Ученые ИТМО разработали теоретическую модель для визуализации динамических сверхбыстрых процессов в излучении света частицами — и предсказали новые квантовые явления. Все существующие методы позволяют описывать эти явления лишь в статике, что значительно ограничивает возможности исследователей и упрощает наши представления о мире. Разработанная модель поможет узнать больше о природе атома, повысить эффективность экспериментов в ускорителях и создать более точные устройства для космической отрасли и биомедицины. Результаты работы были опубликованы в Communications Physics.
Одна из главных проблем современной физики — преодоление ограничений принципа квантовой неопределенности. Принцип гласит, что частицы, у которых есть импульс и энергия, делокализованы в пространстве — разбросаны по всей вселенной и существуют вечно. У частиц же в конкретной точке пространства и времени невозможно определить величину импульса и энергии. Поэтому для изучения процессов с частицами, таких как излучение, рассеяние или распад, физики «наделяют» их определенными энергиями и импульсом. Однако в рамках такого подхода нельзя рассматривать эти явления в динамике и проводить эксперименты, когда регистрирующая аппаратура находится близко к области наблюдаемого процесса.
Ученые ИТМО предложили метод, который позволяет преодолеть эти ограничения. Они разработали модель для описания процессов с частицами на базе концепции формализма фазового пространства в квантовой теории поля. При таком подходе предполагается, что частица обладает определенными средними импульсом и энергией и находится в определенной точке пространства и времени в среднем. Так удается анализировать излученную заряженной частицей энергию в реальных пространстве и времени, предсказывать и визуализировать посредством математических моделей более точную картину развития этого процесса.
В основе разработанной модели — многоступенчатые математические расчеты, в том числе работа с квантовой функцией Вигнера. Эффективность метода ученые продемонстрировали на примере анализа излучения Вавилова-Черенкова — свечения заряженной частицы в прозрачной среде, когда она развивает скорость выше скорости света. Физики также предсказали несколько новых квантовых явлений. Исследователи определили конечное время и расстояние формирования фотона излучения Вавилова-Черенкова, конечное время длительности вспышки излучения и квантовый сдвиг времени прихода фотона в детектор, отличный от предсказанного классической теорией. При этом ученые отметили, что фотон может прийти в детектор как позже предсказанного классической — неквантовой — теорией времени, так и раньше.
«Предсказанные нами временные эффекты лежат в области аттосекунд — одна миллиардная доля от одной миллиардной секунды — и это характерные интервалы для процессов атомной физики. Если проводить аналогию, секунда грубо настолько же больше аттосекунды, насколько возраст нашей Вселенной больше секунды. Подобные процессы лишь недавно стали доступны для изучения с появлением продвинутых методов лазерной физики. Излучение Вавилова-Черенкова привлекло внимание ученых еще в 1930 годы, но квантовая динамика формирования процесса в реальных пространстве и времени так и ни теоретически, ни экспериментально не была изучена. Хотя на протяжении почти 90 лет это явление активно применяют в разных сферах: от физики космических лучей, физики ускорителей и детекторов до биомедицинской диагностики. Наша модель впервые позволила провести такой анализ», — отмечает один из авторов исследования, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Нового физтеха ИТМО Дмитрий Карловец.
Разработанная модель позволит узнать больше о природе взаимодействия атомов и частиц, таких как электроны, нейтроны и протоны, и о динамике происходящих с ними процессов в веществе. В перспективе это поможет в развитии приложений излучения Вавилова-Черенкова, включая разработку новых материалов и более точных и мощных электронных устройств, биомедицинского оборудования и космических технологий. Кроме того, благодаря этому подходу можно повысить эффективность экспериментов в физике высоких энергий, сделать их более стабильными и точными, заранее предсказав поведение частицы в ускорителе.
Пока ученые применили модель для описания частного случая — излучения Вавилова-Черенкова. Однако разработанный ими метод универсален и может быть использован для визуализации любых динамических процессов с частицами. В планах физиков — продемонстрировать это и изучить с помощью нового подхода другие квантовые явления.
Типичные секции линейных ускорителей электронов или протонов, где генерируют излучение Вавилова-Черенкова. Фото предоставлено учеными
Исследование проводили при грантовой поддержке РНФ — проект № 23-62-10026.
Источник: https://news.itmo.ru/

