Новая топология использует практически весь объём материала для передачи сигналов, а не только узкие границы, что может увеличить плотность будущих оптических и квантовых вычислительных устройств
Наука и космос032 минуты назад
Учёные из Китая создали фотонный чип с четырьмя независимыми каналами передачи сигналов, где световые волны могут перемещаться по всей структуре, а не лишь по её краям.
Эта новая архитектура решает одну из ключевых проблем топологической фотоники: ранее стабильные к дефектам каналы передачи света занимали только края материала, оставляя большую часть структуры без применения.
Основой этой разработки является топологическая фотоника — область, в которой свойства материалов позволяют создавать устойчивые каналы для распространения электромагнитных волн (включая свет и микроволны). В традиционных топологических структурах сигнал перемещается вдоль границы между двумя зонами с различными топологическими свойствами, что защищает его от отражений и потерь при изгибах или незначительных дефектах. Однако большая часть самого материала при этом не участвует в передаче информации.
Исследователи решили эту задачу с помощью структуры, напоминающей пчелиную соту, созданной из магнитных стержней. Вместо разделения материала на две области они изменили геометрию решётки, чтобы электромагнитные волны разделялись на два различных «долины» (valleys — состояния с различными значениями импульса внутри кристаллической решётки). Эти состояния функционируют как независимые каналы для движения волн внутри одного материала.
Учёные разработали 4 варианта такой структуры и объединили их в циклическую конфигурацию. Каждый участок одновременно выполняет две функции: пропускает сигнал в одном направлении и блокирует волну из соседнего канала, которая пытается двигаться в обратном направлении. В результате был создан топологический волновод без изолирующих промежутков с четырьмя параллельными однонаправленными каналами — по два для передачи сигналов в каждом направлении.
Работоспособность конструкции была проверена в микроволновом диапазоне: через созданную структуру передавались сигналы с информацией. Волны проходили через резкие повороты и узкие участки без заметного отражения назад или утечек в соседние каналы. Даже после преднамеренного изменения геометрии структуры однонаправленная передача сохраняла свою устойчивость.
По оценкам авторов, новая архитектура достигает 100% использования доступной площади для передачи сигнала, так как задействует не только границы, но и весь объём материала.
Для практических фотонных чипов технологию необходимо будет адаптировать к значительно более высоким оптическим частотам. Учёным также предстоит решить проблемы потерь в материалах и массового производства таких структур. Если эти задачи будут решены, то данный подход может позволить создавать более компактные фотонные устройства с увеличенной плотностью передачи данных для оптической связи, квантовых технологий и вычислительных систем.
Darth SaharaИсточники:NatureНаука и космос0Квантовые технологииОптические вычисленияМетаматериалыФотонные чипыТопологическая фотоника32 минуты назад
Источник