Стохастический резонанс

В течение последних двух десятилетий стохастический резонанс непрерывно привлекал значительное внимание. Этим термином обозначают явление, проявляющееся в нелинейных системах, при котором обычно слабая входная информация, например слабый сигнал, может усиливаться и оптимизироваться под воздействием шума. Для возникновения эффекта необходимы три основных компонента: (i) энергетический барьер активации или, в более общем случае, некоторый порог; (ii) слабое когерентное воздействие, например периодический сигнал; (iii) источник шума, присущий системе или добавляющийся к когерентному воздействию. При наличии этих условий отклик системы демонстрирует резонансоподобное поведение в зависимости от уровня шума; отсюда и название «стохастический резонанс». Лежащий в основе механизм достаточно прост и устойчив. Поэтому стохастический резонанс наблюдался в большом разнообразии систем, включая бистабильные кольцевые лазеры, полупроводниковые устройства, химические реакции и механорецепторные клетки в хвостовом веере речного рака. В этой статье авторы рассматривают, интерпретируют и развивают современные представления о теории и физике стохастического резонанса. Они знакомят читателей с основными особенностями стохастического резонанса и историей его развития. Представлены определения характеристических величин, важных для количественного описания стохастического резонанса, а также наиболее существенные инструменты, необходимые для фактического вычисления этих величин. Изложена сущность классической теории стохастического резонанса; важные применения стохастического резонанса в нелинейной оптике, твердотельных устройствах и нейрофизиологии описаны и рассмотрены в контексте теории стохастического резонанса. Обсуждаются более сложные и современные направления развития теории стохастического резонанса — от фундаментальных квантовых свойств, важных при низких температурах, через пространственно-временные аспекты в пространственно распределённых системах до реализаций в хаотических отображениях. В заключение авторы обобщают достигнутые...