Le professeur de l'Université d'Aston (Angleterre) Mikhail Sumetsky et l'ingénieur de recherche de l'Université ITMO (Université nationale de recherche des technologies de l'information, de la mécanique et de l'optique de Saint-Pétersbourg) Nikita Toropov ont créé une technologie pratique et peu coûteuse pour la production de microcavités optiques avec une précision record. Les microrésonateurs peuvent devenir la base de la création d'ordinateurs quantiques, a rapporté vendredi 22 juillet dernier le portail de vulgarisation scientifique "Cherdak" en référence au service de presse de l'ITMO.
La pertinence des travaux dans le domaine de la création d'ordinateurs quantiques tient aujourd'hui au fait qu'un certain nombre de problèmes très importants ne peuvent être résolus à l'aide d'ordinateurs classiques, y compris les supercalculateurs, dans un délai raisonnable. Nous parlons des problèmes de physique et de chimie quantiques, de cryptographie, de physique nucléaire. Les scientifiques prédisent que les ordinateurs quantiques deviendront une partie importante de l'environnement informatique distribué du futur. Construire un ordinateur quantique sous la forme d'un objet physique réel est l'un des problèmes fondamentaux de la physique au 21ème siècle.
Une étude menée par des scientifiques russes sur la production de microcavités optiques a été publiée dans la revue Optics Letters. « La technologie ne nécessite pas la présence d'installations sous vide, est presque totalement exempte de processus associés au traitement des solutions caustiques, tout en étant relativement peu coûteuse. Mais le plus important, c'est qu'il s'agit d'un pas de plus vers l'amélioration de la qualité de la transmission et du traitement des données, la création d'ordinateurs quantiques et d'instruments de mesure ultrasensibles », indique un communiqué de l'université ITMO.
Une microcavité optique est une sorte de piège à lumière sous la forme d'un très petit épaississement microscopique d'une fibre optique. Comme les photons ne peuvent pas être arrêtés, il est nécessaire d'arrêter leur flux afin de coder l'information. C'est exactement à cela que servent les chaînes de microcavités optiques. Grâce à l'effet « Whispering Gallery », le signal ralentit: entrant dans le résonateur, l'onde lumineuse se réfléchit sur ses parois et se tord. En même temps, en raison de la forme arrondie du résonateur, la lumière peut être réfléchie à l'intérieur pendant longtemps. Ainsi, les photons se déplacent d'un résonateur à un autre à une vitesse beaucoup plus faible.
Le chemin lumineux peut être ajusté en changeant la taille et la forme du résonateur. Compte tenu de la taille des microcavités, qui est inférieure au dixième de millimètre, l'évolution des paramètres d'un tel dispositif doit être extrêmement précise, car tout défaut à la surface de la microcavité peut introduire du chaos dans le flux photonique. « Si la lumière tourne longtemps, elle commence à interférer (à entrer en conflit) avec elle-même », souligne Mikhail Sumetsky. - Dans le cas où une erreur a été commise dans la fabrication des résonateurs, la confusion commence. De là, vous pouvez obtenir la principale exigence pour les résonateurs: la déviation minimale de la taille."
Les microrésonateurs, qui ont été fabriqués par des scientifiques de Russie et de Grande-Bretagne, sont fabriqués avec une précision si élevée que la différence de leurs dimensions ne dépasse pas 0,17 angström. Pour imaginer l'échelle, on constate que cette valeur est environ 3 fois inférieure au diamètre d'un atome d'hydrogène et immédiatement 100 fois inférieure à l'erreur permise dans la fabrication de tels résonateurs aujourd'hui. Mikhail Sumetsky a créé la méthode SNAP spécialement pour la production de résonateurs. Selon cette technologie, le laser recuit la fibre, éliminant les contraintes gelées dans celle-ci. Après exposition à un faisceau laser, la fibre "gonfle" légèrement et une microcavité est obtenue. Des chercheurs de Russie et d'Angleterre vont continuer à améliorer la technologie SNAP, ainsi qu'à élargir la gamme de ses applications possibles.
Les travaux sur les microcavités dans notre pays ne se sont pas arrêtés depuis plusieurs décennies. Dans le village de Skolkovo près de Moscou, dans la rue Novaya, une maison numéro 100 a été construite. C'est une maison aux murs de miroirs, qui dans leur bleu peuvent rivaliser avec le ciel. C'est le bâtiment de la Skolkovo School of Management. L'un des locataires de cette maison atypique est le Russian Quantum Center (RQC).
