Komputery kwantowe nowej generacji mogą być zasilane laserami o dużej energii, które będą 10 000 razy mniejsze
Naukowcy ze Stanford zbudowali lasery tytanowo-szafirowe (Ti:Sa), które są 10 000 razy mniejsze od wszystkich poprzednich podobnych urządzeń, i umieścili je na układzie scalonym.
Do tej pory takie lasery kosztowały ponad 100 000 dolarów. Jednak dzięki nowemu podejściu, opisanemu 26 czerwca w czasopiśmie NaturaNaukowcy uważają, że koszt może spaść do 100 dolarów za laser.
Twierdzili również, że w przyszłości tysiące laserów będzie można zbudować na jednym czterocalowym waflu — a koszt na laser może stać się minimalny. Te lasery małej skali mogłyby być używane w przyszłych komputerach kwantowych, w neuronauce, a nawet w mikrochirurgii.
Eksperymentalny laser opiera się na dwóch kluczowych procesach. Najpierw szlifowali szafirowy kryształ do warstwy o grubości zaledwie kilkuset nanometrów. Następnie uformowali wirujący wir maleńkich grzbietów, w które wprowadzili zielony wskaźnik laserowy. Z każdym obrotem w tym wirze intensywność lasera wzrastała.
„Jedną z najtrudniejszych części była produkcja platformy” – powiedział Live Science współautor pierwszego badania Joshua Yang, doktorant na Uniwersytecie Stanforda. „Szafir to bardzo twardy materiał. A gdy się go szlifuje, często mu się to nie podoba, pęka lub uszkadza to, co próbuje się szlifować”.
Powiązany: Nowy wynalazek zmienia każdy wyświetlacz smartfona lub telewizora w projektor holograficzny
Jednak gdy problem został rozwiązany, Yang opisał proces jako „płynny”. Chciał jednak podkreślić, że chociaż zespół był w punkcie wyjścia, to już „gra z technologią laserów półprzewodnikowych, która dojrzewała przez ponad dekadę”.
Jednym z powodów tak dużego optymizmu zespołu jest fakt, że jego lasery można dostroić do różnych długości fal, konkretnie od 700 do 1000 nanometrów, czyli od czerwieni do podczerwieni.
To jest kluczowe dla badaczy atomów, powiedział Yang, podając jako przykład kubity w stanie stałym. „Te układy atomowe wymagają różnych energii [to make a transition from one state to another]„, powiedział. „Jeśli kupisz jeden laser o małym paśmie wzmocnienia, a drugie przejście będzie poza tym pasmem, to musisz kupić inny laser, aby obsłużyć ten drugi system”.
Yang i jego współpracownicy założyli również firmę, Fotonika Brightlightaby skomercjalizować tę technologię.
„Pierwszą okazją, którą naprawdę widzimy, jest rynek badań akademickich” — powiedział Yang. „Jako badacze wiemy, że lasery są potrzebne. I wiemy, że to, co możemy dostarczyć, jest o wiele lepsze od tego, co jest obecnie na rynku”.
Yang nie chciał podać konkretnych cen, ale stwierdził, że zależeć one będą od wbudowanych funkcji, ale na pewno będą o rząd wielkości niższe od cen obecnych laserów Ti:Sa.
Miniaturowe lasery mogłyby być używane w komputerach kwantowych — pomagając w ten sposób znacznie je zmniejszyć. Mogą również zrewolucjonizować dziedzinę optogenetyki, powiedział Yang, gdzie naukowcy kontrolują neurony za pomocą światła kierowanego wewnątrz mózgu; obecnie wykorzystują technologię grubych światłowodów. Wreszcie, miniaturowe lasery Ti:Sa mogą być używane w chirurgii laserowej.
Wszystko to zależy od Yanga i jego współpracowników, którym uda się jeszcze bardziej zminiaturyzować i wprowadzić tę technologię do masowej produkcji, tak aby na jednym czterocalowym waflu można było zmieścić setki, a nawet tysiące laserów.
Yang jest jednak pewny sukcesu, mówiąc, że wierzy, że pierwszy „strojony laser” dla użytkowników akademickich może trafić do sprzedaży w ciągu dwóch lat. Dodał: „Potencjalne zastosowania tych zminiaturyzowanych laserów są ogromne i kto wie, gdzie będziemy za pięć lat?”
