Optik Devre Programlamada Yeni Atılım: Saç İnceliğinde Fiberlerle Işık Hesaplama

Son zamanlarda Heriot-Watt Üniversitesi'ndeki (İngiltere) bilim adamları, optik devreleri programlamak için güçlü yeni bir yöntem keşfettiler.
Bu yöntem, kırılmaz iletişim ağları ve ultra hızlı kuantum bilgisayarlar gibi geleceğin teknolojilerinin hayata geçirilmesinde çok önemli bir rol oynayabilir. Araştırma şimdi Nature Physics dergisinde yayınlandı.
Birleşik Krallık'taki Heriot-Watt Üniversitesi Mühendislik ve Fizik Bilimleri Fakültesi'nde deneysel fizikçi ve fizik profesörü olan Mehul Malik şöyle açıklıyor: "Işık, büyük miktarda bilgi taşıyabilir ve optik devreler, ışık yerine ışıkla hesap yapar. elektrik, bilgi işlem teknolojisindeki bir sonraki büyük adım olarak görülüyor."
"Ancak optik devreler büyüdükçe ve karmaşıklaştıkça kontrol edilmesi ve üretilmesi giderek zorlaşıyor; bu da performanslarını etkileyebilir. Araştırmamız, doğal olarak oluşan süreçleri kullanarak optik devreleri tasarlamaya yönelik daha genel bir yaklaşımı ortaya koyuyor."
Profesör Mehul Malik ve ekibi araştırmalarını ticari optik fiberleri kullanarak gerçekleştirdi. İnterneti bireysel evlere ve işyerlerine iletmek için dünya çapında yaygın olarak kullanılan bu fiber türü, insan saçı genişliğinden daha incedir ve veri iletimi için ışık kullanır.
Işığın optik fiberlerdeki doğal saçılma davranışından yararlanarak, fiberlerin içindeki optik devrelerin çok hassas bir şekilde programlanabileceğini buldular.
"Işık bir optik fibere girdiğinde, karmaşık şekillerde dağılır ve karışır. Bu karmaşık süreci anlayarak ve fibere giren ışığı hassas bir şekilde şekillendirerek, bu kaosun ortasında ışık devreleri oluşturmanın bir yolunu bulduk."
Optik devreler, tek tek atomlar veya fotonlarla (hafif parçacıklar) çalışarak mikroskobik düzeyde tasarlanan kuantum teknolojilerinin geleceği açısından kritik öneme sahiptir. Bu teknolojiler arasında devasa işlem gücüne sahip güçlü kuantum bilgisayarlar ve hacklenemeyen kuantum iletişim ağları yer alıyor.
Prof. Mehul Malik şöyle açıklıyor: "Örneğin, kuantum iletişim ağlarının sonunda, bilginin uzun mesafeler kat edildikten sonra ölçülebilmesi için optik devrelere ihtiyaç vardır. Bunlar aynı zamanda hafif parçacıklar üzerinde karmaşık hesaplamalar yapmak için kuantum bilgisayarların da önemli bir parçasıdır."
Kuantum bilgisayarlar ilaç geliştirme, iklim tahmini ve uzay araştırmaları gibi alanlarda önemli ilerlemeler vaat ediyor. Makine öğrenimi (yapay zeka), büyük miktarda veriyi hızlı bir şekilde işlemek için optik devrelerin kullanıldığı başka bir alandır.
Prof. Mehul Malik, ışığın gücünün çok boyutluluğunda yattığına dikkat çekiyor: "Işığın tek bir parçacığına birçok bilgiyi kodlayabiliyoruz. Onun uzaysal yapısı, zamansal yapısı, rengi. Eğer tüm bu özellikleri aynı anda hesaplayabilirseniz. aynı zamanda muazzam işlem gücünü açığa çıkarabilirsiniz."
Araştırmacılar ayrıca programlanabilir optik devrelerinin kuantum dolaşıklığı manipüle etmek için nasıl kullanılabileceğini gösterdi. Bu, fotonlar gibi iki veya daha fazla kuantum parçacığının birbirlerinden çok uzakta olsalar bile bağlı kaldığı bir olgudur. Dolaşıklık, kuantum bilgisayarlardaki hataların düzeltilmesi ve en güvenli kuantum şifreleme türlerinin uygulanması gibi birçok kuantum teknolojisinde önemli bir rol oynar.
Mehul Malik ve Heriot-Watt Üniversitesi'nin Ötesi İkili Kuantum Bilgi Laboratuvarı'ndaki araştırma grubu, çalışmayı İsveç'teki Lund Üniversitesi, İtalya'daki Roma Sapienza Üniversitesi ve Hollanda'daki Twente Üniversitesi gibi kurumlardan işbirliği yapan akademisyenlerle gerçekleştirdi.
Araştırma, 31 ülkeden 39 kamu araştırma finansman kuruluşundan (rfo) oluşan önde gelen bir Avrupa ağı olan QuantERA tarafından finanse edildi; bunlar arasında, Avusturya'nın endüstriyel araştırma ve geliştirme için ulusal finansman kurumu olan Avusturya Araştırma Teşvik Ajansı (FFG); ve Avrupa Araştırma Konseyi (ERC) - AB'nin ileri düzey araştırmalara yönelik fon sağlayan kuruluşu.