В лазерном ускорении ионов используются интенсивные лазерные вспышки, которые нагревают электроны твердого тела до огромных температур и разгоняют их до экстремальных скоростей. Сегодня они применяются в медицинских аппаратах для уничтожения раковых клеток, в обработке полупроводниковых материалов и в визуализации. Однако для облучения твердых тел необходимы массивные и мощные лазерные системы. Индийские ученые нашли способ использовать во благо недостатки лазерных импульсов. Они разработали метод генерации протонов с энергией в несколько МэВ импульсами со слабой интенсивностью.
Для разогрева и разгона электронов в твердых телах необходимы мощные системы интенсивного лазерного ускорения ионов. Такие лазеры обычно могут генерировать несколько вспышек в секунду, не более, иначе возникает перегрев и повреждение лазерных компонентов. Поэтому лазерные ускорители ионов используются только в крупных экспериментальных установках, что ограничивает их применение на практике. В университетских лабораториях можно встретить небольшие, но намного менее производительные лазеры, пишет EurekAlert.
Ученые из Института фундаментальных исследований Хайдерабада преодолели этот разрыв между размером и мощностью, разработав лазеры в несколько миллиджоулей, способные генерировать мегавольтные протоны импульсами с частотой в тысячу раз в секунду. Для этого они поставили себе на службу хорошо известные недостатки схем лазерного ускорения ионов — так называемые преимпульсы. Это небольшие всплески лазерной энергии, предшествующие интенсивному лазерному импульсу. Они возникают в лазерных системах из-за различных дефектов.
Процесс ускорения ионов основан на предпосылке, что один интенсивный лазерный импульс нагревает цель. Однако предварительные импульсы преждевременно изменяют поверхность твердого тела, часто даже разрушая тонкие элементы, присутствующие на них. Для подавления преимпульсов часто используют дополнительное оборудование, которое увеличивает сложность и ограничивает масштабируемость всей системы.
Вместо того чтобы удалять преимпульс, ученые придумали, как поставить себе на службу его особенности.
Эксперимент показал, что преимпульс формирует полую полость в жидкой микроскопической капле, создавая плазму низкой плотности. На такой плодородной почве лазерные импульсы возбуждают пару гигантских волн в плазме. Эти волны имеют тенденцию быстро разрушаться по мере перемещения, высвобождая всплески электронов. Электроны в конечном итоге отвечают за эффективное ускорение протонов до сотен киловольт. Работая со скоростью тысячи раз в секунду и используя лазерные импульсы с энергией миллиджоулей, такой подход обеспечивает эффективное ускорение ионов.
Новый метод, не требующий экстремальной интенсивности лазера или подавления преимпульсов, открывает путь к появлению в университетских лабораториях настольных высокочастотных лазерных ускорителей ионов.
Физики из США впервые показали, как тепло перемещается — или, скорее, не перемещается — между веществами в состоянии плазмы с высокой плотностью энергии. Результаты исследования позволят разработать новые эксперименты по управляемому термоядерному синтезу с использованием лазеров.
Источник: https://hightech.plus/

Ученые Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» в Санкт-Петербурге разработали микролазеры диаметром 5–8 микрометров. Они работают при комнатной температуре, не требуют охлаждения и могут встраиваться в микросхемы. В создании микролазеров участвовали также специалисты из Научно-технологического центра микроэлектроники и субмикронных гетероструктур РАН, Института физики им. Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси и Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН. Исследование опубликовано в «Письмах в Журнал технической физики».
«Микролазеры очень компактные, а потому имеют большие перспективы применения в самых разных устройствах. Это и фотонные чипы для передачи информации, и высокочувствительные сенсоры для обнаружения каких-нибудь газов, и устройства типа “лаборатория на чипе”, когда на маленьком чипе можно разместить функционал целой лаборатории, например, для регулярного анализа крови при помощи микропроб», — рассказывает старший научный сотрудник Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге Эдуард Ильмирович Моисеев.
Разработка микролазеров размером 5—8 микрометров, что сопоставимо с диаметром эритроцита — задача непростая, требует сложных расчетов и высокой точности производства. В отличие от простых источников света, лазеры усиливают излучение внутри резонатора — структуры, в которой свет многократно отражается и усиливается. И чем компактнее лазер, тем сложнее удержать свет внутри него так, чтобы он многократно отражался, усиливался и не терял энергию, что важно для его работы.
«Излучение очень сложно удержать в таком маленьком объеме как микролазер, и для этого мы применили ряд решений. Одно из них — это эффект шепчущей галереи. Суть его такова: с давних времен люди заметили, что в соборах или храмах слова, негромко сказанные у одной стены, отчетливо слышны у стены в другом конце здания. То есть акустические колебания распространяются с малыми потерями по определенным траекториям — вдоль вогнутых стен здания. В случае с оптикой данный эффект позволяет свету многократно отражаться внутри микролазера, благодаря чему потери минимизируются», — объясняет Э.И. Моисеев.
Для зарождения света в микролазерах используют кристаллы, причем они должны быть очень высокого качества. Иначе микроскопические дефекты могут снизить эффективность генерации света. Исследователи использовали слоистую кристаллическую структуру из соединений индия, галлия, азота и алюминия, выращенную на кремниевой подложке.
«Когда мы говорим «кристалл», мы подразумеваем материал с упорядоченным расположением атомов в пространстве с минимальным количеством дефектов. Нам же нужно было создать кристаллическую структуру из большого количества слоев различных соединений. Для этого использовался метод газофазной эпитаксии, который позволил создать условия, при которых каждый атом располагался в заданном месте кристаллической решетки», — поясняет Э.И. Моисеев.
Кроме того ученые добавили ступенчатый буферный слой для компенсации механического напряжения между кремнием и слоями. Он также снижает утечки излучения в подложку, которые все равно происходят и могут повлиять на работу прибора. Стоит отметить, что данный микролазер функционирует при комнатной температуре и не нуждается в системах охлаждения.
В настоящее время ученые продолжают исследования с целью создать микролазер с рекордными характеристиками.
«Мы привыкли работать в системе материалов таких, как алюминий, галлий, мышьяк, индий. То есть, это излучение в инфракрасном диапазоне от 1000 до 1300 нанометров. Теперь мы хотим освоить и коротковолновую область спектра, когда длина волны микролазера будет 360 нанометров, а потом и 260 нанометров. И над этим мы сейчас активно работаем», — рассказал Э.И. Моисеев.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ.

