Поделиться
Физики СПбГУ создали микрорезонатор с рекордной для Европы эффективностью
Сотрудники Научного парка Санкт-Петербургского государственного университета совместно с учеными лаборатории оптики спина имени И. Н. Уральцева создали микрорезонатор с тонкими слоями арсенида галлия и арсенида алюминия, благодаря чему получили рекордный для Российской Федерации и Европы показатель добротности 54 тыс. Микрорезонаторы сохраняют световую энергию, что критически важно для квантовых вычислений. Об этом CNews сообщили представители СПбГУ.
Последние два десятилетия ознаменовались колоссальным прогрессом в области поляритоники — междисциплинарной области физики, изучающей режим сильной связи света и вещества, который характеризуется образованием поляритонов. Это частицы, сочетающие свойства света (фотонов) и материи (экситонов) и обладающие уникальными квантовыми эффектами, что открывает новые возможности для практического применения.
Поляритоны могут формировать конденсаты и сверхтекучую жидкость даже при высоких температурах, что полезно для создания оптических микросхем, логических устройств и систем связи. Кроме того, их способность усиливать излучение позволяет разрабатывать эффективные источники когерентного света с низким энергопотреблением.
Сегодня спрос на оптические технологии обработки данных растет, поэтому ученые активно занимаются поиском материалов с высокой оптической нелинейностью, чтобы снизить мощность, необходимую для вычислений и передачи информации. Наиболее подходящими для этого считаются полупроводниковые наноструктуры с сильной резонансной восприимчивостью.
Сотрудники ресурсного центра «Наноконструирование фотоактивных материалов» Научного парка СПбГУ создали уникальную полупроводниковую структуру, вырастив тонкие слои кристалла GaAs (галлий-мышьяк), которые поместили в специальное зеркальное устройство — микрорезонатор. Этот резонатор состоит из 30 и 35 пар отражающих слоев AlAs/GaAs.
Главным достижением ученых СПбГУ стала рекордно высокая добротность созданного микрорезонатора — 54 тыс. На данный момент это лучший показатель, которого удалось достичь не только в России, но и в Европе. Добротность — это показатель, который демонстрирует, насколько эффективно система сохраняет световую энергию. Чем она выше, тем дольше фотоны остаются «в ловушке», что критически важно для квантовых вычислений. Высокое качество выращенной структуры позволило исследователям Санкт-Петербургского университета продемонстрировать особый тип лазера — поляритонный, который имеет низкий порог лазерной генерации.
На основе подобной структуры, но с меньшим значением добротности, ученым СПбГУ уже удалось получить 25 квантовых битов (кубитов), созданных в оптических ловушках. Кубиты, в свою очередь, используются в квантовых компьютерах, способных решать задачи, недоступные даже самым мощным современным суперкомпьютерам. Однако спектр применения разработки не ограничивается компьютерами нового поколения.
Как отметил руководитель лаборатории оптики спина имени И. Н. Уральцева СПбГУ Алексей Кавокин, энергоэффективные поляритонные лазеры могут революционизировать системы передачи данных.
«Поляритонные лазеры еще не вышли из лабораторных стен, но уже очень скоро мы увидим их в действии. Одна из наиболее многообещающих областей их применения — сверхбыстрые аналоговые и квантовые вычисления. Наша лаборатория завершает работу над первым в мире поляритонным квантовым процессором. Его базовые компоненты — поляритонные кубиты — будут тратить на осуществление логической операции в миллионы раз меньше времени, чем сверхпроводящие кубиты, которые разрабатывают компаниях IBM и Google», — сказал руководитель лаборатории оптики спина имени И. Н. Уральцева СПбГУ, научный директор группы квантовой поляритоники РКЦ, директор Международного центра теоретической физики имени А. А. Абрикосова при МФТ Алексей Кавокин.
В СПбГУ исследованиями поляритонов занимаются ученые лаборатории оптики спина имени И. Н. Уральцева, которая была создана в рамках мегагранта Правительства Российской Федерации в 2011 г. В настоящее время в составе коллектива более 40 сотрудников, большинство из которых являются молодыми учеными, включая 8 кандидатов наук (PhD СПбГУ). Недавно ученые разработали поляритонные нейроны для ультрабыстрых нейроморфных систем, способных распознавать рукописные цифры и голосовые команды эффективнее аналогов. Лабораторией руководит Алексей Кавокин, который входит в число 2% самых цитируемых ученых мира, является лауреатом множества международных премий. Ученые занимаются одним из важнейших направлений в Университете, что было отражено в документальном фильме «Первый университет».
Короткая ссылка
