Novi proboj u programiranju optičkih kola: Lagano računarstvo sa vlaknima tankim kao kosa

Nedavno su naučnici sa Univerziteta Heriot-Watt (UK) otkrili moćnu novu metodu za programiranje optičkih kola.
Ova metoda može igrati ključnu ulogu u realizaciji budućih tehnologija kao što su neraskidive komunikacione mreže i ultrabrzi kvantni računari. Istraživanje je sada objavljeno u časopisu Nature Physics.
Mehul Malik, eksperimentalni fizičar i profesor fizike na Fakultetu za inženjerstvo i fizičke nauke na Univerzitetu Heriot-Watt u Ujedinjenom Kraljevstvu, objašnjava: "Svjetlost može nositi ogromnu količinu informacija i optičkih kola, koja računaju sa svjetlom, a ne električna energija, smatra se sljedećim velikim skokom u računarskoj tehnologiji."
"Ali kako optička kola postaju sve veća i složenija, sve ih je teže kontrolisati i proizvesti - što može uticati na njihove performanse. Naše istraživanje pokazuje drugi, opštiji pristup dizajniranju optičkih kola, koristeći prirodne procese."
Profesor Mehul Malik i njegov tim proveli su svoje istraživanje koristeći komercijalna optička vlakna. Široko korišćena širom sveta za prenos interneta do pojedinačnih domova i preduzeća, ova vrsta vlakana je tanja od širine ljudske kose i koristi svetlost za prenos podataka.
Koristeći prednost prirodnog ponašanja raspršenja svjetlosti u optičkim vlaknima, otkrili su da se optička kola unutar vlakana mogu programirati na vrlo precizan način.
"Kada svjetlost uđe u optičko vlakno, ona se raspršuje i miješa na složene načine. Razumijevanjem ovog složenog procesa i preciznim oblikovanjem svjetlosti koja ulazi u vlakno, pronašli smo način da napravimo svjetlosna kola usred ovog haosa."
Optička kola su kritična za budućnost kvantnih tehnologija, koje su dizajnirane na mikroskopskom nivou radeći sa pojedinačnim atomima ili fotonima (svjetlosnim česticama). Ove tehnologije uključuju moćne kvantne računare sa ogromnom procesorskom snagom i kvantne komunikacione mreže koje se ne mogu hakovati.
Prof. Mehul Malik objašnjava: "Na primjer, optička kola su potrebna na kraju kvantnih komunikacijskih mreža kako bi se informacije mogle mjeriti nakon putovanja na velike udaljenosti. Oni su također ključni dio kvantnih računara za izvođenje složenih proračuna na svjetlosnim česticama."
Kvantni kompjuteri obećavaju značajan napredak u oblastima kao što su razvoj lijekova, predviđanje klime i istraživanje svemira. Mašinsko učenje – umjetna inteligencija – je još jedna oblast u kojoj se optička kola koriste za brzu obradu velikih količina podataka.
Prof. Mehul Malik ističe da moć svjetlosti leži u njenoj multidimenzionalnosti: "Možemo kodirati mnogo informacija o jednoj čestici svjetlosti. Njenu prostornu strukturu, vremensku strukturu, njenu boju. Ako možete izračunati sva ova svojstva na istovremeno možete osloboditi ogromnu moć obrade."
Istraživači su također pokazali kako se njihova programabilna optička kola mogu koristiti za manipuliranje kvantnom isprepletenošću. Ovo je fenomen u kojem dvije ili više kvantnih čestica, poput fotona, ostaju povezane čak i kada su daleko jedna od druge. Preplitanje igra važnu ulogu u mnogim kvantnim tehnologijama, kao što je ispravljanje grešaka unutar kvantnih računara i implementacija najsigurnijih tipova kvantnog šifrovanja.
Prof. Mehul Malik i njegova istraživačka grupa u laboratoriji Beyond Binary Quantum Information Laboratory Univerziteta Heriot-Watt proveli su studiju sa saradnicima sa institucija kao što su Univerzitet Lund u Švedskoj, Univerzitet Sapienza u Rimu u Italiji i Univerzitet Twente u Holandiji.
Istraživanje je finansirala QuantERA, vodeća evropska mreža od 39 javnih organizacija za finansiranje istraživanja (rfo) iz 31 zemlje, uključujući Austrijsku agenciju za promociju istraživanja (FFG) - austrijsku nacionalnu agenciju za finansiranje industrijskog istraživanja i razvoja; i Evropski istraživački savjet (ERC) - organizacija EU koja finansira najsavremenija istraživanja.