Вчені запропонували модель мета-атома, здатного утримувати біт світла надзвичайно довго

1 View Comment Off

Неминучі втрати в подібній системі запропоновано компенсувати посиленням, аналогічним посиленню випромінювання в лазерах.

Зберігання замкненого в деякій структурі світла є необхідною умовою створення оптичних комп’ютерів, заснованих на передачі і обробці інформації не електронами, а фотонами. Пропоновані традиційно для цього пристрою засновані на використанні бар’єрів для світла у вигляді дзеркал або фотонних кристалів. Однак через хвильової природи світла і необхідності взаємодіяти з ним в процесі обчислень, досягти за допомогою звичайних методів нескінченно довгого зберігання інформації неможливо навіть теоретично.

Останнім часом, розвиваються альтернативні підходи до вирішення цієї проблеми, які засновані на використанні відкритих резонаторів спеціальної форми. Такі структури, хоча формально і не мають непрохідних для світла перепон, влаштовані таким чином, що здатні утримувати світло протягом дуже довгого часу. Вперше вони були розглянуті теоретично ще в 1929 році Джоном фон Нейманом і Юджином Вігнером, а згодом неодноразово досліджувалися і іншими вченими.

Сьогодні вчені розвивають ці ідеї, пропонуючи використовувати в якості зберігача світла так званий «мета-атом» – нанорозмірних структуру, що володіє властивостями атома в тому сенсі, що, як і атом, її енергія може мати тільки абсолютно певний дискретний набір значень – кажуть, що енергія такої структури квантуєтся. На відміну від звичайного атома, мета-атом у збудженому стані здатний утримувати всередині себе певну кількість випромінювання, яке виявляється як би замкненим і може розглядатися як записаний «біт» інформації.

Цікаво, що підбором властивостей матеріалів мета-атома вдається досягти ефекту, коли світло, що падає на нього, здатне проникнути всередину, але частина випромінювання назад вийти не може. Це досягається за рахунок використання нелінійних ефектів, коли довжина хвилі світла в мета-атомі залежить від його інтенсивності. У падаючого світла довжина хвилі така, що воно практично безперешкодно проникає всередину, але із зростанням інтенсивності, тобто в процесі накопичення світла в мета-атомі, довжина його хвилі зменшується і врешті-решт досягає критичної величини, при якій світло більше не може вийти за межі структури.

Якби використовувані матеріали були ідеальними, то згідно з аналітичними і чисельними розрахунками, світло могло би утримуватися в подібному мета-атомі як завгодно довго. Однак, на практиці, будь-який матеріал володіє поглинанням, що призводить до втрат енергії випромінювання. Щоб побороти цю проблему, вчені пропонують використовувати в ядрі мета-атома середовище, здатне підсилювати світло, аналогічно тому, як посилюється випромінювання в лазерах. Вони стверджують, що можна підібрати коефіцієнт посилення так, щоб інтенсивність світла в запропонованій ними структурі не зменшувалася. Таким чином, можна на практиці досягти нескінченно довгого зберігання оптичної інформації в речовині.

Ще однією проблемою, вирішеною теоретиками, стало витяг збереженого «біта» світла в потрібний момент. Для цього на мета-атом подається ще один імпульс випромінювання певної форми.

Вчені сподіваються, що запропонований ними механізм буде корисний при розробці повністю оптичної пам’яті, необхідної для створення в майбутньому надшвидких фотонних комп’ютерів. Однак складність експериментальної реалізації описаного мета-атома на даний момент оцінити непросто. Ще важче порівняти його переваги і недоліки з альтернативними схемами. Відповісти на питання про практичної придатності нової схеми зможуть тільки майбутні експерименти.

... ... .
In : Техно

Related Articles

404