Информация взята с портала «Научная Россия» https://scientificrussia.ru/

Исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции (Chalmers University of Technology) разработали усилитель лазерного луча, который по обычным оптическим линиям связи способен передать в 10 раз больше данных, чем современные передатчики. Решение представляет собой каскад волноводов спиральной формы, а весь процесс усиления сводится к базовым свойствам нелинейной оптики.
Скорость фотонов ограничена скоростью света в среде, и отправить их быстрее для увеличения скорости передачи данных — это бросить вызов нашей Вселенной. Природу можно обмануть расширением полосы передачи, но за годы использования оптики, казалось бы, инженеры выжали из неё всё.
Учёные из Швеции разработали инженерное решение, способное в масштабах чипа увеличить полосу пропускания от стандартного лазерного источника света с 30 нм до 300 нм. Для этого они воспользовались так называемым четырёхволновым смешивание (Four-Wave Mixing, FWM). Это нелинейный оптический процесс, при котором четыре электромагнитные волны с различными частотами взаимодействуют в среде с сильной нелинейностью: в оптических волокнах, кристаллах или других нелинейных средах. Этот процесс приводит к генерации новых волн с частотами, которые являются комбинациями частот исходных волн.
За счёт образования фотонов с новыми длинами волн ширина полосы пропускания увеличивается. Это всё было хорошо известно до появления новой разработки. Исследователи из Швеции смогли миниатюризировать схему, воссоздав её на нитриде кремния. Схема представляет собой каскад волноводов спиральной формы. Спирали дают возможность увеличить путь фотонов на предельно малой площади, что необходимо для завершения всех необходимых преобразований для появления фотонов с расширенным спектром длин волн. Тем самым можно значительно увеличить число каналов усиления на небольшом участке чипа.
В своём исследовании учёные показали работу усилителя в диапазоне длин волн от 1400 до 1700 нм — коротковолновый инфракрасный диапазон. Следующим этапом исследования станет проверка работы в других диапазонах длин волн, таких как видимый свет (от 400 до 700 нм) и более широкий диапазон инфракрасного света (от 2000 до 4000 нм).
Согласно заявлению, новый усилитель имеет множество потенциальных областей применения, включая медицинскую визуализацию, голографию, спектроскопию и микроскопию. Миниатюризация технологии может также сделать лазеры для световых приложений более компактными и доступными по цене.
«Небольшие изменения в конструкции позволят усиливать также видимый и инфракрасный свет, — поясняют разработчики. — Это означает, что усилитель можно будет использовать в лазерных системах для медицинской диагностики, анализа и лечения. Большая полоса пропускания позволяет проводить более точный анализ и визуализацию тканей и органов, что способствует более раннему выявлению заболеваний».
Источник:
https://3dnews.ru/

