Новое в технике и технологиях. Том 3

МОСКВА, 27 ноя – РИА Новости. Трехмерный метаматериал, созданный российскими учеными и позволяющий управлять распространением света и электромагнитных волн без потерь энергии, попал в число главных научных открытий этого года по версии журнала Optics & Photonics News.

"Благодаря трехмерным изоляторам мы можем добиться такого поведения электромагнитных волн, которое раньше было технически недостижимо. На сегодняшний день невозможно создать оптический волновод без дефектов поверхности. Из-за них сигнал постепенно затухает, и в какой-то момент его уже невозможно уловить. С помощью топологических систем мы сможем избежать возникающих оптических потерь", ‒ объясняет Александр Ханикаев, профессор Городского университета Нью-Йорка (США).

Каждый год журнал Optics & Photonics News, профессиональное издание для физиков, занимающихся изучением свойств света и созданием фотонных устройств, называет три десятка самых важных и прорывных научных открытий, совершенных учеными в данной области науки.

В этом году в число подобных прорывов попало устройство, созданное в стенах Университета ИТМО в Санкт-Петербурге. Используя теоретические наработки Ханикаева, Алексей Слобожанюк и его коллеги создали первый в мире "трехмерный" топологический изолятор, способный управлять движением света.

Под этим словом ученые понимают особый материал, чья поверхность может проводить ток, а его внутренности остаются изоляторами или полупроводниками. Физики достаточно давно пытались приспособить их и для передачи света и прочих электромагнитных волн, однако этому мешали две вещи – громоздкость оптических топологических изоляторов и высокие потери энергии, неизбежно возникавшие в процессе их работы.

В 2015 году физики из Международного научного центра нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО совместно с коллегами из Австралийского национального университета первыми экспериментально реализовали компактную топологическую структуру, в которой можно полностью контролировать локализацию света на очень маленьких масштабах.

"Работа началась с исследования одномерной структуры. По сути, это цепочка из нанодисков, в которой электромагнитное поле локализуется на том или ином конце. Мой коллега Александр Поддубный предложил теоретическую идею, потом мы сделали эксперимент в микроволнах и в оптике совместно с Иваном Синевым и Антоном Самусевым", ‒ рассказывает Слобожанюк.

Позже российские ученые использовали идеи Ханикаева для создания двумерной и трехмерной версии подобного топологического изолятора, теоретическое описание которого было опубликовано в престижном научном журнале Nature Photonics.

"Экспериментально реализовать трехмерную структуру гораздо сложнее, но Алексей Слобожанюк и его коллеги из Университета ИТМО активно работают над этим. Сейчас Алексей готовится получить степень доктора наук в Австралии, а затем он вернется в Университет ИТМО, чтобы развивать здесь новое научное направление. Я поддерживаю его решение. Очень важно, чтобы молодые ученые видели перспективы развития здесь, а не только за рубежом", − рассказывает Юрий Кившарь, соруководитель Центра нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО и профессор Австралийского национального университета.

"Рабочее место квантового телефона — обычный персональный компьютер, в котором установлен оптоэлектронный модуль, соединенный оптическим волокном напрямую с сервером квантового распределения ключей. Кроме того, компьютер использует ПО, модифицированное специально для работы с этим оптоэлектронным устройством", — объясняет Сергей Кулик, профессор МГУ и один из создателей "квантового телефона".

Феномен квантовой запутанности играет важную роль в системах защищенной связи, он исключает возможность незаметной "прослушки", так как не дает "клонировать" состояние частиц света. Такие проекты также разрабатываются в Европе, Китае и США.

В России же сети такого рода начали появляться примерно три года назад. Первую линию связи запустили в Университете ИТМО в 2014 году, когда ученые соединили квантовым каналом два корпуса вуза через подземный оптоволоконный кабель.

В июне 2016 года Российский квантовый центр заявил о запуске первой "городской" линии связи между двумя отделениями банка, а спустя три месяца МГУ сообщил о соединении двух точек в городах Подмосковья.

Следующим этапом развития этих технологий стало создание "квантового телефона", работу которого профессор Кулик и Николай Сысоев, декан физического факультета МГУ, проверили сегодня, пообщавшись по невзламываемому каналу связи, защищенному системой автоматического симметричного распределения квантовых ключей.

Архитектура сети передачи данных довольно проста: квантовый телефон состоит из двух клиентских машин и сервера, играющего роль источника ключей. Когда первый аппарат их получает, он зашифровывает информацию и напрямую передает ее "собеседнику", который уже использует ключ для ее расшифровки, минуя сервер.

Как отмечает пресс-служба, в перспективе такими "квантовыми телефонами" оснастят и другие подразделения МГУ.

Ученые развернули на Байкале третий кластер нейтринного телескопа Baikal-GVD, который позволит изучать элементарную частицу нейтрино, а также историю и состояние Вселенной, сообщает Иркутский государственный университет (ИГУ).
Проектирование нейтринного телескопа на Байкале объемом порядка кубического километра началось в 2010 году. Телескоп состоит из самостоятельных структурных единиц, называемых кластерами. Каждый из кластеров представляет собой 288 оптических детекторов, соединенных в восемь гирлянд и погруженных на дно Байкала. К 2021 году, когда будут собраны 12 кластеров, завершится первый этап строительства нейтринного телескопа. Следующий этап включает в себя развертывание 27 кластеров.

Ключевым участником проекта по установке глубоководного телескопа Baikal-GVD является НИИ прикладной физики ИГУ. С помощью телескопа ученые фиксируют вспышки света, которые возникают при взаимодействии воды и частиц нейтрино, возникающих в далеком космосе, в частности, при взрывах сверхновых звезд.
Ученые считают, что большие глубоководные нейтринные телескопы после достижения определенных размеров позволят открыть эру нейтринной астрономии. Кроме НИИ прикладной физики ИГУ в проекте участвуют Институт ядерных исследований РАН, Объединенный институт ядерных исследований, находящийся в Дубне, МГУ имени М.В. Ломоносова.