Jauns sasniegums optisko shēmu programmēšanā: gaismas skaitļošana ar plānām šķiedrām

Nesen Heriot-Watt universitātes (Apvienotā Karaliste) zinātnieki ir atklājuši jaunu jaudīgu metodi optisko shēmu programmēšanai.
Šai metodei var būt izšķiroša nozīme nākotnes tehnoloģiju, piemēram, nesalaužamu sakaru tīklu un īpaši ātru kvantu datoru, realizācijā. Pētījums tagad ir publicēts žurnālā Nature Physics.
Mehuls Maliks, eksperimentālais fiziķis un fizikas profesors Heriot-Watt universitātes Inženieru un fizikālo zinātņu skolā Apvienotajā Karalistē, skaidro: "Gaisma var pārnēsāt milzīgu informācijas daudzumu un optiskās shēmas, kas aprēķina ar gaismu, nevis ar gaismu. elektrība, tiek uzskatīti par nākamo lielo lēcienu skaitļošanas tehnoloģijā."
"Bet, tā kā optiskās shēmas kļūst lielākas un sarežģītākas, tās ir arvien grūtāk kontrolēt un izgatavot, kas var ietekmēt to veiktspēju. Mūsu pētījumi parāda citu, vispārīgāku pieeju optisko ķēžu projektēšanai, izmantojot dabā sastopamus procesus."
Profesors Mehul Malik un viņa komanda veica pētījumus, izmantojot komerciālas optiskās šķiedras. Šāda veida šķiedra, ko plaši izmanto visā pasaulē, lai pārraidītu internetu uz atsevišķām mājām un uzņēmumiem, ir plānāka par cilvēka mata platumu un datu pārraidei izmanto gaismu.
Izmantojot gaismas dabiskās izkliedes īpašības optiskajās šķiedrās, viņi atklāja, ka optiskās shēmas šķiedrās var ieprogrammēt ļoti precīzi.
"Kad gaisma iekļūst optiskajā šķiedrā, tā sarežģītos veidos izkliedējas un sajaucas. Izprotot šo sarežģīto procesu un precīzi veidojot gaismu, kas nonāk šķiedrā, mēs esam atraduši veidu, kā šajā haosā izveidot gaismas ķēdes."
Optiskās shēmas ir ļoti svarīgas kvantu tehnoloģiju nākotnei, kas ir izstrādātas mikroskopiskā līmenī, strādājot ar atsevišķiem atomiem vai fotoniem (gaismas daļiņām). Šīs tehnoloģijas ietver jaudīgus kvantu datorus ar milzīgu apstrādes jaudu un kvantu sakaru tīklus, kurus nevar uzlauzt.
Prof. Mehuls Maliks skaidro: "Piemēram, optiskās shēmas ir vajadzīgas kvantu sakaru tīklu beigās, lai informāciju varētu izmērīt pēc lielu attālumu nobraukšanas. Tās ir arī svarīga kvantu datoru sastāvdaļa, lai veiktu sarežģītus aprēķinus par gaismas daļiņām."
Kvantu datori sola ievērojamus panākumus tādās jomās kā zāļu izstrāde, klimata prognozēšana un kosmosa izpēte. Mašīnmācība - mākslīgais intelekts - ir vēl viena joma, kurā optiskās shēmas tiek izmantotas, lai ātri apstrādātu lielu datu apjomu.
Prof. Mehuls Maliks norāda, ka gaismas spēks slēpjas tās daudzdimensionalitātē: "Mēs varam iekodēt daudz informācijas par vienu gaismas daļiņu. Tās telpisko struktūru, laika struktūru, krāsu. Ja jūs varat aprēķināt visas šīs īpašības plkst. tajā pašā laikā jūs varat atbrīvot milzīgu apstrādes jaudu."
Pētnieki arī parādīja, kā viņu programmējamās optiskās shēmas var izmantot, lai manipulētu ar kvantu sapīšanu. Šī ir parādība, kurā divas vai vairākas kvantu daļiņas, piemēram, fotoni, paliek savienotas pat tad, ja tās atrodas tālu viena no otras. Sajaukšanai ir svarīga loma daudzās kvantu tehnoloģijās, piemēram, kļūdu labošanā kvantu datoros un visdrošāko kvantu šifrēšanas veidu ieviešanā.
Prof. Mehuls Maliks un viņa pētnieku grupa Heriot-Watt Universitātes Beyond Binary Quantum Information Laboratory veica pētījumu kopā ar zinātniekiem no tādām iestādēm kā Lundas Universitāte Zviedrijā, Sapienza Universitāte Romas Itālijā un Tventes Universitāte Nīderlandē.
Pētījumu finansēja QuantERA, vadošais Eiropas tīkls, kurā ietilpst 39 publiskās pētniecības finansēšanas organizācijas (rfo) no 31 valsts, tostarp Austrijas Pētniecības veicināšanas aģentūra (FFG) - Austrijas nacionālā industriālās pētniecības un attīstības finansēšanas aģentūra; un Eiropas Pētniecības padome (ERC) — ES finansēšanas organizācija progresīvajiem pētījumiem.