Сотрудники лаборатории фотоники и органической электроники Центра биофотоники Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН разработали метод создания новых прозрачных УФ-отверждаемых материалов на основе эпокси-акрилатных композиций с добавками наночастиц SiO2. Эти добавки позволяют регулировать физические свойства материалов, не изменяя их структуру и способ синтеза.
Разработанные материалы применены в качестве прозрачного (в диапазоне 400—800 нм) фоторезиста с субмикронным разрешением (~1 мкм) и пониженной температурой дубления. Подобные системы играют ключевую роль в создании высокоэффективных фотоконверсионных плёнок на основе квантовых точек и люминофоров, используемых в OLED-дисплеях нового поколения.
Разработан подход к синтезу гибридных материалов на основе эпокси-акрилатных (ЕА) составов и наночастиц диоксида кремния (SiO2). В качестве основы синтеза ЕА выбран нетоксичный и наиболее экономичный компонент отечественных промышленных эпоксидных смол, производимых тоннажным химическим синтезом.
Полученные материалы обладают высокой прозрачностью в видимом диапазоне (выше 98 %), узкой полосой УФ-отверждения (350–390 нм). Модификация ЕА наночастицами диоксида кремния (размером 10–30 нм и с оптическим поглощением меньше 4% в видимом диапазоне) в качестве функциональной добавки позволила регулировать динамическую вязкость в диапазоне от нескольких мПа۰с до 10 Па۰с и показатель преломления от 1,43 до 1,55. Такой подход позволяет получать тонкоплёночные покрытия (на рисунке сверху) с заранее заданными свойствами (толщиной, оптическим пропусканием) и упрощает внедрение в существующие отечественные производства микроэлектроники, в которых используются преимущественно зарубежные материалы.
Эпокси-акрилатные составы были исследованы в качестве прозрачного фоторезиста. Установлено, что EA обладают разрешением ~1 мкм (на рисунке внизу) и низкой температурой дубления фоторезиста при 100 °С, а также термостойкостью до 200 °С. Данные характеристики принципиально важны в производственных процессах современных OLED микродисплеев и устройств фотовольтаики на основе перовскитных соединений.
«Разработанные эпокси-акрилатные составы решают проблему отсутствия отечественных прозрачных покрытий для оптоэлектронных устройств. Гибридные материалы с добавлением SiO2 обладают потенциалом для применения в качестве герметизирующих слоёв для влагочувствительных компонентов, а технология их синтеза легко масштабируется для промышленного внедрения и соответствует экологическим стандартам», — отметил руководитель исследования, заведующий Лабораторией фотоники и органической электроники Центра биофотоники ИОФ РАН доктор физико-математических наук Денис Чаусов.
Внедрение этих материалов в производство российской микроэлектроники ускорит переход к самостоятельному производству критически важных компонентов и усилит конкурентоспособность на рынке.
Работа опубликована в журнале Progress in Organic Coatings.
Источник: https://www.gpi.ru/

Исследователи Дунцин Лин и Магнус Йонссон изучают образец с помощью сканирующего электронного микроскопа в Университете Линчёпинга.
Тщательно разместив наноструктуры на плоской поверхности, исследователи из Университета Линчепинга (Швеция) значительно улучшили характеристики оптических метаповерхностей из проводящего пластика. Это важный шаг в развитии управляемой плоской оптики, которая в будущем найдет применение в виде видеоголограмм, материалов-невидимок, сенсоров, а также в биомедицинской визуализации. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Для управления светом сегодня используются изогнутые линзы, которые часто изготавливают из вогнутого или выпуклого стекла, что по-разному преломляет свет. Такие линзы можно найти во всем — от высокотехнологичного оборудования, такого как космические телескопы и радарные системы, до повседневных предметов, включая объективы фотоаппаратов и очков. Но стеклянные линзы занимают много места, и их трудно сделать меньше без ущерба для функциональности.
Однако с помощью плоских линз можно сделать очень маленькую оптику и найти новые области применения. Известные как металлические линзы, они являются примерами оптических метаповерхностей, которые представляют собой быстро развивающуюся область исследований с большим потенциалом, хотя в настоящее время технология имеет свои ограничения.
«Метаповерхности работают так, что наноструктуры располагаются в виде узоров на плоской поверхности и становятся приемниками света. Каждый приемник, или антенна, улавливает свет определенным образом, и вместе эти наноструктуры позволяют управлять светом по своему усмотрению», — говорит Магнус Йонссон, профессор прикладной физики из Университета Линчепинга.
Сегодня существуют оптические метаповерхности, изготовленные, например, из золота или диоксида титана. Но главная проблема заключается в том, что функции метаповерхностей нельзя регулировать после изготовления. Как исследователи, так и промышленники требовали возможности включать и выключать метаповерхности или динамически изменять фокусное расстояние металлической линзы.
В 2019 году исследовательская группа Магнуса Йонссона выяснила, что проводящий пластик (проводящие полимеры) может решить эту проблему. Ученые показали, что пластик может оптически функционировать как металл и, таким образом, использоваться в качестве материала для антенн, создающих метаповерхность. Благодаря способности полимеров окисляться и восстанавливаться, наноантенны можно было включать и выключать. Однако эффективность метаповерхностей, созданных из проводящих полимеров, была ограничена и не сравнима с метаповерхностями, созданными из традиционных материалов.
Теперь той же исследовательской группе удалось повысить производительность в 10 раз. Если точно контролировать расстояние между антеннами, они смогут помогать друг другу благодаря резонансу, усиливающему взаимодействие света, который называется коллективным решеточным резонансом. «Мы показали, что метаповерхности из проводящих полимеров могут обеспечить достаточно высокую производительность, чтобы быть актуальными для практического применения», — говорит Дунцин Линь, главный автор исследования.
На данный момент ученым удалось изготовить управляемые антенны из проводящих полимеров для инфракрасного, но не для видимого света. Следующим шагом станет разработка материала, который будет функционировать и в видимом световом спектре.
Источник: https://scientificrussia.ru/

