Topologinen eriste fotonien reitittäjäksi

Tutkijoiden siru rakentuu soikeiden renkaiden mosaiikista. "Pumppaamalla" yksittäisiä renkaita ulkoisella laserilla, kyetään määrittelemään dynaamisesti uudelleen fotonien kulkema reitti.

Topologiset eristeet ovat peliä muuttavaa materiaaliluokka; varautuneet hiukkaset voivat virrata vapaasti sen reunoilla ja kulkea vikoja kiertäen, mutta eivät pääse sisätilojen läpi.

Pennsylvanian yliopiston johdolla tutkijat ovat osoittaneet tavan toteuttaa sen lupausta fotoniikan parissa. He ovat osoittaneet ensimmäistä kertaa topologiselle eristeelle tavan hyödyntää sen koko jalanjälkeään.

Fotonisirut lupaavat parempia datansiirtonopeuksia mutta niiden rakentamiseen tarvittavat komponentit ovat huomattavasti suurempia kuin elektroniset vastineensa.

Fotoninen topologinen eriste, jonka reunat voidaan määritellä uudelleen lennossa, auttaisi kuitenkin ratkaisemaan koko-ongelmaa. Mahdollisuus reitittää topologista mosaiikkia tarkoittaa, että materiaalin molempia tiloja voidaan käyttää datalinkkien tehokkaaseen rakentamiseen.

"Tällä voi olla melkoinen vaikutus tiedonsiirron suuren kapasiteetin sovelluksiin, kuten 5G- tai jopa 6G-matkapuhelinverkkoihin", toteaa apulaisprofessori Liang Feng.

"Mielestämme tämä saattaa olla topologisten eristeiden ensimmäinen käytännöllinen sovellus", hän sanoo.

Tutkijoiden fotonisiru muodostuu soikeiden renkaiden mosaiikista. "Pumppaamalla" sirua ulkoisella laserilla, joka on suunnattu muuttamaan yksittäisten renkaiden fotonisia ominaisuuksia, he kykenevät muuttamaan, mitkä näistä renkaista muodostavat aaltojohteen rajat.

Tuloksena on uudelleen konfiguroitava topologinen eriste. Vaihtamalla pumppauskuvioita eri suuntiin ajettavat fotonit voidaan reitittää eri reiteille, jolloin useidenkin datapakettien fotonit voivat kulkea sirun läpi samanaikaisesti.

"Voimme määrittää reunat siten, että fotonit voivat siirtyä mistä tahansa tuloportista mihin tahansa lähtöporttiin tai jopa useaan ulostuloon kerrallaan. Tämä tarkoittaa, että porttien ja jalanjälkien suhde on vähintään kaksi suuruusluokkaa suurempi kuin nykytekniikan mukaisilla fotonisilla reitittimillä ja kytkimillä."

"Lisäksi järjestelmä sietää myös odottamattomia vikoja. Jos esimerkiksi yksi renkaista on vaurioitunut pölystä tai roskasta, tämä vaurio tekee vain uuden sarjan reunoja, joita pitkin voimme siirtää fotoneita", toteavat tutkijat.

Koska järjestelmä vaatii sirun ulkopuolisen laserlähteen aaltoputkien muodon määrittelemiseksi uudelleen, tutkijan järjestelmä ei ole vielä riittävän pieni käyttökelpoiseksi datakeskuksissa tai muissa kaupallisissa sovelluksissa.

Seuraava askel ryhmälle onkin luoda nopea uudelleenkonfiguroinnin järjestelmä integroidulla tavalla. Aiheesta aiemmin:

Optista logiikkaa ja reititystä

Fotonisia muunnoksia aaltojohteissa ja kuiduissa

Tuplaytiminen kuitu datan reitittäjäksi