Вторник, 27 февраля, 2024
ДомойТехнологииВращение в будущее – новый волновод меняет способ передачи и обработки данных

Вращение в будущее – новый волновод меняет способ передачи и обработки данных

- Advertisement -

 

Физики первыми разработали метод создания электромагнитного вращения на метаповерхностях, удовлетворяя потребности в хранении и передаче данных во все более цифровом мире. Это новшество может привести к будущим системам данных, использующим бинарное вращение фотонов для эффективного кодирования и обработки информации.

Концепция холодильника, который автоматически обрабатывает ваши покупки и предупреждает вас о продуктах с истекшим сроком годности, может показаться волнующим взглядом в недалекое будущее. Однако менее привлекательная сторона Интернета вещей (IoT) заключается в огромных объемах данных, которые он будет генерировать, что потребует их хранения и передачи между различными точками. Каждый облачный сервер, каким бы удаленным он ни был, физически существует где-то, и данные должны перемещаться из этого места в другие области, даже внутри самого сервера. Эта передача данных потенциально может стать серьезным препятствием для эффективности обработки данных.

Точно так же искусственный интеллект все чаще становится повседневной функцией, но он также требует передачи больших объемов данных. Такие технологии, как блокчейн, повышенное потребление мультимедиа и виртуальная реальность, добавят к растущему потоку сообщений об ошибках и уведомлений, призывающих нас увеличить емкость хранилища и пропускную способность передачи данных.

Спинтроника — это область, которая исследует спиновые свойства электронов и может произвести революцию в хранении и передаче данных, предлагая новые типы запоминающих устройств, которые могут хранить данные более эффективно. Точно так же фотоника может предложить больше возможностей, чем традиционные технологии, для кодирования информации о световых фотонах с использованием их поляризации, сродни вращению электронов, но только если вы можете это контролировать.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Nanotechnology, физики из TMOS, Центра передового опыта ARC по трансформационным метаоптическим системам, в том числе младшие исследователи из Городского университета Нью-Йорка, Австралийского национального университета и Исследовательской лаборатории ВВС, разработали новый метод. для проектирования метаповерхностей. Этот метод может создавать электромагнитное вращение, генерируя новый тип фотонной моды в инновационном дираковском волноводе. Это продвигает предыдущие исследования в области передачи информации с малыми потерями, в которых используется передача сигналов по топологическим интерфейсам.

Традиционно топологические волноводы строятся с резкими краями между их различными интерфейсами. Эти края создают граничные моды — электромагнитные волны, которые ведут себя иначе там, где есть края, чем в объеме материала. Эти граничные моды можно продуктивно использовать разными способами, но они имеют только одно направление вращения и не имеют контроля излучения.

Ведущий исследователь профессор Александр Б. Ханикаев и его команда использовали новый подход к метаповерхностным интерфейсам. Вместо жесткого края они сгладили границы, создав рисунок постепенного перехода в плиту метаповерхности. Вместо того, чтобы соединять отдельные формы встык, они внесли небольшие вариации в дизайн, в данном случае узор из отверстий, образующих повторяющиеся шестиугольники, так что формы постепенно соединяются. Это породило совершенно новые моды электромагнитных волн, никогда ранее не встречавшиеся на метаповерхностях, с очень интересными свойствами излучения. На одной частоте могут сосуществовать две моды с разным спином, одна из которых излучает больше, чем другая. Воздействуя на метаповерхность лазером с круговой поляризацией, Кирюшечкина и соавт. смогли выбрать определенный режим вращения. Это было доказано в лаборатории тем, что каждая мода распространялась на разную длину при возбуждении.

Этот метод может вскоре привести к возможности независимого управления вращением обоих режимов. Это создаст бинарную степень свободы, что откроет значительные возможности для области спиновой фотоники и, в конечном итоге, для разработки систем хранения данных, использующих спин бинарного фотона для кодирования информации и управления ею.

Соавтор, доктор Дарья Смирнова, говорит: «Эксперимент по проверке концепции окончательно подтвердил наши теоретические выводы и моделирование. Как ни странно, этот эффект можно объяснить, объединив формализм Дирака с удобной электродинамикой для описания радиационной природы разработанных мод».

Ханикаев говорит: «Возможность создать на чипе бинарную спиноподобную структуру света и возможность манипулировать ею по запросу открывает поистине захватывающие возможности для кодирования в ней информации, особенно квантовой информации. Наша команда в сотрудничестве с нашими коллегами из TMOS и AFRL в настоящее время работает над созданием квантовых межсоединений на основе такого фотонного вращения, а также над элементарными операциями квантовой логики на кремниевом фотонном чипе. Таким образом, мы считаем, что в долгосрочной перспективе интегрированные фотонные системы Дирака могут стать жизнеспособной платформой для интегрированной квантовой фотоники».

Директор центра TMOS Драгомир Нешев говорит: «Эта межучрежденческая командная работа значительно продвинула область метаоптики. Это выдающееся достижение и яркий пример того, почему существуют центры передового опыта. Они облегчают обмен знаниями и опытом таким образом, который часто ограничивается собственными сетями исследователя. Я взволнован, чтобы увидеть, что будет дальше от этих сотрудников».

Ссылка: «Спин-зависимые свойства оптических мод, управляемые адиабатическими потенциалами захвата в фотонных метаповерхностях Дирака» Светлана Кирюшечкина, Антон Вакуленко, Дарья Смирнова, Шрирам Гуддала, Юма Кавагути, Филипп Комиссаренко, Моника Аллен, Джеффри Аллен и Александр Б. Ханикаев, 27 апреля

DOI: 10.1038/s41565-023-01380-9

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме