Лазеры для квантовых компьютеров стали в 10000 раз меньше
Исследователи Стэнфордского университета разработали мощные титан-сапфировые лазеры настолько миниатюрные, что сотни или даже тысячи этих устройств можно разместить на на одном чипе. Одно из приложений этих «маленьких гигантов», которое видят их разработчики — кубиты квантовых компьютеров. О своей разработке ученые рассказали в журнале Nature.
Экспериментальный титан-сапфировый лазер основан на двух процессах. Сначала сапфир разрезается на тончайшие слои в несколько сотен нанометров. Затем создается закрученный вихрь из миниатюрных выступов, которые улавливают зеленый лазерный луч. С каждым оборотом внутри этого вихря интенсивность лазера увеличивается.
«Одной из самых сложных задач было производство сапфировой платформы», — говорит соавтор исследования Джошуа Янг. «Сапфир — очень прочный материал. И когда вы его шлифуете, часто он или сам трескается или повреждает прибор для шлифования».
Однако после того, как эта проблема была решена, Янг описал процесс как «плавное плавание».
Лазер для многих диапазонов
Одна из причин, по которой команда так оптимистична, заключается в том, что ее лазеры можно настраивать на разные длины волн; в частности, от 700 до 1000 нанометров, или от красного до инфракрасного.
Это имеет решающее значение для исследователей атомных структур, говорит Янг, и приводит, как пример твердотельные кубиты: «Этим атомным системам требуются разные энергии для перехода из одного состояния в другое. Если вы покупаете лазер для одной полосы пропускания, а вам требуется еще переход за пределами этой полосы пропускания, вам придется купить еще один лазер. В нашем случае этого не потребуется».
Приложения и возможности
«Первая возможность, которую мы действительно видим, — это рынок академических исследований», — говорит Янг. «Как исследователи, мы знаем эту потребность в лазерах. И мы знаем, что то, что мы можем предоставить, намного лучше того, что сейчас есть на рынке».
Миниатюрные лазеры можно использовать в квантовых компьютерах, что поможет сделать их намного меньше. Они также могут произвести революцию в области оптогенетики, говорит Ян, где ученые управляют нейронами с помощью света, направляемого внутрь мозга. В настоящее время для этого используется достаточно толстое оптическое волокно. Наконец, миниатюрные титан-сапфировые лазеры можно использовать в лазерной хирургии.
Янг говорит: «Потенциальные возможности применения этих миниатюрных лазеров огромны, и кто знает, где мы будем через пять лет?»