Реально невидимые. Российские физики создали уникальные материалы

Миф о человеке-невидимке может стать реальностью. В лаборатории "Сверхпроводящие метаматериалы" НИТУ МИСиС несколько лет разрабатывают теорию абсолютной невидимости и уже создали самый большой в мире "невидимый" кубит для квантового компьютера.

Столетиями человек мечтал о возможности оставаться незамеченным. Отсюда — многочисленные сказки и фантастические романы о шапках-невидимках или волшебных эликсирах. В природе подобных вещей не существует. Однако современные технологии позволяют создавать искусственные материалы, обладающие необычными свойствами.

В военной сфере уже применяют особые покрытия, делающие самолеты и корабли незаметными для радиолокационных приборов, а также специальные ткани для маскировки техники и личного состава.

Английский писатель Герберт Уэллс в романе "Человек-невидимка", написанном в 1897-м, объяснял этот принцип так: "Тела либо поглощают свет, либо отражают, либо преломляют его, или все вместе. Если тело не отражает, не преломляет и не поглощает свет, то оно не может быть видимо само по себе".

Сказанное справедливо не только для световых волн, но и для других видов излучения. Однако проблема в том, что во всех этих случаях объект невидим только с одной стороны, а с другой — оставляет за собой волновую тень, по которой его можно идентифицировать. Кроме того, стелс-технологии работают, как правило, в очень узком диапазоне длин волн.

В лаборатории "Сверхпроводящие метаматериалы" НИТУ МИСиС уже несколько лет занимаются созданием "абсолютно невидимых" объектов. Правда, речь пока не о кораблях и самолетах, а о вещах поскромнее — элементах квантовых компьютеров и сенсорах, которые, если поместить их в среду, не нарушают ее параметры.

Чтобы получить особые свойства, не встречающиеся в природе, — например, отрицательный коэффициент преломления света или сверхсильную локализацию полей — ученые разрабатывают метаматериалы. Приставка "мета-" переводится с греческого как "вне", "за пределами".

Как правило, они обладают периодической структурой, искусственно созданной путем внедрения в исходный природный материал наночастиц различного размера и геометрической формы — метаатомов. Занимая, подобно атомам кристаллической решетки природных веществ, определенные положения в структуре метаматериала, они модифицируют его свойства.

Метаатомы позволяют волнам просто огибать объекты, на которые нанесены метаматериалы. И эти объекты становятся невидимыми для электромагнитного излучения. С помощью метаматериалов с отрицательным показателем преломления можно создать линзы, преодолевающие дифракционный предел разрешения обычной оптики.

Кроме того, существуют сверхпроводящие метаматериалы. Если их охладить до сверхнизких температур и поместить в вакуум, можно добиться квантовых эффектов. В этом случае метаатом будет выполнять роль кубита — главного элемента квантового компьютера.

При любом взаимодействии кубитов с окружающей средой процесс обработки информации в них нарушается. Это основная проблема квантовых компьютеров. Поэтому основная задача ученых — продлить срок службы кубитов, сделать их менее чувствительными к внешним воздействиям.

Прежде всего, они не должны излучать. Для этого их делают очень маленькими, но тогда возникают другие проблемы — такие как локальный нагрев, из-за которого теряются квантовые свойства. Другими словами, кубит должен быть достаточно большим. Исследователям из Университета МИСиС удалось создать самый крупный в мире неизлучающий квантовый метаатом, работающий как невидимый кубит.

Физический принцип, который использовали авторы при создании невидимого кубита, отличается от заложенного в стелс-технологиях. Если там тело просто поглощает излучение, то здесь электромагнитная волна, которая падает на объект, выходит после него без каких-либо изменений, как будто на ее пути ничего не было.

Чисто теоретически, хотя это сложно и очень дорого, на основе анаполей можно создать объекты, невидимые и в оптическом диапазоне. Но ученых больше интересует решение обратной задачи — увидеть невидимое. В природе много объектов, которые не участвуют в электромагнитных взаимодействиях и потому недоступны для прямого наблюдения ни визуально, ни с помощью приборов.