Израильские физики предложили новый метод создания сверхбыстрых оптических процессоров

Ученые Института Вейцмана показали, как лазерный луч меняет преломляющие свойства материала. Ученые планирует использовать метод для создания сверхбыстрых процессоров.

Уже несколько лет ученые используют лазеры для управления свойствами материи с чрезвычайно высокой скоростью: в течение одного оптического цикла световой волны. Эти изменения происходят в масштабе времени аттосекунд – одной миллиардной одной миллиардной доли секунды. Но выяснить, как события разворачиваются на такой скорости, чрезвычайно сложно.

В новом исследовании, опубликованном в Nature Photonics, команда профессора Нирит Дудович из Института Вейцмана представила инновационный метод отслеживания этих невероятно быстрых изменений.

Когда вы смотрите на радугу, вы видите, как свет замедляется и преломляется, проходя через вещество, – через капли дождя. Солнечный свет состоит из широкого спектра цветов, каждый из которых испытывает различную задержку при прохождении через капли. Эти различия приводят к разделению цветов, создавая одно из самых красивых природных явлений.

Но солнечный свет не изменяет саму каплю. При освещении материала мощным лазером многое меняется. За последние годы исследователи ведущих оптических лабораторий обнаружили, что мощный лазер изменяет преломляющие свойства вещества, то есть изменяет степень замедления света при прохождении через него, причем делает это за аттосекунды.

Исследователи Института Вейцмана измерили тонкие изменения задержки, испытываемые лазерным лучом, чтобы выяснить, как мощные лазеры меняют свойства материала.

Метод использует два лазерных луча. Первый – мощный, состоящий из относительно длинных импульсов. Он изменяет оптическую задержку, испытываемую светом в материале. Второй – испускает чрезвычайно короткие аттосекундные импульсы и функционирует как своего рода замедленная видеокамера. Эти аттосекундные импульсы существуют в двух копиях: одна не взаимодействует с материалом, и работает эталоном, а другая – проходит через материал, взаимодействуя с ним и регистрируя аттосекундные задержки, вызванные этим взаимодействием. Две копии второго луча объединяются и интерферируют друг с другом. Интерференция позволяет точно реконструировать изменение оптической задержки, испытываемой светом при прохождении через материал.

Фактически мощный лазер меняет свойства материала, а второй – позволяет эти изменения описать. В экспериментах ученые использовали свой метод, чтобы узнать, как лазер изменил свойства отдельных атомов. Но как показывают расчеты, этот же метод можно использовать и для управления свойствами материалов.

"Мы сможем использовать свет для управления свойствами материала намеренно и точно, в течение сотен или даже десятков аттосекунд, – говорит Нирит Дудович. – Это может привести к разработке максимально быстрых процессоров, увеличению скорости передачи или обработки данных. Наш новый метод также имеет последствия для фундаментальных исследований: мы надеемся, что он поможет нам создавать моментальные снимки электронов в движении, раскрывая множество ранее недоступных квантовых явлений".