Fotoniikkaa topologisesti

Topologinen eriste multiplekserinä

Sveitsiläisen EPFL:n tutkijat ovat kehittäneet topologiaan perustuvan menetelmän, joka pakottaa mikroaaltofotonit kulkemaan yksisuuntaista reittiä vikakohdista ja esteistä huolimatta. Tämä löytö avaa tien uuden sukupolven suurtaajuuspiireille ja erittäin kestäville, pienikokoisille viestintälaitteille.

Suurempi kuva

Fotonihiukkasten osalta topologista ominaisuutta ei ole tähän asti voitu hyödyntää laajasti fotoniikkasovelluksissa.

Tämä voi kuitenkin pian muuttua, koska professori Romain Fleury ja hänen ryhmänsä suorittama tutkimus esittelee topologisen eristeen, jossa mikroaaltofotonien siirto voi selviytyä ennennäkemättömistä rakennehäiriöistä huolimatta.

”Pystyimme luomaan harvinaisen topologisen faasin, jota voidaan luonnehtia epänormaaliksi topologiseksi eristeeksi. Tämä faasi syntyy yhtenäisten ryhmien matemaattisista ominaisuuksista ja antaa materiaalille ainutlaatuisia ja odottamattomia siirto-ominaisuuksia”, toteaa tohtoriopiskelija Zhe Zhang.

Tämäntyyppiset topologiset piirit voivat olla erittäin hyödyllisiä seuraavan sukupolven viestintäjärjestelmien kehittämisessä. Löydön avulla voimme ottaa täysin erilaisen lähestymistavan käyttämällä topologiaa piirien ja laitteiden rakentamiseen tarvitsematta huolehtia impedanssin sovittamisesta - tekijä, joka rajoittaa uuden tekniikan laventamista, toteavat tutkijat yliopistonsa tiedotteessa.

Tutkijat työstävät nyt konkreettisia sovelluksia uudelle topologiselle eristeelleen ja sitä miten löytöä voitaisiin käyttää uudenlaisten fotonisten prosessorien ja kvanttitietokoneiden kehittämiseen.

Topologian voimaa hyödyntäen myös Joint Quantum Instituten ja Marylandin yliopiston (UMD) tutkijoiden yhteistyö on ehdottanut tapaa tehdä sirukokoisista taajuuskammoista kymmenen kertaa tehokkaampia.

"Topologia on noussut optiikan uudeksi suunnitteluperiaatteeksi viime vuosikymmenellä", Mohammad Hafezi sanoo, "ja se on johtanut moniin kiehtoviin uusiin ilmiöihin, joista osalle ei ole sähköistä vastinetta. Olisi kiehtovaa, jos näille ideoille löydettäisiin myös sovellus.”

Taajuuskammat muodostetaan mikrorengasresonaattoreiden avulla. Nämäkin tutkijat kumppaneineen ovat aikaisemmin kehittäneet mikrorengasoskillaattorien ryhmän, jossa on sisäänrakennettu topologinen suoja ja käyttäneet sitä yksittäisten fotonien tuottamiseen ja generoimaan lomittuneita fotoneja.

He miettivät, voisiko samantapaista kokoonpanoa - mikrorengasresonaattoreiden neliöhilaa, jossa on ylimääräisiä "linkki" renkaita - mukauttaa myös taajuuskampatekniikan parantamiseksi. Näin tehden he löysivät sopivat parametrit ja tehokkuuden, joka oli kymmenkertainen kuin on mahdollista yhden renkaan kammalla.

Jos tällainen kampa valmistetaan, siitä voi tulla tärkeä useiden avainteknologioiden tulevalle kehitykselle. Parempi hyötysuhde voisi hyödyttää sovelluksia, kuten LIDAR tai kompaktit optiset kellot. Lisäksi pienen etäisyyden omaavien alahampaiden läsnäolo jokaisen yksittäisen hampaan ympärillä voisi esimerkiksi tuoda lisää siirtokanavia WDM-siirtoon.

Aiheesta aiemmin:

Topologinen fotoni-fononi -läpimurto

Topologia avuksi fotoniikkaan

Laser ja mikrokampa samalle sirulle