Kierteinen valo vapauttaa tiedonsiirtoa

03.03.2021

Berkeley-fotoninen-Kvantti-Hall-300-t.jpgEsitys multipleksoiduista antenneista, jotka emittoivat koherenttia valoa sen kiertoradan kulmamomenteilla (OAM).

Suurempi kuva

Kalifornian yliopiston Berkeleyn tutkijat ovat löytäneet uuden tavan hyödyntää valoaaltojen ominaisuuksia, tavalla joka voi lisätä radikaalisti niillä kannetun datan määrää.

He osoittivat erillisten kiertävien lasersäteiden emissioita samankeskisistä renkaista koostuvista antenneista, jotka ovat riittävän pieniä sopimaan tietokonesiruille.

"Tämä on ensimmäinen kerta, kun kierrettyä valoa tuottavat laserit on multipleksoitu suoraan ", kertoo tutkimuksen johtava tutkija Boubacar Kanté. "Raportoimamme tekniikka ylittää nykyiset datakapasiteetin rajoitukset valon kiertoradan kulmamomentilla. Se on iso muutostekijä, jolla on sovelluksia biologisessa kuvantamisessa, kvanttisalauksessa, suuren kapasiteetin viestinnässä ja antureissa."

Kanté toteaa myös, että nykyiset menetelmät signaalien siirtämiseksi sähkömagneettisilla aalloilla ovat saavuttamassa rajansa. Myös valoaallon polarisaation mahdollisuuksia hyödynnetään jo nykyään. Mutta taajuuden ja polarisaation lisäksi valon kiertoradan kulmamomentti tai OAM, on herättänyt tutkijoiden huomion, koska se tarjoaa eksponentiaalisesti suuremman datansiirtokapasiteetin.

"Valon pyörre, jolla on äärettömät vapausasteet, voi periaatteessa tukea rajoittamatonta datamäärää", Kanté toteaa. "Haasteena on ollut löytää tapa tuottaa loputtomasti OAM-säteitä luotettavasti.

Tutkijat valmistivat topologisesti erilaisien fotonisten rakenteiden antenninsa elektronisädelitografialla syövyttäen hilakuvion indiumgalliumarsenidifosfidiin ja sitoivat sen sitten yttriumrautagranaatista valmistettuun pintaan.

Rakenteessa hila muodostaa kvanttikaivot kolmen samankeskisen ympyrän muodossa fotonien ansoittamiseksi. Suunnitelma loi olosuhteet tukea fotonikvantti-Hall-ilmiötä. Se kuvaa fotonien liikettä magneettikenttää käytettäessä, pakottaen valoa kulkemaan renkaissa vain yhteen suuntaan.

"Yleensä on ajateltu, että kvantti-Hall-vaikutusta magneettikentällä voitaisiin käyttää elektroniikassa, mutta ei optiikassa optisten taajuuksien olemassa olevien materiaalien heikon magneettisuuden takia. Olemme ensimmäiset, jotka osoittavat, että kvantti-Hall-vaikutus toimii valolle, hehkuttaa Kante."

Soveltamalla magneettikenttää kohtisuoraan kaksiulotteiseen mikrorakenteeseen tutkijat loivat onnistuneesti kolme OAM-lasersädettä, jotka kulkevat pyöreillä kiertoradoilla pinnan yläpuolella. Tutkimus osoitti lisäksi, että lasersäteiden kvanttiluvut olivat peräti 276, eli kuinka monta kertaa valo kiertyy akselinsa ympäri yhdellä aallonpituudella.

"Suuremman kvanttiluvun saaminen on kuin enemmän kirjaimia käytettäväksi aakkosissa", Kanté tarkentaa. "Annamme valon laajentaa sanastoa. Tutkimuksessamme osoitimme tämän kyvyn tietoliikenteen aallonpituuksilla, mutta periaatteessa se voidaan sovittaa muille taajuuskaistoille. Vaikka olemme luoneet kolme laseria, kertoen datanopeuden kolmella, keilojen mahdolliselle määrälle ja datakapasiteetille ei ole rajoituksia."

