonador, a luz pode ser refletida dentro dele por um longo tempo. Assim, os fótons se movem de um ressonador para outro a uma velocidade muito menor.
O caminho da luz pode ser ajustado alterando o tamanho e a forma do ressonador. Levando em consideração o tamanho das microcavidades, que é inferior a um décimo de milímetro, as mudanças nos parâmetros de tal dispositivo devem ser extremamente precisas, pois qualquer defeito na superfície da microcavidade pode introduzir caos no fluxo de fótons. “Se a luz girar por muito tempo, ela começa a interferir (entrar em conflito) consigo mesma”, enfatiza Mikhail Sumetsky. - Caso seja cometido um erro na produção dos ressonadores, começa a confusão. A partir daí, você pode obter o principal requisito para ressonadores: o desvio mínimo no tamanho."
Os microrressonadores, fabricados por cientistas da Rússia e da Grã-Bretanha, são feitos com uma precisão tão elevada que a diferença em suas dimensões não ultrapassa 0,17 angstrom. Para imaginar a escala, notamos que este valor é aproximadamente 3 vezes menor que o diâmetro de um átomo de hidrogênio e imediatamente 100 vezes menor que o erro que é permitido na produção de tais ressonadores hoje. Mikhail Sumetsky criou o método SNAP especialmente para a produção de ressonadores. De acordo com essa tecnologia, o laser recoze a fibra, removendo as tensões congeladas nela. Após a exposição a um feixe de laser, a fibra "incha" ligeiramente e uma microcavidade é obtida. Pesquisadores da Rússia e da Inglaterra vão continuar aprimorando a tecnologia SNAP, bem como ampliando o leque de suas possíveis aplicações.
O trabalho com microcavidades em nosso país não parou nas últimas décadas. No vilarejo de Skolkovo, perto de Moscou, na rua Novaya, foi construída uma casa número 100. Esta é uma casa com paredes espelhadas, que no seu azul podem competir com o céu. Este é o prédio da Escola de Administração Skolkovo. Um dos inquilinos desta casa incomum é o Russian Quantum Center (RQC).
As microcavidades hoje são um tópico bastante atual em óptica quântica. Vários grupos ao redor do mundo os estudam continuamente. Ao mesmo tempo, inicialmente, microcavidades ópticas foram inventadas em nosso país na Universidade Estadual de Moscou. O primeiro artigo sobre esses ressonadores foi publicado em 1989. Os autores do artigo são três físicos: Vladimir Braginsky, Vladimir Ilchenko e Mikhail Gorodetsky. Ao mesmo tempo, Gorodetsky era estudante na época, e seu líder Ilchenko mais tarde mudou-se para os Estados Unidos, onde começou a trabalhar no laboratório da NASA. Em contraste, Mikhail Gorodetsky permaneceu na Universidade Estadual de Moscou, dedicando muitos anos ao estudo dessa área. Ele se juntou à equipe RCC há relativamente pouco tempo - em 2014, no RCC seu potencial como cientista pode ser revelado de forma mais completa. Para isso, o centro conta com todo o equipamento necessário para a realização de experimentos, o que simplesmente não existe na Universidade Estadual de Moscou, além de uma equipe de especialistas. Outro argumento que Gorodetsky apresentou em favor do RCC foi a capacidade de pagar salários decentes aos funcionários.
Atualmente, a equipe de Gorodetsky inclui vários caras que estavam anteriormente envolvidos em atividades científicas sob sua liderança na Universidade Estadual de Moscou. Ao mesmo tempo, não é segredo para ninguém que não é fácil manter jovens cientistas promissores na Rússia hoje - as portas de qualquer laboratório do mundo estão abertas para eles atualmente. E o RCC é uma das oportunidades de fazer uma carreira científica brilhante, além de receber um salário adequado, sem sair da Federação Russa. Atualmente, no laboratório de Mikhail Gorodetsky, estão em andamento pesquisas que, com um desenvolvimento favorável dos acontecimentos, podem mudar o mundo.
As microcavidades ópticas são a base de uma nova tecnologia que pode aumentar a densidade da transmissão de dados pelos canais de fibra óptica. E esta é apenas uma das possíveis aplicações das microcavidades. Nos últimos anos, um dos laboratórios da RCC aprendeu a produzir microrressonadores, que já estão sendo adquiridos no exterior. E cientistas russos que anteriormente trabalharam em universidades estrangeiras até mesmo retornam à Rússia para trabalhar neste laboratório.
Segundo a teoria, as microcavidades ópticas poderiam ser usadas em telecomunicações, onde ajudariam a aumentar a densidade de transmissão de dados pelo cabo de fibra óptica. Atualmente, os pacotes de dados já são transmitidos em uma faixa de cores diferente, mas se o receptor e o transmissor forem mais sensíveis, será possível ramificar uma linha de dados em ainda mais canais de frequência.
Mas esta não é a única área de aplicação. Além disso, usando microcavidades ópticas, pode-se não apenas medir a luz de planetas distantes, mas também determinar sua composição. Eles também podem possibilitar a criação de detectores em miniatura de bactérias, vírus ou certas substâncias - sensores químicos e biossensores. Mikhail Gorodetsky traçou um quadro tão futurista do mundo em que já são utilizados microrressonadores: “Com a ajuda de um dispositivo compacto baseado em microcavidades ópticas, será possível determinar a composição do ar exalado por uma pessoa, que carrega informações sobre o estado de quase todos os órgãos do corpo humano. Ou seja, a velocidade e a precisão dos diagnósticos em medicina podem simplesmente aumentar muitas vezes."
No entanto, até agora, essas são apenas teorias que ainda precisam ser testadas. Ainda há um longo caminho a percorrer para dispositivos prontos baseados neles. No entanto, de acordo com Mikhail Gorodetsky, seu laboratório, de acordo com o plano aprovado, deve descobrir exatamente como usar os microrressonadores na prática em alguns anos. Atualmente, as áreas mais promissoras são as telecomunicações, assim como as militares. Os microrressonadores também podem interessar aos militares russos. Por exemplo, eles podem ser usados no desenvolvimento e produção de radares, bem como geradores de sinais estáveis.
Até agora, a produção em massa de microcavidades não é necessária. Mas várias empresas no mundo já começaram a produzir aparelhos com eles, ou seja, conseguiram realmente comercializar seus empreendimentos. No entanto, ainda estamos falando apenas de máquinas de peças projetadas para resolver uma gama restrita de tarefas. Por exemplo, a empresa americana OEWaves (na qual trabalha atualmente um dos inventores dos microrressonadores, Vladimir Ilchenko), se dedica à produção de geradores de microondas superestáveis, além de excelentes lasers. O laser da empresa, que produz luz em uma faixa muito estreita (até 300 Hz) com ruído de fase e frequência muito baixos, já ganhou o prestigioso prêmio PRIZM. Esse prêmio é praticamente um Oscar na área de óptica aplicada, este prêmio é concedido anualmente.
Na área médica, o grupo sul-coreano de empresas Samsung, em conjunto com o russo Quantum Center, está empenhado em seus próprios desenvolvimentos nesta área. De acordo com o Kommersant, esses trabalhos em 2015 estavam em um estágio muito inicial, então é muito cedo e prematuro dizer algo sobre invenções que teriam aplicações aplicadas.