Российские ученые разработали технологию создания логических элементов вычислителей на новых физических принципах с точностью до 0,2 ангстрема (0,02 нм). Методика открывает дорогу к дальнейшей миниатюризации вычислительных элементов и созданию суперкомпьютеров нового поколения. В частности, в России смогут серийно изготавливать квантовые процессоры с тысячами кубитов — сверхпроводниковых искусственных атомов — с точно заданными параметрами.

Ультраточные процессоры на «на новой физике»

Российские ученые из центра «Шухов.Нано» (совместный центр МГТУ им. Баумана и ВНИИА имени Н.Л. Духова на базе кластера Квантум Парк) разработали технологию для создания процессоров нового поколения. Она базируется на инновационном методе формирования логических элементов с точностью до 0,2 ангстрема (0,02 нм).

Описание разработки опубликовано в Science Advances («Научные достижения») — одном из самых авторитетных в мире академических журналов. Технологию запатентовали в России, и в настоящий момент ведется ее патентование в других странах.

Как объяснили исследователи, внедрение методики позволит совершить прорыв в создании средств обработки информации и заложить технологическую базу для серийного производства вычислительных устройств нового поколения. В частности, в России и мире смогут массово производить тысячекубитные квантовые компьютеры на сверхпроводниковой платформе.
— Ведущие современные процессоры вмещают десятки и даже сотни миллиардов транзисторов (наноразмерных электронных переключателей) на одном кремниевом чипе. При этом «сжать» транзисторы до размеров атома, что в разы увеличит их количество, — рубеж, к которому стремятся многие разработчики, — рассказал «Известиям» один из создателей технологии, руководитель кластера «Квантум Парк» МГТУ им. Н.Э. Баумана Илья Родионов.
По его словам, две десятых ангстрема — это величина в пять раз меньше атома водорода. На таком масштабе работают не классические микроэлектронные устройства, а процессоры, использующие квантовые эффекты. В настоящее время в ангстремную эру вступают лишь избранные. Так, в 2025 году Intel представил свою технологию, которая предполагает точность 18 Å (ангстрем). В то же время Samsung создает техпроцесс на 12 Å, а TSMC — на 20 Å.

Как объяснил ученый, в основе современных микроэлектронных устройств находятся многослойные наноструктуры. Они состоят из атомарно тонких слоев металлов, оксидов металлов и полупроводников. Толщина такого «сэндвича» — в десятки тысяч раз тоньше человеческого волоса.
Суть новой технологии заключается в том, что ученые научились воздействовать на эти слои единичными ионами гелия или неона. В результате в кристаллической решетке металла образуются подвижные дефекты. Они перемещаются к границе между металлом и оксидом и вытягивают атомы кислорода. Из-за этого слой оксида становится чуть толще. Причем соседние структуры не повреждаются.

— Технология позволяет контролируемо и с точностью до «доли атома» (±0,2 ангстрема) управлять эффективной толщиной диэлектрического слоя. В процессе обработки ионы инертных газов ювелирно модифицируют кристаллическую решетку материала, доводя толщину диэлектрика до проектной с субангстремной точностью. Управление преобразованием слоев осуществляют с помощью внешней электроники. Процесс полностью автоматизирован и занимает секунду на один логический элемент, — уточнил Илья Родионов.
Новая методика, добавил он, получила название iDEA-технология. Это сокращение от английского Ion beam-induced DEfects Activation, что переводится как «активация дефектов фокусированными ионами». Такая технология предложена впервые в мире. Конкурирующие разработки — лазерный отжиг, электронное облучение и электрическая обработка — отличаются на порядки большей площадью воздействия, требуют больше времени и не дают возможности обработать близкие структуры нанометровых размеров.