Kantén mukaan seuraava askel on tehdä laboratoriossa kvantti-Hall-renkaita, jotka käyttävät sähköä teholähteenä.

Aiheesta aiemmin:

Kvantti spin Hall -ilmiö valossa

Magneettisuus pois ja päälle

27.03.2024Kvantti-interferenssi ja transistori
26.03.2024Robotti tarttuu lihanpalaan ja keskustelee kaverinsa kanssa
25.03.2024Piin kanssa yhteensopivia magneettisia pyörteitä
23.03.2024Kaksitoiminen katalyytti tekee sen halvemmalla
22.03.2024Hiilinanoputket käyttöön
21.03.2024Fotonisirut valtaavat alaa
21.03.2024Uusi 2D-materiaalien maailma on avautumassa
19.03.2024Suprajohteet auttavat tietokoneita "muistamaan"
18.03.2024Kvanttimateriaalitutkimuksen uudet työkalut
16.03.2024Räjähtämätön vedyntuotantomenetelmä
15.03.2024Kvanttitietokoneita atomeihin perustuen
14.03.2024Elektronit vedessä ja särkyneinä
13.03.2024Sateenvarjo atomeille
12.03.2024Magnetismilla energiatehokasta laskentaa
11.03.2024Molekyylielekroniikan johteita ja kytkimiä
09.03.2024Elektroniikkaromusta kultaa edullisesti
09.03.2024Jännitystä aurinkoenergian keräämiseen
07.03.2024Kolmas ulottuvuus langattoman prosessoinnille
06.03.2024Mikroaaltoinen fotoniikkasiru nopeaan signaalinkäsittelyyn
05.03.2024Palonkestävä natriumakku
04.03.2024Polymeeripohjaiset viritettävät optiset komponentit
01.03.2024Tulevaisuuden kubitti luotiin kvanttiprosessoriin
29.02.2024Uudenlaisia ratkaisuja pienen koon tehokäyttöihin
28.02.2024Fotonien napakymppi ja tehokas ylösmuunnos
27.02.2024Elektroneja murto-osina grafeenissa
26.02.2024Elektronin ja fononin vuorovaikutuksen mysteeri
24.02.2024Entistä tehokkaampia aurinkokennoja
23.02.2024Uusi resepti kvanttisimuloinnille
22.02.2024Li-ion-johteita uuden suunnan kestäville akuille
21.02.2024Uusi laji magnetismia
20.02.2024Hyppivät atomit muistavat missä ne ovat olleet
19.02.2024Puolipallon muoto aurinkokennoon
17.02.2024Perovskiittiä vihreän vedyn tuotantoon
16.02.2024Fotoniikan nanovalmistusta printterillä
15.02.2024Neuromorfisia näkösensoreita
14.02.20242D-materiaaleista heterorakenteita
13.02.2024Magneettisten supervoimien vapauttaminen
12.02.2024Kvanttiedulla liikkuva maali
10.02.2024Antureita ympäristöhaittojen seurantaan
09.02.2024Kohti kvantti-internetiä ja kvanttiviestintää
08.02.2024Tehokkaita röntgensäteitä ja ultraviolettivaloa
07.02.2024Kubitti, jossa on sisäänrakennettu virheenkorjaus
06.02.2024Laskentaa valoaalloilla
05.02.20243D-tulostettu elektroninen iho ja näyttö
03.02.2024Läpimurto kvanttipisteisissä aurinkokennoissa
02.02.2024Äänikäyttöiset anturit säästävät miljoonia paristoja
01.02.2024Energiankeruuta ja kuvantamista samanaikaisesti
31.01.2024Pitkään kestäviä grafeenin laaksotiloja kubiteille
30.01.2024Pinoa neuroverkkojärjestelmiä rakennelohkoista
29.01.2024Vihreiden ledien tehokkuus paremmaksi
