Журнал Компьютерра - Журнал «Компьютерра» №42 от 15 ноября 2005 года

Явление было необычным. Еще в школьном курсе физики описывается, что идущие в ногу войска способны раскачать и обрушить неверно построенный мост. Но пешеходы, конечно, гуляли не в ногу, да и колебания моста происходили не в вертикальной, а в горизонтальной плоскости, достигая амплитуды в семь сантиметров.

Были проведены специальные исследования, и инженерное решение проблемы нашлось достаточно быстро. Millennium Bridge оснастили демпферами, гасящими колебания, и дополнительными массами, отодвигающими резонансные частоты моста от характерной частоты шагов. Это обошлось еще в 9 млн. долларов, и в 2002 году мост был благополучно открыт. О конфузе тысячелетия написаны десятки статей. Но ясного понимания того, как толпе людей, чьи шаги воздействуют на мост совершенно случайно, удается вызвать опасные колебания моста, все же не было. И как избежать подобных конфузов в будущем?

Решение проблемы нашлось спустя пять лет и недавно было опубликовано в журнале Nature. Оказывается, в математической биологии уже есть простые модели, описывающие синхронизацию в системах из независимых осцилляторов вроде нейронов или светлячков в тропическом лесу. Модель учитывает как случайное слабое воздействие каждого пешехода на мост, так и обратное влияние моста на пешеходов. Они неотделимы друг от друга. Грубо говоря, когда мост начинает раскачиваться, это заставляет пешеходов для поддержания равновесия подстраивать шаги в такт с колебаниями. И достаточно большая разрозненная толпа постепенно начинает идти в ногу, причем на резонансной частоте моста, что еще больше усиливает колебания. С этим пороговым явлением самоорганизации можно бороться путем выбора достаточного демпфирования и приемлемых собственных частот колебаний сооружения. Ученым удалось вывести простые формулы, пригодные для инженерных оценок.

Как бы то ни было, а «мосту тысячелетия», призванному символизировать высшие достижения инженерной мысли, все же удалось, пусть и благодаря конфузу, вписать новые страницы в учебники инженеров XXI века. - Г.А.

Удивительное устройство удалось изготовить в Уотсоновском исследовательском центре корпорации IBM. Выращенный на обычном кремниевом чипе переключаемый фотонный кристалл способен в триста раз замедлить свет и предназначен для оптических маршрутизаторов и «быстрой» оптической памяти будущего.

За последнее десятилетие уже несколько научных групп продемонстрировали, что распространение светового импульса может быть сильно замедленно и даже совсем остановлено в специально приготовленной среде. Эти эксперименты сразу привлекли внимание грандов компьютерной индустрии. Умение «тормозить» свет было бы весьма полезно для построения чисто оптических маршрутизаторов или фотонных компьютеров. К сожалению, первые эксперименты проводились в экзотических средах вроде охлажденных до сверхнизких температур атомов в магнитных ловушках, что делало их практически бесполезными. Позже замедление света удавалось получать в различных твердотельных устройствах, но и там эффект наблюдался лишь в узкой частотной области вблизи резонансной частоты поглощения среды. Это ограничивало пропускную способность и информационную емкость замедлителей, как правило, требовало использования дополнительных лазеров, охлаждения или другого громоздкого оборудования.

И лишь теперь специалистам IBM удалось создать замедлитель света, пригодный для массового производства. Он представляет собой изготовленную с помощью обычной фотолитографии кремниевую пластину толщиной 0,22, длиной 250 и шириной 3 микрона. В этой пластине в шахматном порядке вытравлены отверстия диаметром 109 нанометров с шагом 437 нанометров. В результате получился оптический волновод - фотонный кристалл, хорошо пропускающий свет в области полутора микрон - на длинах волн дальней оптоволоконной связи. На чипе рядом с кристаллом расположен микронагреватель. При нагреве показатель преломления кремния слегка меняется, а свойства кристалла таковы, что это приводит к уменьшению групповой скорости света в три сотни раз. Переключение происходит за 100 наносекунд и требует от нагревателя всего два милливатта.

Новое устройство, в принципе, уже сегодня можно использовать для синхронизации потоков данных, замедляя один из них. К сожалению, скорость переключения в 10 мегагерц пока еще слишком мала для современных оптических сетей. Да и требуемая точность изготовления кристалла в 1 нанометр находится на грани возможного. Однако первые успехи весьма обнадеживают и дальнейшее развитие технологии уже может рассчитывать на коммерческий успех. - Г.А.