Нов пробив в програмирането на оптични вериги: леки изчисления с тънки като косъм влакна

Наскоро учени от университета Heriot-Watt (Великобритания) откриха мощен нов метод за програмиране на оптични схеми.
Този метод може да играе решаваща роля в реализирането на бъдещи технологии като неразбиваеми комуникационни мрежи и свръхбързи квантови компютри. Изследването вече е публикувано в списанието Nature Physics.
Мехул Малик, експериментален физик и професор по физика в Училището по инженерни и физически науки към университета Heriot-Watt в Обединеното кралство, обяснява: „Светлината може да носи огромно количество информация и оптични вериги, които изчисляват със светлина, а не електричество, се разглеждат като следващия голям скок в компютърните технологии."
"Но тъй като оптичните вериги стават по-големи и по-сложни, те са все по-трудни за контролиране и производство - което може да повлияе на тяхната производителност. Нашето изследване демонстрира друг, по-общ подход към проектирането на оптични вериги, използвайки естествено възникващи процеси."
Професор Мехул Малик и неговият екип проведоха изследването си, използвайки търговски оптични влакна. Широко използван по света за пренос на интернет до отделни домове и фирми, този тип влакно е по-тънко от ширината на човешки косъм и използва светлина за предаване на данни.
Като се възползват от естественото поведение на разсейване на светлината в оптичните влакна, те откриха, че оптичните вериги във влакната могат да бъдат програмирани по много прецизен начин.
„Когато светлината навлезе в оптично влакно, тя се разпръсква и смесва по сложни начини. Чрез разбирането на този сложен процес и прецизното оформяне на светлината, която навлиза във влакното, ние открихме начин да създадем вериги от светлина сред този хаос.“
Оптичните вериги са критични за бъдещето на квантовите технологии, които са проектирани на микроскопично ниво чрез работа с отделни атоми или фотони (светлинни частици). Тези технологии включват мощни квантови компютри с огромна процесорна мощност и квантови комуникационни мрежи, които не могат да бъдат хакнати.
Проф. Мехул Малик обяснява: "Например, оптичните вериги са необходими в края на квантовите комуникационни мрежи, така че информацията да може да бъде измерена след пътуване на дълги разстояния. Те също са ключова част от квантовите компютри за извършване на сложни изчисления върху светлинни частици."
Квантовите компютри обещават значителен напредък в области като разработване на лекарства, прогнозиране на климата и изследване на космоса. Машинното обучение - изкуственият интелект - е друга област, в която оптичните схеми се използват за бърза обработка на големи количества данни.
Проф. Мехул Малик посочва, че силата на светлината се крие в нейната многоизмерност: „Можем да кодираме много информация за една частица светлина. Нейната пространствена структура, нейната времева структура, нейният цвят. Ако можете да изчислите всички тези свойства на в същото време можете да освободите огромна процесорна мощност."
Изследователите също така показаха как техните програмируеми оптични схеми могат да се използват за манипулиране на квантовото заплитане. Това е феномен, при който две или повече квантови частици, като фотони, остават свързани дори когато са далеч една от друга. Заплитането играе важна роля в много квантови технологии, като коригиране на грешки в квантовите компютри и прилагане на най-сигурните типове квантово криптиране.
Проф. Мехул Малик и неговата изследователска група в лабораторията Beyond Binary Quantum Information Laboratory на университета Heriot-Watt проведоха проучването със сътрудничещи учени от институции като университета Лунд в Швеция, университета Сапиенца в Рим в Италия и университета на Твенте в Холандия.
Изследването е финансирано от QuantERA, водеща европейска мрежа от 39 обществени организации за финансиране на научни изследвания (rfo) от 31 държави, включително Австрийската агенция за насърчаване на научните изследвания (FFG) - националната агенция за финансиране на индустриални изследвания и развитие на Австрия; и Европейския съвет за научни изследвания (ERC) - организацията на ЕС за финансиране на авангардни изследвания.