27.01.2024Ultranopea vetyvuodon anturi
26.01.2024Uusi ehdokas yleismuistiksi
25.01.2024Teollisesti valmistettava kvanttimuisti
24.01.2024Ensimmäinen topologinen kvanttipiiri
23.01.2024Grafeenista vihdoin toiminnallinen puolijohde
23.01.2024Lämpösähköä esineiden Internetille
20.01.2024Polttokenno toimii maaperässä ikuisesti
19.01.2024Tutkijat loivat loogisen kvanttiprosessorin
18.01.2024Kvanttilomittuminen ja topologia ovat erottamattomia
17.01.2024Tutkimus tasoittaa tietä paremmille metalliakuille
16.01.2024Ihmisen kuulojärjestelmä mallina yksijohtimiselle anturiryhmälle
15.01.2024Todennäköisyyspohjaisia tietokoneita ja tekoälyä
13.01.2024Valo välittää dataa sata kertaa nopeammin kuin Wi-Fi
12.01.2024More than Moore -konsepti
11.01.2024Korkeamman lämpötilan suprajohteiden kytkentää
10.01.2024Hiili tehostaa 2D-elektroniikkaa
09.01.2024Stokastista synkronia salaukseen ja neuroneille
08.01.2024Polymeeristä syntyy katalyyttikide
06.01.2024Kuupölystä aurinkokennoja
05.01.2024Kvanttipisteisiä aurinkosähkökennoja
04.01.2024Plasmoneita ja tekoälyä terahertsitutkimuksiin
03.01.2024Vetyä ja polymeeriä akkuihin
02.01.2024Aivomainen transistori jäljittelee ihmisen älykkyyttä
01.01.2024Yhdistetty "kilparata" mahdollistaa uuden optisen laitteen
29.12.2023Liukuvaa ferrosähköisyyttä ja timantteja
28.12.2023Magneto-optista materiaalia pii-integrointiin
27.12.2023Kvanttipisteanturi ei tarvitse ulkoista teholähdettä
22.12.2023Sähköistävä parannus kuparin johtavuuteen
21.12.2023Yksittäisestä 2D-materiaalista suprajohtava liitos
20.12.2023Nanoresonaattorit avaavat tietä kvanttiverkoille
19.12.2023Metapinta-antenni 6G:lle ja meta-atomeja
18.12.2023Atomintarkkaa 2D-materiaalien integrointia
16.12.2023Kvanttiakuissa rikotaan kausaliteetti
15.12.2023Hierarkkinen generatiivinen mallinnus autonomisille roboteille
14.12.2023Uusi näkemys moniarvoisten akkujen suunnitteluun
13.12.2023Optisella langattomalla ei ehkä enää ole esteitä
13.12.2023Fyysikot kvanttilomittavat yksittäisiä molekyylejä
12.12.2023Edullista tribosähköä ja aurinkokenno puumateriaalista
08.12.20232D-materiaaleista 3D-elektroniikkaa tekoälylaitteistoihin
07.12.2023Fotonikomponentteja RF-signaalin käsittelyyn
06.12.2023Elektromagnoniikasta uusi tiedonkäsittelyn alusta
05.12.2023Uusi alusta kvantti-informaation käsittelyyn
04.12.2023Lämpöä voidaan käyttää laskentaan
01.12.2023Askel biologian ja mikroelektroniikan integroinnille
30.11.2023Josephson-liitosten käyttö supravirran ohjaamiseen
29.11.2023Mikrotekniikkaa ja molekyylikemiaa aurinkokennoille
28.11.2023Materiaalien kehittelyä koneoppisella
27.11.2023Kaksiulotteisia magneetteja tietotekniikalle
25.11.2023Uusi jäähdytysmekanismi jääkaapeille ja jäähdytyslaitteille
24.11.2023Vangita elektroneja 3D-kiteeseen

Näytä lisää »