Ученые создали чип с лазерами, которые в 10 000 раз меньше обычных

Так что же за чудо-устройство создали в Стэнфорде? Это титан-сапфировый лазер, настолько миниатюрный, что на один чип можно упаковать сотни или тысячи его копий. Их главная цель? Работа с кубитами — строительными блоками квантовых компьютеров. О своей прорывной работе команда подробно рассказала в журнале Nature.

Как же они этого добились? Секрет в двух шагах. Сначала сапфир — невероятно прочный материал — превращают в тончайшую пластину толщиной в несколько сотен нанометров. Затем на этой пластине создают микроскопическую спираль-ловушку. Когда зеленый луч лазера попадает в эту воронку, он начинает закручиваться, с каждым витком наращивая свою мощность. Элегантно, правда?

«Самым сложным был первый этап — создание идеальной сапфировой подложки, — признается соавтор исследования Джошуа Янг. — Сапфир невероятно твёрд. При шлифовке он либо раскалывается сам, либо выводит из строя оборудование». Но, как это часто бывает в науке, преодолев главное препятствие, команда пошла, по словам Янга, «как по маслу».

Лазер на все случаи жизни

Что делает эту разработку особенной? Её универсальность. Лазер можно точно настраивать в широком диапазоне — от красного до инфракрасного света (700–1000 нанометров). Для исследователей, работающих с атомными системами (например, с теми же твердотельными кубитами), это настоящий подарок.

«Разным атомам нужна разная энергия для перехода между состояниями, — объясняет Янг. — Раньше для каждой новой длины волны приходилось покупать отдельный, чудовищно дорогой лазер. Наше устройство решает эту проблему одним чипом». Один инструмент вместо целого арсенала — так выглядит эффективность.

Где пригодится эта малютка?

«Первая и очевидная область — это фундаментальные исследования, — говорит Янг. — Мы сами учёные и прекрасно знаем, насколько остра нужда в таких доступных и мощных лазерах». Но на этом возможности не заканчиваются.

Миниатюризация лазеров может резко уменьшить размеры квантовых компьютеров. Они способны совершить прорыв в оптогенетике — методе, где светом управляют активностью нейронов. Сегодня для этого в мозг вводят довольно толстые световоды. А что если заменить их сетью микроскопических лазеров? Открываются и перспективы в сверхточной лазерной хирургии.

«Потенциал применения этих устройств колоссален, — подытоживает Янг. — Кто знает, где мы окажемся с ними через пять лет?» Интересный вопрос. И ответ на него, кажется, уже начинает проступать в свете этих крошечных, но невероятно мощных лучей.