Cercetătorii dezvoltă un cip fotonic programabil pentru detectarea proprietăților topologice ale dispozitivelor optice
În fibrele optice, cipurile și alte dispozitive care ghidează lumina, defectele minore pot împrăștia fotonii și pot perturba traseul acestora. Un studiu recent demonstrează o metodă prin care pot fi relevate proprietăți ce ajută comportamentul undelor luminoase să reziste acestor imperfecțiuni în anumite sisteme. Metoda ar putea accelera căutarea de noi tipuri de electronice și tehnologii optice și ar putea contribui la dispozitive cuantice mai fiabile.
Cercetătorii de la Institutul Regal de Tehnologie KTH au prezentat, într-un articol publicat în Physical Review Letters, un cip programabil capabil să detecteze și să măsoare „proprietăți topologice” — caracteristici ale comportamentului undelor care nu se schimbă atunci când sistemul este modificat. Ali Elshaari, profesor asociat la KTH, explică faptul că înțelegerea acestor proprietăți poate ajuta dispozitivele să funcționeze în ciuda imperfecțiunilor.
Proprietățile topologice pot face materialele neobișnuit de stabile, spune Elshaari. „Când le explic topologia studenților, încep cu un nod într-o frânghie”, afirmă el. „O poți întinde, răsuci sau scutura, dar nodul rămâne până când tai frânghia. Fizicienii au descoperit că unele materiale și dispozitive poartă noduri similare în modul în care undele se deplasează prin ele.”
Andrea Cataldo, doctorand la KTH și autor principal al studiului, spune că acest tip de stabilitate este atractiv pentru tehnologiile care trebuie să funcționeze în ciuda zgomotului și a defectelor, cum ar fi electronicele viitoare și dispozitivele cuantice. „În lumea reală, fiecare sistem pierde energie”, explică Cataldo. „Așadar avem nevoie de metode pentru a studia aceste proprietăți în condiții realiste.”
Cipul bazat pe lumină poate imita sistemele care pierd energie și poate releva direct proprietățile lor stabile ascunse, adaugă el. Cipul a distins în mod fiabil cazurile „cu noduri” (topologice) de cele obișnuite și a detectat, de asemenea, un punct special în care sistemele cu pierderi de energie se comportă în moduri neobișnuite, numit punct excepțional.
„Folosim un truc matematic pentru a rula sistemul cu pierderi pe cip fără a pierde efectiv semnalul”, spune Cataldo. Cercetătorii compară apoi lumina cu fascicule de referință — o abordare pe care o aseamănă cu acordarea unui instrument după o notă de referință. „Aceasta ne permite să citim informația ascunsă chiar și atunci când pierderea de energie ar ascunde-o în mod normal”, afirmă el.
Deoarece cipul poate fi reprogramat, pe un singur dispozitiv pot fi testate numeroase scenarii diferite. Studiul, intitulat „Interferometric readout of momentum-space topology in a programmable dissipative photonic circuit”, a fost publicat în Physical Review Letters și este disponibil și pe arXiv.