Техплатформа для 1000-кубитных квантовых процессоров

Сверхпроводящие квантовые компьютеры, объяснил ученый, одна из ведущих технологий квантовых вычислений. В качестве кубитов (логических элементов) эти машины оперируют «искусственными атомами» — крошечными микросхемами, которые ведут себя как настоящие (с ядром и электронной оболочкой), но дают больше возможностей для управления квантовыми состояниями — суперпозицией, запутанностью и другими.
При этом любое отклонение толщины диэлектрика (вплоть до атома) существенно изменяет спроектированные частоты кубитов, они «уплывают», разрушая расчеты разработчиков квантовых процессоров.

Вместе с тем существенное препятствие на пути к практически полезным квантовым вычислениям создают ошибки, вызванные неверно выставленной частотой кубитов. В результате возникают перекрестные помехи — потери энергии или нежелательный обмен энергией между кубитами. Причем по мере их увеличения на чипе вероятность помех и ошибок увеличивается экспоненциально. Представленная технология устраняет эти проблемы, отметил ученый.

— Процесс управления наноструктурами просчитывают и моделируется заранее — на уровне отдельных молекул. После специалисты «тюнингуют» изготовленные кубиты на нужную частоту, приближая выход годных квантовых схем к 100%. Отклонение от проектной частоты составляет не более ±0,35%, — описал методику ведущий разработчик сверхпроводниковых квантовых процессоров «Квантум Парка» Никита Смирнов.

Он добавил, что iDEA-отжиг позволяет изменять частоту кубитов непосредственно в составе многокубитных квантовых процессоров. Разброс в 0,35% по чипу — на сегодняшний день одно из лучших достижений в мире. Представленная технология дает возможность создавать практически идентичные логические элементы, что открывает возможности для конструирования тысячекубитных квантовых процессоров.
По мнению Никиты Смирнова, это ускорит переход к гибридным суперкомпьютерам — высокопроизводительным системам, которые для достижения максимальной эффективности сочетают в себе разные типы вычислительных архитектур.

— Ранее одинаковые атомы могла создавать только природа — это было за гранью доступных технологий. Мы могли изготовить хоть 100 кубитов на уровне полупроводниковой фабрики, но даже малейший разброс размеров в ±5 нм или толщины туннельного барьера в доли нанометра по чипу приводит к недопустимым ошибкам для некоторых кубитов, – рассказал Илья Родионов.

В то же время, пояснил он, квантовый процессор — это единый механизм, который объединяет десятки сложных процессов. Каждый из них должен работать как часы. Именно поэтому представленное открытие — это путь к практически полезным квантовым вычислениям.
— Если метод хорошо отработать и адаптировать, его можно применять очень широко, так как вся современная электроника и фотоника требуют сверхточных наноструктур с идеальной повторяемостью. Методика открывает дорогу к дальнейшей миниатюризации логических элементов и созданию суперкомпьютеров нового поколения, — прокомментировал профессор кафедры атомной физики, физики плазмы и микроэлектроники физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова Николай Кленов.

Если технологию удастся масштабировать и приспособить для разных задач, она станет универсальной основой не только для квантовых вычислений, но и для обычных микросхем, да и вообще для передовых производств, подчеркнул он.
— Метод облучения ионами известен. Однако разработчики нашли новые возможности для его применения. Неочевидное значение разработки заключается также в том, что технология позволяет ремонтировать сложные квантовые системы, что раньше было трудно или невозможно. К примеру, можно проверять и настраивать свойства логических элементов по отдельности. Облучение ионами убирает дефекты и восстанавливает нужные характеристики, — отметил директор Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий Московского физико-технического института Василий Столяров.

В результате, пояснил эксперт, разработчикам не нужно тратить ресурсы, добиваясь высоких технологических характеристик кубитов, поскольку можно доводить их до нужной кондиции, применяя методы локального облучения. Это удешевляет процесс разработки новых вычислительных систем. Более того, если даже кубит деградировал, можно этим методом его восстановить и подстроить.
Источник: https://iz.ru/

