Ohjelmoitava epälineaarinen fotoniikkapiiri

NTT Researchin fysiikan ja informatiikan (PHI) laboratorio on yhteistyössä Cornellin ja Stanfordin yliopistojen kanssa kehittänyt maailman ensimmäisen ohjelmoitavan epälineaarisen fotonisen aaltojohteen, joka voi vaihtaa useiden epälineaaristen optisten toimintojen välillä yhdellä sirulla.

Läpimurto muuttaa perusteellisesti epälineaaristen fotonisten laitteiden toimintaa ja rikkoo "yksi laite, yksi toiminto" -paradigman ja laajentaa merkittävästi viritettävien valonlähteiden, optisen ja kvanttilaskennan sekä tietoliikenteen sovelluksia.

”Ensimmäistä kertaa on luotu polku eteenpäin epälineaarisen optiikan soveltamiseksi laajamittaisiin optisiin piireihin, uudelleenkonfiguroitavaan kvanttitaajuusmuunnokseen, mielivaltaisiin optisiin aaltomuotojen syntetisaattoreihin ja laajasti viritettäviin klassisiin ja kvanttivalonlähteisiin – jotka kaikki ovat elintärkeitä edistyneen laskenta- ja tietoliikenneinfrastruktuurin mahdollistamiseksi.” toteaa tutkimusta johtanut 

NTT Researchin Ryotatsu Yanagimoto

Kehitetty ohjelmoitava epälineaarinen aaltojohde hyödyntää piinitridiydintä, jonka epälineaarisuutta voidaan dynaamisesti muokata strukturoitujen valokuvioiden avulla. Kun laitteeseen projisoidaan strukturoitua, ohjelmoitavaa valoa, se luo tiettyjä optisen epälineaarisuuden kuvioita, jotka määrittävät sen toiminnan. Erilaiset valokuviot mahdollistavat erilaisia ​​epälineaarisia optisia toimintoja, kaikki samalla fyysisellä sirulla, nopeasti uudelleenkonfiguroitavalla tavalla.

Tämä teknologia on erityisen lupaava useilla nopeasti kasvavilla markkinoilla, mukaan lukien kvanttilaskennan, sillä ohjelmoitavat kvanttitaajuusmuuntimet ja kvanttivalonlähteet voisivat mahdollistaa joustavammat laskennalliset arkkitehtuurit ja paremmat kvanttiverkko-ominaisuudet. Televiestinnässä laajasti viritettävät valonlähteet ja mielivaltaiset aaltomuotogeneraattorit voisivat parantaa 5G- ja 6G-infrastruktuuria sekä optisia tietoliikennejärjestelmiä.

Tällä työllä on useita mahdollisia kehityssuuntia. Ensinnäkin kehitettyjä tekniikoita voitaisiin käyttää ohjelmoitavien epälineaarisuuksien "täydentämiseen" laajassa valikoimassa olemassa olevia fotonisia laitteita, suunnittelemalla emergenttejä funktioita hyödyntämällä niiden vuorovaikutusta alkuperäisten funktioiden kanssa.

Toiseksi tässä työssä hyödynnettiin suhteellisen tuntematonta fysikaalista ilmiötä – sähkökentän aiheuttamia epälineaarisuuksia – ohjelmoitavan epälineaarisuuden toteuttamiseksi, mutta sen täysi potentiaali on edelleen tuntematon; materiaalien jatkotutkimus tällä saralla voisi laajentaa tämän teknologian laajuutta merkittävästi.

Lopuksi, tässä työssä tehdyt demonstraatiot rajoittuivat klassisiin epälineaarisiin optisiin funktioihin. Ohjelmoitavien kvanttifunktioiden demonstroinnilla olisi merkittävä vaikutus alaan.

Aiheesta aiemmin:

Valon voiman ja vaiheen itsenäinen hallinta sähköisesti

Normaalit metallit saatu toimimaan eksoottisesti

Parantaa sähköoptista suorituskykyä III-V-puolijohteissa