Naujas proveržis optinių grandinių programavimo srityje: šviesos skaičiavimas naudojant ploną pluoštą

Neseniai Heriot-Watt universiteto (JK) mokslininkai atrado galingą naują optinių grandinių programavimo metodą.
Šis metodas gali atlikti lemiamą vaidmenį įgyvendinant ateities technologijas, tokias kaip nesulaužomi ryšio tinklai ir itin greiti kvantiniai kompiuteriai. Tyrimas dabar buvo paskelbtas žurnale Nature Physics.
Mehulis Malikas, eksperimentinis fizikas ir fizikos profesorius Heriot-Watt universiteto Inžinerijos ir fizinių mokslų mokykloje Jungtinėje Karalystėje, aiškina: „Šviesa gali nešti didžiulį kiekį informacijos ir optines grandines, kurios skaičiuoja su šviesa, o ne su šviesa. elektros energijos, laikomi kitu dideliu šuoliu skaičiavimo technologijų srityje.
"Tačiau, kadangi optinės grandinės tampa didesnės ir sudėtingesnės, jas vis sunkiau valdyti ir gaminti – tai gali turėti įtakos jų veikimui. Mūsų tyrimai rodo kitą, bendresnį požiūrį į optinių grandinių projektavimą, naudojant natūraliai vykstančius procesus."
Profesorius Mehul Malik ir jo komanda atliko tyrimus naudodami komercinius optinius pluoštus. Plačiai visame pasaulyje naudojamas internetui perduoti į individualius namus ir įmones, šio tipo pluoštas yra plonesnis nei žmogaus plauko plotis ir duomenims perduoti naudoja šviesą.
Pasinaudoję natūraliu šviesos sklaidos elgesiu optiniuose pluoštuose, jie nustatė, kad optines grandines skaidulose galima užprogramuoti labai tiksliai.
"Kai šviesa patenka į optinį pluoštą, ji išsklaido ir maišosi sudėtingais būdais. Suprasdami šį sudėtingą procesą ir tiksliai formuodami šviesą, patenkančią į šviesolaidį, radome būdą sukurti šviesos grandines šiame chaose."
Optinės grandinės yra labai svarbios kvantinių technologijų ateičiai, kurios yra sukurtos mikroskopiniu lygmeniu dirbant su atskirais atomais arba fotonais (šviesos dalelėmis). Šios technologijos apima galingus kvantinius kompiuterius, turinčius didžiulę apdorojimo galią, ir kvantinio ryšio tinklus, kurių negalima nulaužti.
Prof. Mehul Malik paaiškina: "Pavyzdžiui, optinės grandinės reikalingos kvantinio ryšio tinklų pabaigoje, kad informaciją būtų galima išmatuoti nukeliavus didelius atstumus. Jos taip pat yra pagrindinė kvantinių kompiuterių dalis, atliekant sudėtingus šviesos dalelių skaičiavimus."
Kvantiniai kompiuteriai žada didelę pažangą tokiose srityse kaip vaistų kūrimas, klimato prognozės ir kosmoso tyrinėjimai. Mašininis mokymasis – dirbtinis intelektas – yra dar viena sritis, kurioje optinės grandinės naudojamos norint greitai apdoroti didelius duomenų kiekius.
Prof. Mehul Malik pabrėžia, kad šviesos galia slypi jos daugiamatiškume: "Mes galime užkoduoti daug informacijos apie vieną šviesos dalelę. Jos erdvinę struktūrą, laiko struktūrą, spalvą. Jei galite apskaičiuoti visas šias savybes tuo pačiu metu galite atskleisti didžiulę apdorojimo galią.
Tyrėjai taip pat parodė, kaip jų programuojamos optinės grandinės gali būti naudojamos manipuliuoti kvantiniu susipynimu. Tai reiškinys, kai dvi ar daugiau kvantinių dalelių, tokių kaip fotonai, lieka sujungtos net tada, kai yra toli viena nuo kitos. Įpainiojimas vaidina svarbų vaidmenį daugelyje kvantinių technologijų, tokių kaip klaidų taisymas kvantiniuose kompiuteriuose ir saugiausių kvantinio šifravimo tipų įgyvendinimas.
Prof. Mehul Malik ir jo tyrimų grupė iš Heriot-Watt universiteto Beyond Binary Quantum Information Laboratory atliko tyrimą su bendradarbiais mokslininkais iš tokių institucijų kaip Lundo universitetas Švedijoje, Sapienza universitetas Romoje (Italija) ir Twente universitetas Nyderlanduose.
Tyrimą finansavo QuantERA – pirmaujantis Europos tinklas, kurį sudaro 39 viešosios mokslinių tyrimų finansavimo organizacijos (rfo) iš 31 šalies, įskaitant Austrijos mokslinių tyrimų skatinimo agentūrą (FFG) – Austrijos nacionalinę pramonės tyrimų ir plėtros finansavimo agentūrą; ir Europos mokslinių tyrimų taryba (EMT) – ES finansuojanti organizacija pažangiausius mokslinius tyrimus.