Разработка позволит упростить и удешевить создание оптического компонента - жидкокристаллического вращателя плоскости поляризации, который необходим для перестройки параметров излучения в оптоэлектронике, сообщили в пресс-службе ЛЭТИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ, 13 мая. /ТАСС/. Ученые Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" и Государственного оптического института им. С. И. Вавилова (ГОИ им. С. И. Вавилова) создали прототип оптоэлектронного устройства, перспективного для лазерных технологий и биомедицины. Разработка позволит упростить и удешевить создание оптического компонента - жидкокристаллического вращателя плоскости поляризации, который необходим для перестройки параметров излучения в оптоэлектронике, сообщили ТАСС в пресс-службе ЛЭТИ.
"Управление поляризацией света является известной задачей. Однако разработка тонкопленочной ячейки, которую можно производить в России без использования импортных материалов, представляет собой значительную инженерную проблему. Мы оптимизировали каждый этап технологии - от обработки контактной поверхности до выбора ЖК-композита, чтобы добиться воспроизводимой технологии, пригодной для тиражирования в реальных условиях", - привели в пресс-службе слова аспиранта кафедры Фотоники СПбГЭТУ "ЛЭТИ" Ларисы Федоровой.
Оптические компоненты играют ключевую роль в биомедицинских устройствах, обеспечивая высокую точность и эффективность в диагностике, лечении и исследованиях различных заболеваний. Среди устройств - лазерные системы для хирургии, оптические томографы, спектрометры, биосенсоры и микроскопы. Основную роль в работе таких компонентов играет поляризация излучения - выделение лучей с определенной ориентацией электрического вектора из естественного света. Если управлять углом поворота плоскости поляризации, можно, например, повысить четкость и контрастность изображений в любом дисплее.
Перспективы разработки
Это может быть реализовано с помощью жидкокристаллических вращателей - оптоэлектронных устройств, которые представляют собой слой жидких кристаллов, заключенный между прозрачными электрическими контактами. Управление углом с помощью такого устройства происходит благодаря приложению электрического поля к жидким кристаллам. В России в текущих экономических условиях существует острая необходимость в подобных электронных компонентах. Исследователи ищут способы менее дорогостоящего и трудоемкого создания жидкокристаллического вращателя плоскости поляризации, что позволит сделать технологию более доступной для многих компаний.
По данным пресс-службы, ученые ЛЭТИ и ГОИ им. С. И. Вавилова создали жидкокристаллическое устройство, представляющее собой сэндвич-структуру из оптических подложек с нанесенными прозрачными контактами, ориентирующих слоев и жидкокристаллической среды. На данный момент оно позволяет оперативно перестраивать параметры устройств под необходимую задачу. В дальнейшем они планируют достигнуть необходимого распределения жидких кристаллов. Им предстоит разработать новые подходы, которые позволят улучшить характеристики жидкокристаллических устройств, а также повысить их производительность и надежность в различных условиях эксплуатации.
Источник:
https://nauka.tass.ru/

В МФТИ приступили к созданию поляритонных нанолазеров на основе двумерных дихалькогенидов и полупроводниковых нанопроводов. Проект открывает новые возможности для интегральной и нейроморфной фотоники и создания «фотонного мозга».
Одной из главных перспектив нового поколения поляритонных лазеров ученые считают создание «поляритонного мозга» — искусственной нейронной сети, имитирующей работу синаптически связанных биологических нейронов на сверхбыстрых скоростях благодаря световой составляющей, и при сверхнизком энергопотреблении, благодаря сильной связи света с веществом.
Исследователи из МФТИ совместно с коллегами из Алфёровского университета начали работу над созданием нового поколения энергоэффективных наноразмерных когерентных оптических источников. Ученые планируют объединить концепции плазмонного и поляритонного лазеров, что может радикально изменить подходы в области создания наноразмерной когерентной фотоники (она включает в себя технологии, использующие когерентные — связанные — световые волны, такие как лазеры, и используется в области связи, вычислений и сенсорики).
Плазмонные нанолазеры, известные также как спазеры (слово SPASER получается, если заменить Light на Surface Plasmon в акрониме LASER), были впервые созданы в начале 21 века. За два десятилетия технологии их производства значительно усовершенствовались, однако для работы спазеров требуется преодолеть пороговую мощность «накачки» энергией для реализации режима инверсной заселённости. Проще говоря, нужно подготовить систему так, чтобы она могла эффективно генерировать свет.
Поляритонные лазеры лишены этого ограничения и работают на принципе бозонной конденсации экситонных поляритонов, особых квазичастиц, одновременно имеющих свойства света и материи. В этом смысле поляритонный лазер похож на конденсат Бозе-Эйнштейна в охлаждённых до предельно низких температур атомных газах. При этом он существует при высоких температурах — вплоть до комнатных.
По словам ученых, синтез двух подходов к созданию лазеров позволит устранить «бутылочное горлышко» интегральной фотоники, связанное с энергоэффективностью.
Проект предполагает сотрудничество специалистов из Абрикосовского центра теоретической физики и экспериментаторов из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ.
Перед нами стоит несколько задач, среди которых отработка технологии производства первых образцов и создание физической модели гибридных плазмон-экситон-поляритонных нанолазеров. Основные этапы работы включают достижение режима сильной связи, демонстрацию бозонного усиления рассеяния гибридных поляритонов и получение неравновесных бозонных конденсатов, излучающих когерентный свет. Ключевую роль в достижении поставленных целей играют двумерные полупроводники, моноатомные слои дихалькогенидов переходных металлов. Они обеспечивают режим сильной связи света с веществом при комнатной температуре, что крайне важно для приложений в нанофотонике”, рассказал ведущий научный сотрудник Международного центра теоретической физики имени А.А.Абрикосова Антон Налитов.
Успешное выполнение проекта также откроет новые возможности для фундаментальных исследований в области поляритоники.
В сравнительно простых условиях оптической лаборатории неравновесные бозонные конденсаты поляритонов при комнатной температуре демонстрируют уникальные явления, такие как сверхтекучесть и квантовые вихри, аналогичные вихрям Абрикосова в сверхпроводниках. Переход к наноразмерным системам с сильной связью света и вещества может стать ключом к реализации квантовых многочастичных явлений, что сейчас является одной из главных целей в поляритонике”, добавил Антон Налитов.
Проект рассчитан на 3 года. На первом этапе будет создана физическая модель и первые образцы поляритонных наноструктур. На втором — ученые изучат режим сильной связи света с веществом в новых структурах. На третьем, завершающем этапе в наноструктурах исследуют поляритонные эффекты, бозонное усиление рассеяния и бозонную конденсацию.
Проект поддержан грантом РНФ № 25-12-00135.
Источник: https://www.akm.ru/

