Новое программируемое устройство открывает возможности для управления квантовым светом

Новости МирТесен

Сотрудники NTT Research, Корнелльского и Стэнфордского университетов создали первое в мире программируемый нелинейный фотонный волновод, который позволяет изменять оптические характеристики непосредственно на чипе. Эта разработка разрушает устоявшуюся концепцию, согласно которой оптические приборы выполняют только одну функцию, которая доминировала в оптике на протяжении многих лет.

«Полученные данные свидетельствуют о том, что мы отказываемся от традиционной модели нелинейной оптики, в которой функциональность устройства определяется и закрепляется при его изготовлении », — отметил ведущий автор исследования Рётацу Янагимото, работающий в NTT Research.

Фотонные устройства, используемые ранее, способны выполнять только одну заранее определенную функцию. Любое изменение функциональности предполагает использование дополнительного физического компонента, что приводит к усложнению конструкции, увеличению стоимости производства и уменьшению доли годной продукции.

Новая технология разработана на базе нитрида кремния и обеспечивает возможность динамического изменения оптических характеристик устройства. Для этого на чип воздействуют специальными световыми узорами. Проекция этих узоров создает управляемые области нелинейности, которые и определяют текущую функцию прибора. Изменение схемы освещения позволяет мгновенно переводить устройство между различными нелинейно-оптическими режимами.

Ученые представили множество практических применений, включая формирование оптических импульсов произвольной формы, регулируемое удвоение частоты, голографическую генерацию пространственно-спектральных структур света и даже возможность восстановления нелинейно-оптических функций в режиме реального времени.

Новинка обладает значительным потенциалом: прогнозируется, что к 2035 году объем рынка интегральных фотонных схем составит 50 миллиардов долларов, затронув области телекоммуникаций, квантовых технологий, сенсоров и лидаров. Возможность программирования фотонных устройств уже после их создания позволит сократить расходы на исследования и производство, повысить процент годной продукции и сделать оптические системы более компактными и экономичными.

Особое значение имеют последствия для квантовых компьютеров, поскольку программируемые источники квантового света и преобразователи частоты способны существенно повысить их вычислительные возможности и сетевой потенциал. В области телекоммуникаций данная технология позволит создавать настраиваемые источники света для сетей 5G и разрабатываемого стандарта 6G.

Ученые намерены продолжить совершенствование технологии, приспосабливая ее для включения в другие материалы и изучая потенциал выполнения квантовых операций.

Объединение усилий физиков и специалистов в области информатики позволяет значительно повысить гибкость и производительность вычислений, основанных на использовании света.