Как уловить фемтомгновения

Голограммы, подаваемые одновременно по восьми каналам.

На протяжении жизни одного поколения масштабы измерений перешли от микронов (10–6 м) к нанометрам (10–9 м), а лазерщики приучили нас к фемто- (10–15 с) и аттосекундам (10–18 с). Между нано- и фемто- располагается пикомасштаб (10–12) нарождающейся фотоники. Еще не так давно считавшееся революционным оптоволокно уже не обладает необходимой пропускной способностью. К тому же вся современная электроника оперирует всего двумя степенями свободы: «0» и «1». И эти степени свободы не обладают свойством суперпозиции (когерентности). Этот недостаток обещают устранить в будущих квантовых компьютерах. Но до этого еще очень далеко и очень дорого (первые ноутбуки толщиной 5 см стоили 5000 долл.).

Оптоволокно, в отличие от медных проводов, «оперирует» фотонами, а не электронами, создающими электрическое поле. Австралийский эндемик утконос слеп и глух в воде, тем не менее охотится под водой, ориентируясь на улавливаемыми им электрические поля, генерируемые мышцами потенциальных жертв. Дело в том, что в мышечных волокнах получение энергии сопряжено с переносом генерирующих поле электронов по цепи железосодержащих протеинов. Свет, согласно Джеймсу Максвеллу, – это единство взаимно перпендикулярных магнитного и электрического полей.

Но помимо утконоса есть и электрические рыбы, а птицы и бактерии ориентируются по магнитному полю Земли. Одна из таких бактерий имеет несколько изогнутую вдоль продольной оси форму, за что получила название магнитоспириллюм (Magnitospirillum). У нее имеется цепочка длиной до полумикрона из 50 железосодержащих частиц магнетита – магнитосом – из белка актина. С помощью этой цепочки спирилла и плавает вдоль силовых линий магнитного поля.

Миниатюризация позволяет получать одноатомные контакты.

Можно напомнить, что естественный синапс похож на транзистор, что технически сравнимо с мемристорами, сочетающими в себе резистор и ячейку памяти. В Институте метрологии в Турине создали полупроводниковое устройство квантового проведения (conductance), обладающее нейроморфными свойствами.

В последние годы много внимания уделяется метаматериалам, свойства которых обусловлены не столько свойствами составляющих его элементов, сколько искусственно созданной периодической структурой. В данном случае на поверхность наносились разной формы наноструктуры, и это позволяет генерировать различные изображения.

Аномальные волны, проходящие между атомами кремния в его кристалле. Иллюстрации Physorg

Многоцветности таких изображений удалось достичь в Южном университете науки и технологии Шенчженя. Некогда Исаак Ньютон поразил современников тем, что разложил белый свет на составляющие его цвета с помощью трехгранной стеклянной призмы. Сегодня это делают с помощью хорошо освоенной цветной печати пиксельных полостей. Проблема, однако, в том, что такая печать оперирует миллиметровыми масштабами, что сегодня уже никого не удовлетворяет. В Шенчжене наладили печать сантиметрового масштаба, что, например, позволило получить яркую картинку многоцветного попугая.

В сообщении из Университета Пурдью в г. Лафайет (США) речь идет о пикофотонике, позволившей увидеть аномальные волны, проходящие между атомами кремния в его кристалле. Авторы работы пишут, что о фотонной дисперсии хорошо знают применительно к диэлектрикам, фотонным кристаллам и метаматериалам. Однако на атомном уровне о ней мало известно. Физики соединили описание материи, данное Максвеллом, и квантовую теорию атомной поляризации, получив взаимодействие материала (кремния) с фотонным полем.