Ученые из Научно-исследовательского института клинической и экспериментальной лимфологии (НИИКЭЛ, филиал Института цитологии и генетики СО РАН) совместно с коллегами из новосибирского филиала МНТК «Микрохирургия глаза», Новосибирского государственного университета, (НГУ), ИЦиГ СО РАН, Новосибирского института органической химии, Института ядерной физики им. Г. И. Будкера (ИЯФ СО РАН) в экспериментах на животных установили безопасную для глаз дозу терагерцового излучения, сообщает пресс-служба ИЯФ СО РАН.
Результаты опубликованы в журнале Biomedical Optics Express.
«Мы показали, что терагерцевое излучение с параметрами 2.3 ТГц и интенсивностью 0.012-0.024 мВт/кв. см в течение 30 минут является условно безопасным для структур глаза кролика. Однако выявленные изменения роговицы требуют дальнейшего изучения для определения безопасных пределов воздействия», — отмечает соавтор исследования, научный сотрудник лаборатории клеточных технологий НИИКЭЛ Екатерина Бутикова.
Отмечается, что терагерцовое излучение и основанная на нем терагерцевая спектроскопия может войти в клиническую практику как эффективный метод диагностики онкологических заболеваний или для возможной диагностики заболеваний органа зрения, поэтому вопрос о разработке рекомендаций по безопасности при работе в этом диапазоне является актуальным.
При этом в силу того, что естественные источники терагерцового излучения на поверхности Земли отсутствуют, ни у одного живого организма не сформировано никаких защитных механизмов от него.
Для подобных биологических экспериментов на Новосибирском лазере на свободных электронах (НЛСЭ) была создана специальная пользовательская станция, на которой реализована технология регулировки средней и пиковой мощности излучения, а также интенсивности воздействия.
Диагностические исследования кроликов проводились в нулевой день, то есть в день облучения, на следующий день, через неделю и через месяц.
Облучение роговицы привело к снижению плотности эндотелиальных клеток. «Выявленные изменения носили обратимый характер и не привели к патологическим изменениям роговицы», — говорится в сообщении.
Также отмечается, что именно кролики как объект исследования хороши тем, что получаемые на них данные можно экстраполировать на людей.
НЛСЭ — это масштабная установка, построенная на базе специального ускорителя в ИЯФ, он превосходит все другие источники лазерного излучения в мире в диапазоне длин волн 40-80 и 110-240 микрон. В отличие от обычных лазеров ЛСЭ могут менять длину волны и подстраиваться под резонансные частоты.
Спектр частот терагерцевого излучения расположен между инфракрасным и сверхвысокочастотным диапазонами, проникает через многие материалы, кроме металлов. В отличие от рентгеновского излучения не является ионизирующим.
Источник: https://academia.interfax.ru/