Les microcavités sont aujourd'hui un sujet assez actuel en optique quantique. Plusieurs groupes à travers le monde les étudient en permanence. Dans le même temps, initialement, des microcavités optiques ont été inventées dans notre pays à l'Université d'État de Moscou. Le premier article sur de tels résonateurs a été publié en 1989. Les auteurs de l'article sont trois physiciens: Vladimir Braginsky, Vladimir Ilchenko et Mikhail Gorodetsky. Dans le même temps, Gorodetsky était étudiant à cette époque, et son chef Ilchenko a ensuite déménagé aux États-Unis, où il a commencé à travailler dans le laboratoire de la NASA. En revanche, Mikhail Gorodetsky est resté à l'Université d'État de Moscou, consacrant de nombreuses années à l'étude de ce domaine. Il a rejoint l'équipe du RCC relativement récemment - en 2014, dans le RCC, son potentiel en tant que scientifique peut être révélé plus pleinement. Pour cela, le centre dispose de tout l'équipement nécessaire aux expériences, qui n'est tout simplement pas disponible à l'Université d'État de Moscou, ainsi que d'une équipe de spécialistes. Un autre argument que Gorodetsky a apporté en faveur du RCC était la capacité de payer des salaires décents aux employés.
Actuellement, l'équipe de Gorodetsky comprend plusieurs gars qui étaient auparavant engagés dans des activités scientifiques sous sa direction à l'Université d'État de Moscou. Dans le même temps, ce n'est un secret pour personne qu'il n'est pas facile de garder de jeunes scientifiques prometteurs en Russie aujourd'hui - les portes de tous les laboratoires du monde leur sont ouvertes ces jours-ci. Et le RCC est l'une des opportunités de faire une brillante carrière scientifique, ainsi que de recevoir un salaire adéquat, sans quitter la Fédération de Russie. Actuellement, dans le laboratoire de Mikhail Gorodetsky, des recherches sont en cours qui, avec une évolution favorable des événements, peuvent changer le monde.
Les microcavités optiques sont à la base d'une nouvelle technologie qui peut augmenter la densité de transmission de données sur les canaux à fibre optique. Et ce n'est là qu'une des applications possibles des microcavités. Au cours des dernières années, l'un des laboratoires du RCC a appris à fabriquer des microrésonateurs, qui sont déjà achetés à l'étranger. Et les scientifiques russes qui travaillaient auparavant dans des universités étrangères retournent même en Russie pour travailler dans ce laboratoire.
Selon la théorie, les microcavités optiques pourraient être utilisées dans les télécommunications, où elles contribueraient à augmenter la densité de transmission de données sur un câble à fibre optique. Actuellement, les paquets de données sont déjà transmis dans une gamme de couleurs différente, mais si le récepteur et l'émetteur sont plus sensibles, il sera possible de brancher une ligne de données sur encore plus de canaux de fréquence.
Mais ce n'est pas le seul domaine de leur application. De plus, à l'aide de microcavités optiques, on peut non seulement mesurer la lumière des planètes lointaines, mais aussi déterminer leur composition. Ils peuvent également permettre de créer des détecteurs miniatures de bactéries, de virus ou de certaines substances - capteurs chimiques et biocapteurs. Mikhail Gorodetsky a décrit une telle image futuriste du monde dans lequel les microrésonateurs sont déjà utilisés: « À l'aide d'un appareil compact basé sur des microcavités optiques, il sera possible de déterminer la composition de l'air expiré par une personne, qui contient des état de presque tous les organes du corps humain. C'est-à-dire que la vitesse et la précision des diagnostics en médecine peuvent simplement augmenter plusieurs fois."
Cependant, jusqu'à présent, ce ne sont que des théories qui doivent encore être testées. Il y a encore un long chemin à parcourir pour des appareils prêts à l'emploi basés sur eux. Cependant, selon Mikhail Gorodetsky, son laboratoire, selon le plan approuvé, devrait déterminer exactement comment utiliser les microrésonateurs dans la pratique dans quelques années. Actuellement, les domaines les plus prometteurs sont les télécommunications, ainsi que l'armée. Les microrésonateurs peuvent en effet également intéresser l'armée russe. Par exemple, ils peuvent être utilisés dans le développement et la production de radars, ainsi que de générateurs de signaux stables.
Jusqu'à présent, la production en série de microcavités n'est pas nécessaire. Mais un certain nombre d'entreprises dans le monde ont déjà commencé à produire des appareils les utilisant, c'est-à-dire qu'elles ont vraiment pu commercialiser leurs développements. Cependant, nous ne parlons toujours que de machines à la pièce conçues pour résoudre une gamme étroite de tâches. Par exemple, la société américaine OEWaves (dans laquelle travaille actuellement l'un des inventeurs de microrésonateurs, Vladimir Ilchenko), est engagée dans la production de générateurs de micro-ondes superstables, ainsi que d'excellents lasers. Le laser de l'entreprise, qui produit de la lumière dans une plage très étroite (jusqu'à 300 Hz) avec un bruit de phase et de fréquence très faible, a déjà remporté le prestigieux prix PRIZM. Un tel prix est pratiquement un Oscar dans le domaine de l'optique appliquée, ce prix est décerné chaque année.
Dans le domaine médical, le groupe d'entreprises sud-coréen Samsung, en collaboration avec le Quantum Center russe, est engagé dans ses propres développements dans ce domaine. Selon Kommersant, ces travaux en 2015 n'en étaient qu'au stade initial, il est donc trop tôt et prématuré de dire quelque chose sur les inventions qui auraient appliqué des applications.
