Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Великобритании предложили физическую концепцию нового оптического переключателя, который заставляет менять направление световых волн. Переключатель представляет собой маленькую стеклянную частицу необычной формы, ее размер всего около 1 микрона.

Результаты исследования опубликованы в журнале Annalen der Physik (IF: 3,276; Q1). По словам авторов, такой простой переключатель в перспективе может быть использован в суперскоростных оптических компьютерах.

Во всех существующих сегодня вычислительных устройствах, в том числе в компьютерах, информацию передают электроны. Однако ученые считают, что если заменить их на фотоны — кванты света, то передавать данные можно будет буквально со скоростью света. Над созданием эффективного оптического квантового компьютера работают исследователи и компании в разных странах мира. В США и Китае уже презентованы прототипы таких компьютеров. Однако пока они могут решать очень ограниченный круг задач. Для широкого прикладного применения оптических компьютеров исследователям предстоит преодолеть еще много барьеров.

«В такой технике важно с очень большой скоростью переключать сигнал, то есть менять направление света. Поэтому нужны эффективные переключатели. Ученые решают эту задачу по-разному. Одни предлагают механические переключатели, но они не дают нужной скорости переключения. Другие — используют специфические кристаллы на нелинейных эффектах, а это требует разработки специальных новых материалов и методов управления ими. Мы в своей статье предложили использовать другой принцип: эффективно менять направление света могут частицы из диэлектрического материала особой формы. В данном случае мы брали в расчет простое стекло. Кроме того, предложенный метод не требует применения металлов», — говорит руководитель проекта, профессор отделения электронной инженерии Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности Томского политеха Олег Минин.

Предложенный переключатель — это маленькая стеклянная частица в форме кубика с пристыкованной к нему призмой. Его работа основана на эффекте «фотонного крючка», ранее открытого авторами исследования.

«Все дело в форме частицы. Ранее мы открыли, что свет, проходя через частицу диэлектрика такой формы, искривляется на выходе в виде крючка. За счет его физических свойств у фотонного крючка очень широкий спектр потенциального применения. В данном случае расчеты показывают, что если изменить длину волны у света, проходящего через частицу, то можно менять направление крючка. В этом и заключается суть «переключения» сигнала — в изменении направления», — отмечает Олег Минин.

Сейчас исследователи готовятся провести серию экспериментов, которые должны будут подтвердить результаты моделирования и расчетов. Они пройдут в Великобритании, в Университете Бангора.

Работа выполнена при частичной поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Программы повышения конкурентоспособности ТПУ.