Для ускорения интернета скорость света сделают меньше

Ученым удалось замедлить скорость света в 1200 раз. Устройства, замедляющие свет, помогут упростить операции со световыми импульсами и ускорить работу волоконной оптики.

Группа физиков из университета Калифорнии, (недавно представивших статью в Nature Photonics), разумеется ,фундаментальных законов природы при этом не нарушила. Скорость света в вакууме как была универсальной и постоянной величиной, так и осталась; ну а то, что в веществе свет распространяется медленнее, ученые знали и раньше. Не удавалось лишь добиться столь выдающихся результатов— в обычном стекле, например, свет распространяется примерно в 1,5–2 раза (для разных сортов стекла) медленнее, чем в вакууме.

Зачем?

Зачем искать способы замедлить свет? Не только для удовлетворения любопытства физиков; исследования в этой области могут помочь и специалистам, работающим над вполне практическими задачами. Например— пытающимся найти способ ускорить работу компьютерных сетей. А так как основу интернета составляют оптоволоконные кабели, по которым передаются импульсы света, то не будет заметным преувеличением и утверждение о том, что понимание влияющих на скорость света факторов способно повлиять в итоге на каждого пользователя сети.

Почему интернет “тормозит”? Отчасти— но только отчасти— из-за конечности скорости света в оптоволокне. При длине кабеля от Нью-Йорка до Москвы в 10 тыс. километров и скорости света в стекле 200 тыс. км/с импульс дойдет не быстрее, чем за 1/20 секунды: первые 50 миллисекунд задержки связаны с кабелем. А вот оставшиеся десятки и сотни миллисекунд уже происходят по вине оборудования, обрабатывающего сигналы.

Выделенные красной рамочкой 192 миллисекунды – это время, за которое сигнал прошел путь от Подмосковья до Нью-Йорка и обратно. Отчасти эта задержка обусловлена конечностью скорости импульса, отчасти – временем, которое ушло на обработку сигналов Источник speedtest.net

Оптический сигнал, короткую вспышку света, необходимо преобразовать в электрический импульс. Потом цепочку импульсов проанализировать и направить туда, куда нужно, превратив снова в свет,— а далее повторить эти преобразования еще раз, когда вместо запроса вида “покажите страницу gzt.ru ” по кабелям побегут пакеты, содержащие текст статей, иллюстрации и видео (часть которых надо отдельно брать с YouTube или иного сервиса). Если бы кое-где от лишних преобразований удалось избавиться, то сеть стала бы работать немного быстрее— но вот незадача, световыми импульсами управлять удается хуже, чем электрическими!

Карта подводных оптоволоконных линий. Прокладка кабеля по дну океана дело непростое и недешевое, но совершенствование технологий часто позволяет обходится без прокладки новых линий – вместо этого удается больше выжать из уже проложенных Источник Μυρμηγκάκι

Электрический импульс, например, можно послать в конденсатор, который накопит заряд и сохранит пришедшее послание до тех пор, пока не станет понятно, что же с ним делать и куда перенаправить. А куда деть свет? Пусть даже не адолго, всего на считаные микро- или максимум миллисекунды? Вот если бы фотоны можно было немного замедлить, то тогда конструкторы оптических устройств получили дополнительную возможность… но для этого свет надо уметь замедлять.

Устройство

На самом деле замедление света может пригодится не только для того, чтобы на время “притормаживать” импульсы, заменяя тем самым электронную память. В квантовых компьютерах такое замедление может быть использовано еще несколькими способами, однако для их полной реализации надо сначала получить сами замедляющие свет материалы.

На кремниевом чипе, которые разработали исследователи еще раньше для экспериментов в области спектроскопии, разместилась полость, через которую пропускали лазерный луч. В полости же находились ионы рубидия, щелочноземельного металла, испаренного перед этим в специальной печи. Для устройства, которое можно ставить на компьютерные платы, это, разумеется, довольно громоздко— но на данном этапе, естественно, ученых интересовало другое. Физикам было интересно, как квантовые свойства атомов рубидия повлияют на распространение в заполненной парами рубидия полости световых импульсов.

Ампула с рубидием. В чистом виде это легкий металл (в полтора раза тяжелее воды), который расплавится, если его возьмет больной лихорадкой (температура плавления 39,3С) – что, впрочем, не рекомендуется из-за способности вещества реагировать с водой с выделением тепла. Несмотря на то, что большинство людей никогда не видели рубидия, это вовсе не экзотический элемент, в земной коре его даже больше, чем меди Источник Dnn87

Причем не просто так— при отсутствии прочих сторонних факторов пары рубидия еще и непрозрачны. Ученые сначала облучали рубидий лазером, а потом пропускали через него второй световой импульс. Первая вспышка переводила электроны в атомах рубидия в состояние с большей энергией, пары рубидия меняли свои свойства и становились прозрачны, попутно обретая способность замедлять свет.

Квантовые компьютеры Про квантовые компьютеры читайте как [отдельную колонку Александра Лисницкого],(http://www.gzt.ru/column/aleksandr-ljvovskii/-kvantovyi-kompjyuter-cupermozg-bomba-xxi-veka-ili-/314837.html) (непосредственно занятого разработкой соответствующих технологий), так и новость про создание самых точных часов . Причем тут часы? Они тоже основаны на квантовых эффектах, способных лечь в основу вычислительных устройств.

В квантовомеханические эффекты, которые регулируют прозрачность вещества, в рамках данной статьи вдаваться смысла мало. Заметим только лишь то, что оптические свойства вещества зависят как от свойств самих атомов (возьми ученые не рубидий, а железо или натрий— ничего бы не вышло), так и от состояния атомных электронных оболочек (переход в новое состояние обеспечивал лазер).

И хотя от экспериментального чипа до практически работоспособных устройств еще далеко, исследователи отмечают, что прогресс налицо— до этого их коллегам из Японии удалось замедлить свет всего в 170 раз. Семикратный рост с 2008 по 2010 год дает надежды и на то, что ученые смогут решить другие проблемы, связанные с “медленным светом”.

Источник: http://www.gzt.ru/topnews/science/-dlya-uskoreniya-interneta-skorostj-sveta-sdelayut-/323503.html?from=reader