Несмотря на сложное экономическое положение, трудности с финансированием и расстройство межрегиональных связей в пределах некогда мощного СССР, наука в Беларуси не только жива, но по отдельным направлениям составляет органичную и неотъемлемую часть мировой научной системы. Новые информационные и компьютерные технологии XXI века немыслимы без успешного развития физики твердого тела и оптики. Первое направление сулит появление в компьютерной элементой базе принципиально новых наноразмерных элементов и устройств (нанометр - это тысячная часть микрона). Термин "наноэлектроника" сегодня широко используется в лексиконе физиков. Со вторым направлением связаны не только лазерные CD-ROM устройства и принтеры. Есть серьезные основания считать, что поколение, читающее "Компьютерные Вести", во всяком случае, наиболее юная его часть, станет пользователями оптических компьютеров. Оптический компьютер - это сложная информационная система, в которой носителями сигналов будут не электроны, а фотоны. Для читателей, не знакомых с оптикой, поясним, что фотоны - это кванты, т.е. частицы электромагнитного излучения, каковым является и видимый нами свет. Оптический компьютер будет иметь невиданную доселе производительность и совершенно иную, чем электронный компьютер, архитектуру. Самые скромные оценки показывают, что за 1 такт длительностью менее 1 наносекунды (это соответствует тактовой частоте более 1000 МГц) в оптическом компьютере возможна обработка массива данных порядка 1 мегабайта и более. Между прочим, примерно с такой производительностью работает мозг младенца, мгновенно распознающего мамино лицо на фоне множества незнакомых лиц.

Несмотря на то, что многие принципиальные вопросы на пути создания оптических компьютеров уже решены (в частности, созданы оптические аналоги современных электронных элементов - диодов, транзисторов, триггеров и др.), построение мощного законченного работоспособного оптического компьютера все еще остается трудной технической проблемой, неразрешимой при нынешнем уровне науки и техники. Над проблемами, связанными с разработкой новейших нанотехнологий и оптических информационных систем, сегодня интенсивно трудятся не только ученые крупнейших зарубежных фирм, университетов и лабораторий, но и наши соотечественники, работающие в Национальной академии наук и белорусских вузах. Признанные на мировом уровне научные школы Беларуси в области оптики, лазерной физики, информатики и электроники вносят достойный вклад в решение многих проблем на пути к оптическим компьютерам, конкурируя и сотрудничая на равных с коллегами из ведущих зарубежных научных центров и фирм. В качестве примера можно привести издание в США в течение двух последних лет монографий белорусских ученых в области фотонных технологий в микроэлектронике (автор - профессор БГУИР Виктор Борисенко), в области компьютерного распознавания изображений (автор - доктор физ.-мат. наук Сергей Абламейко, Институт технической кибернетики Национальной академии наук), в области опто- и наноэлектроники (доктор физ.-мат. наук Сергей Гапоненко, Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук).

Буквально на днях научное сообщество, работающее в области новейших оптических устройств и нанотехнологий, стало свидетелем состязания белорусских физиков с коллегами из Массачусетского технологического института - одного из крупнейших научных центров США. Речь идет об одновременном предсказании и обнаружении в Минске и Кембридже (штат Массачусетс) нового оптического эффекта: всенаправленного отражения электромагнитного излучения от одномерного периодического набора тонких полупроводниковых или диэлектрических слоев толщиной 0,1 микрон и менее. Многослойные диэлектрические покрытия широко используются в лазерной технике (включая лазерные проигрыватели, CD-ROM, CD-Write-устройства и принтеры), где они заменяют привычные нам металлические зеркала, разрушающиеся под действием лазерного излучения. До настоящего времени предполагалось, что идеальное полупроводниковое зеркало, отражающее свет с высокой эффективностью по всем направлениям, можно создать только синтезируя трехмерную периодическую наноструктуру, так называемый фотонный кристалл. Результат, полученный в Кембридже и в Минске, позволяет достичь нужных параметров в рамках традиционных технологий, использующихся в оптике, лазерной технике и микроэлектронике. Область применения нового эффекта весьма широка. Например, он позволяет разработать новые типы оптических световодов без потерь. В современных волоконно-оптических линиях связи используется кварцевое волокно, которое хотя и имеет высокую прозрачность, тем не менее существенно ослабляет свет на расстояниях порядка километра и более. Использование всенаправленых отражающих покрытий позволяет создавать полые волноводы, в которых свет распространяется в полом канале и не испытывает потерь при распространении.

