Жидкость превращается в твердое тело. Лава остывает, становясь горной породой. Вода замерзает в лед. Физические процессы здесь очевидны и просты. Но область их применения — совсем иное дело.
Возьмем оптическое волокно. Мы нагреваем стеклянные заготовки до плавления, а затем вытягиваем их в нити тоньше человеческого волоса. Свет распространяется внутри этих волокон, пересекая континенты с головокружительной скоростью. Именно они являются основой телекоммуникаций. Кроме того, такие волокна используются в лазерах, эндоскопах и датчиках. Полая сердцевина может даже удерживать газы, выступая в роли миниатюрной химической лаборатории.
Однако researchers из Института науки о свете им. Макса Планка (MPL), Ганноверского университета им. Льва XII (Leibniz University Hannover) и Института фотонных технологий им. Лейбница (IPHT) решили пойти по другому, более «холодному» пути. Они не просто вытягивали стекло, а замораживали его. Таким образом был открыт новый способ хранения света с помощью оптических волокон с замороженной сердцевиной.
Физика замораживания жидкой сердцевины
Исследователи взяли оптические волокна с жидкой сердцевиной (LiCOF) и погрузили их в жидкий азот при температуре -196°C. Цель была простой: затвердеть сердцевину, не теряя при этом функций волокна.
Это удалось.
«Ключевой момент заключается в том, что замороженный участок LiCOF сохраняет свою способность направлять свет», — объясняет Саймон Зайдерер (Simon Seiderer). Он является исследователем в группе «Квантовая оптоакустика» под руководством профессора д-ра Биргит Штиллер, которая возглавляет этот проект.
Но здесь начинается самое интересное. Волокно не просто направляло свет. Как жидкая, так и замороженная секции начали проводить гиперзвуковые звуковые волны.
Свет распространяется быстро, звук — медленно. В стандартных волокнах они практически не взаимодействуют. В этом замороженном LiCOF они начинают тесно взаимодействовать друг с другом.
Почему эффект Бриллюэна-Мандельштама так важен
Это взаимодействие обусловлено бриллюэновским рассеянием (эффект Бриллюэна-Мандельштама*). Тот же эффект наблюдается и в обычных волокнах, но обычно он очень слаб. Здесь же он становится мощным.
Замораживание жидкой сердцевины создало плотную, ограниченную среду. Результат? Оптоакустическая связь усилилась более чем в 1000 раз по сравнению со стандартными волокнами.
Представьте себе физическую ловушку для информации.
Поскольку свет движется быстрее звука, данные можно «перелить» с световой волны на более медленную звуковую. Они временно хранятся в таком состоянии, а затем при необходимости преобразуются обратно в свет.
Это оптоакустическая память, и она имеет решающее значение для фотонных нейроморфных вычислений.
Новая платформа для квантового оборудования и ИИ
Нейроморфные вычисления имитируют работу человеческого мозга, обрабатывая и храня информацию одновременно. Текущее оборудование страдает от низкой энергоэффективности. Фотонные системы предлагают решение, но только если их компоненты малы и мощны.
Замороженное волокно с жидкой сердцевиной (LiCOF) обеспечивает именно это.
«Заморозив жидкую сердцевину, мы создали совершенно новую физическую платформу», — говорит Штиллер. «Она обеспечивает экстремальные нелинейности, оставаясь при этом удобной в эксплуатации».
Возможности выходят далеко за рамки простого хранения данных.
Сильная связь между светом и звуком открывает двери для:
- Нейроморфных вычислений: процессоров, вдохновленных мозгом и работающих на свету.
- Квантовой обработки информации: высокопроизводительной и безопасной передачи данных.
- Микроволновой фотоники: улучшения обработки сигналов для сетей 6G и будущих поколений.
- Высокоточных датчиков: обнаружения изменений, слишком малых для текущих технологий.
«Такой уровень связи между светом и звуком открывает захватывающие новые возможности», — отмечает Штиллер. Не только для памяти, но и для всего комплекса будущих технологий.
Путь к оптимизации
Это исследование не было проведено в вакууме. Оно опиралось на сотрудничество с профессорами Маркусом Шмидтом и Марио Хемницем из IPHT в Йене, которые внесли вклад в разработку волокон с жидкой сердцевиной. Замораживание добавило новую переменную, которая значительно усилила нелинейные эффекты.
Результаты были опубликованы в журнале Optica под названием: «Гигантское бриллюэновское усиление в замороженных капиллярах CS₂».
Опубликовано 19 июля 2026 года.
Работа была поддержана Европейским исследовательским советом, Немецким исследовательским фондом (DFG) и Обществом Макса Планка. Детали финансирования не являются главной темой, на повестке дня — физика.
Раньше мы рассматривали волокно лишь как трубу для света, прозрачное шоссе. Это исследование предполагает, что оно также может служить банком памяти, процессором или датчиком.
Будущее вычислений будет похоже на кусок льда?
Возможно.
Технология еще молода. Переход от лабораторных установок к центрам обработки данных потребует дополнительной работы. Однако одних только节省ии энергии достаточно, чтобы изменить подход к питанию дата-центров. Но остается вопрос: сможем ли мы надежно поддерживать заморозку таких сердцевины в промышленных масштабах?
Или это лишь блестящий proof-of-concept (подтверждение концепции), который будет забыт, как только появятся лучшие материалы?
Наука тверда. Остальное — за инженерами.
