Челябинские ученые придумали, как фотон поможет в создании квантового компьютера
3 февраля 2020
Они предлагают использовать необычные эффекты света для создания электроники будущего.
Кандидат физико-математических наук Дмитрий Кузьмин получил грант Российского фонда фундаментальных исследований на изучение свойств света в так называемых магнитоплазмонных метаповерхностях. На исследование физиков РФФИ направит 4 млн рублей в течение двух лет.
По мнению ученых, создание квантового компьютера, способного мгновенно делать сложнейшие вычисления и передавать информацию быстрее скорости света – вовсе не фантастика, а задача ближайших десятилетий. Решение проблемы подсказали исследования новых необычных физических эффектов в таких материалах. Их изучение, считают физики, может послужить в разработке принципиально новых элементов для компьютеров и квантовых коммуникаций.
Как пояснили авторы проекта, квантовые коммуникации - самый надежный, защищенный от «взлома» метод передачи информации, а его развитие отражено в нацпроекте «Цифровая экономика». При таком способе передаче информации используются микрочастицы света – фотоны, состояние которых невозможно измерить, а значит, и «считать» информацию.
Чтобы использовать уникальные свойства света для создания сверхмощных и миниатюрных компьютеров будущего, ученые научились как бы «сжимать» поток света. Как оказалось, на это способны плазмон-поляритоны, световые квазичастицы на поверхности материала, имеющие намного меньшую длину волны. Другими словами, плазмоны — это колебания электронов, способные преобразовать обычный свет в сигнал с меньшей длиной волны, а плазмоника — передача с его с помощью информации.
«Это явление можно представить себе так: два одинаковых фотона летят, сталкиваются с материалом, и превращаются в один новый, - объясняет суть исследований доцент кафедры радиофизики и электроники ЧелГУ Дмитрий Кузьмин. - Энергия и импульс у такого фотона – в два раза больше. Это явление относится к разряду совершенно невозможных, казалось бы, эффектов. В нашей работе мы будем смотреть, как они будут проявляться в разных материалах».
Как пояснил один из авторов проекта, заведующий кафедрой радиофизики и электроники, доктор физико-математических наук, профессор Игорь Бычков, для фотонных превращений света лучше всего подходят особые наноструктуры - своего рода двухмерные аналоги традиционных трехмерных материалов. Они обладают парадоксальным эффектом отрицательного преломления: луч проходит через них в обратном направлении. Если обычный свет распространяется во всех направлениях, то в таких плоских метаповерхностях — в заданном. Это свойство уже начинают применять для создания спазеров — аналогов лазеров из двухмерных материалов.
Ученые разработали математическую модель этих сложнейших процессов. А теперь работают над прогнозированием таких структур - как их построить, из каких материалов, какую геометрию выбрать. И как в таких материалах при помощи магнитного поля «фотонный процесс» можно было бы сильнее всего изменить. По мнению исследователей, это путь не только к перспективным квантовым коммуникациям, но и к созданию принципиально новых устройств логических элементов и компьютеров будущего.
По мнению ученых, создание квантового компьютера, способного мгновенно делать сложнейшие вычисления и передавать информацию быстрее скорости света – вовсе не фантастика, а задача ближайших десятилетий. Решение проблемы подсказали исследования новых необычных физических эффектов в таких материалах. Их изучение, считают физики, может послужить в разработке принципиально новых элементов для компьютеров и квантовых коммуникаций.
Как пояснили авторы проекта, квантовые коммуникации - самый надежный, защищенный от «взлома» метод передачи информации, а его развитие отражено в нацпроекте «Цифровая экономика». При таком способе передаче информации используются микрочастицы света – фотоны, состояние которых невозможно измерить, а значит, и «считать» информацию.
Чтобы использовать уникальные свойства света для создания сверхмощных и миниатюрных компьютеров будущего, ученые научились как бы «сжимать» поток света. Как оказалось, на это способны плазмон-поляритоны, световые квазичастицы на поверхности материала, имеющие намного меньшую длину волны. Другими словами, плазмоны — это колебания электронов, способные преобразовать обычный свет в сигнал с меньшей длиной волны, а плазмоника — передача с его с помощью информации.
«Это явление можно представить себе так: два одинаковых фотона летят, сталкиваются с материалом, и превращаются в один новый, - объясняет суть исследований доцент кафедры радиофизики и электроники ЧелГУ Дмитрий Кузьмин. - Энергия и импульс у такого фотона – в два раза больше. Это явление относится к разряду совершенно невозможных, казалось бы, эффектов. В нашей работе мы будем смотреть, как они будут проявляться в разных материалах».
Как пояснил один из авторов проекта, заведующий кафедрой радиофизики и электроники, доктор физико-математических наук, профессор Игорь Бычков, для фотонных превращений света лучше всего подходят особые наноструктуры - своего рода двухмерные аналоги традиционных трехмерных материалов. Они обладают парадоксальным эффектом отрицательного преломления: луч проходит через них в обратном направлении. Если обычный свет распространяется во всех направлениях, то в таких плоских метаповерхностях — в заданном. Это свойство уже начинают применять для создания спазеров — аналогов лазеров из двухмерных материалов.
Ученые разработали математическую модель этих сложнейших процессов. А теперь работают над прогнозированием таких структур - как их построить, из каких материалов, какую геометрию выбрать. И как в таких материалах при помощи магнитного поля «фотонный процесс» можно было бы сильнее всего изменить. По мнению исследователей, это путь не только к перспективным квантовым коммуникациям, но и к созданию принципиально новых устройств логических элементов и компьютеров будущего.
Поделиться