Хроника событий, связанных с состязанием белорусских и американских физиков, такова. В апреле нынешнего года два молодых сотрудника Белгосуниверситета, Дмитрий Чигрин и Андрей Лавриненко, написали теоретическую статью, содержащую предсказание нового эффекта. Эта статья в мае была направлена в журнал "Physical Review Letters" - самое престижное международное издание по физике. В том же месяце они сообщили о своем результате коллегам из Института молекулярной и атомной физики Национальной академии наук. Руководитель группы фотоники микроструктур С.В.Гапоненко сразу же предложил молодому сотруднику (тогда еще студенту БГУ, а ныне аспиранту Национальной академии) Дмитрию Яроцкому поставить эксперимент с целью проверки теоретических результатов. Наноструктура с нужными параметрами (10 слоев полупроводника толщиной 90 нанометров, разделенных такими же слоями диэлектрика) была изготовлена в академическом ОКБ "Аксикон" к концу лета. В течение сентября шли интенсивные эксперименты, блестяще подтвердившие предсказание теоретиков. В октябре была написана статья, которая 28 октября по электронной почте была направлена главному редактору международного журнала "Applied Physics" ("Прикладная физика"), издающемуся в Германии. 29 октября статья была зарегистрирована в редакции, а 2 ноября, то есть через три дня после получения, принята к печати. Руководитель группы фотоники наноструктур Института молекулярной и атомной физики С.В.Гапоненко сказал нашему корреспонденту: "Наша группа публикует ежегодно несколько статей в международных научных журналах, выходящих в Европе и США. Обычная практика таких журналов - тщательное закрытое рецензирование с привлечением одного-двух, а иногда и большего количества рецензентов, имена которых остаются для авторов неизвестными. В нашей практике это первый случай, когда статья принимается к печати авторитетным международным журналом в течение трех дней. Очевидно, что важность и достоверность наших результатов были очень высоко оценены главным редактором - профессором М.Штуке из Института Макса Планка. У этой статьи есть еще одна особенность. Хотя мы сотрудничаем со многими ведущими лабораториями США и Германии, включая, например, Лабораторию Белла фирмы АТ&Т и Лос-Аламосскую национальную лабораторию США, и участвуем в нескольких международных проектах, данная работа выполнена без участия зарубежных партнеров и без привлечения иностранных инвестиций. Это редкий случай, когда принципиальный научный результат получается в такой короткий срок при минимальных финансовых затратах".

14 декабря январский выпуск журнала "Applied Physics" был выставлен на web-сайте издательства "Шпрингер" в Интернет. Этот день можно считать датой официальной публикации результата белорусских физиков.

А в это время... А в это время в Массачуссетском технологическом институте группа из семи человек во главе с профессором Дж. Яннопулосом выполнила и опубликовала практически такие же расчеты и эксперименты, опередив белорусов буквально на 2 недели. Статья американцев вышла 27 ноября в еженедельнике "Science". Результаты массачусетской группы произвели сильное впечатление на многих инженеров и физиков. 15 декабря сообщение об эффекте, обнаруженном в МТИ, сообщила газета "Нью-Йорк Таймс", поместив комментарии нескольких видных американских профессоров в области электроники и оптики. Это редкий случай, когда массовое издание так быстро реагирует на новый научный результат. 17 ноября ведущий специалист лаборатории НАСА (Национальное управление по аэронавтике и космонавтике США) в Пасадене, штат Калифорния, Джонатан Доулинг распространил по сети Интернет среди специалистов публикацию в "Нью-Йорк Таймс". Естественно, это сообщение попало и на сайт группы фотоники микроструктур Института молекулярной и атомной физики. Далее события излагает руководитель группы С.В.Гапоненко: "Увидев эту публикацию, мы немедленно направили нескольким десяткам коллег в США и Европе сообщение о наших результатах, приложив к тексту электронный вариант статьи в pdf-формате, полученный из редакции журнала. Через час пришел ответ от проф. Дж. Доулинга из Калифорнии, а через два часа - от проф. Дж. Яннопулоса из Кембриджа. Воистину трудно представить более эффективный способ общения и распространения знаний, чем современные компьютерные сети! "Для меня совершенно очевидно, - написал Дж. Доулинг, - что белорусские физики имеют одинаковый приоритет с коллегами из МТИ, и я обещаю при всех последующих публикациях и выступлениях ссылаться на Вашу работу как на независимое и одновременное обнаружение эффекта". Отметим, что наши эксперименты выполнены с более высокой точностью, чем измерения американских физиков. Проф. Дж. Яннопулос сообщил, что за несколько месяцев до публикации в "Science" теоретическая работа сотрудников МТИ направлялась в английский журнал "Nature" ("Природа"), однако после рассмотрения в течение нескольких месяцев была отклонена. Интересно, что уже упоминавшаяся статья белорусских теоретиков была в этот же период отклонена редакцией журнала "Physical Review Letters". Это не единственный случай, когда новый яркий результат не принимается к печати, так как кажется либо невероятным, либо очевидным".

Как видим, белорусские ученые успешно конкурируют с зарубежными коллегами в области самых современных научно-технических разработок. В последующих выпусках газеты мы расскажем подробнее об исследованиях в Национальной академии наук и белорусских вузах в области электроники, информатики и компьютерных технологий.

Сергей ВАСИЛЬЕВ