Наше восприятие окружающего мира ограничено тремя пространственными измерениями, поэтому этими же тремя измерениями в большинстве случаев ограничены и все созданные ранее и создаваемые сейчас людьми технологии. Однако, группе ученых из Национального университета Иокогамы, Япония, удалось создать искусственное пространственное измерение в схеме фотонного топологического чипа, что, в свою очередь, позволило значительно расширить возможности этой перспективной технологии.
Структура фотонного чипа
© Yokohama National University
Топологические свойства материалов или каких-нибудь устройств имеют отношение к их геометрии, к форме, находящееся в постоянном искажении и искривлении, такой, как, к примеру, форма ленты Мебиуса. Свойства материалов в местах таких искажений претерпевают значительные изменения, что позволяет вызывать в этих местах явления высокого порядка сложности. Увеличение пространственной сложности в реальном мире, как, к примеру, при переходе от простой линии к квадрату, а затем и к кубу, несет увеличение заключенной во всем этом информации, но и требует также увеличения сложности описания всего этого.
Основой фотонного чипа, который стараниями японских ученых получил дополнительное измерение, является кольцевой кремниевый резонатор. Искусственное измерение было внедрено в фотонный чип путем создания некоторых дополнительных элементов, которые были изготовлены по технологии CMOS и представляли собой нечто наподобие ячеек памяти. Кольцевой оптический резонатор, который является достаточно распространенным типом устройства для контроля и разделения света, приобрел несколько новых возможностей благодаря наличию дополнительных элементов.
Максимальным изменениям подвергся оптический спектр кольцевого резонатора, который стал напоминать “зубья расчески”, т.е. стал похож на спектр так называемой оптической гребенки. Особенности спектра резонатора не соответствуют ни одной из существующих моделей, однако они полностью вписываются в наложение эффектов от двух условно одномерных фотонных моделей, одна из которых является проявлением искусственного синтетического измерения.
Первый топологический фотонный чип имеет всего одно кольцо резонатора, но, согласно информации от японских исследователей, в схему чипа может быть включено большее количество резонаторов, которые создадут уникальный каскадный эффект и позволят реализовать весьма сложную обработку оптических сигналов.
Как уже упоминалось выше, дополнительные элементы, включенные в состав фотонного чипа, являются своего рода устройствами памяти. Записывая в эти ячейки различные уровни сигнала, становится возможным изменение свойств оптического резонатора прямо во время работы. Это, в свою очередь, дает ученым в руки инструмент для обхода ограничений нашего обычного трехмерного пространства, создания и изучения явлений, происходящих за пределами трех измерений.
“В будущем мы планируем собрать обычные топологические фотонные элементы, элементы с дополнительными измерениями и создать на их основе топологический фотонный интегральный чип” – пишут исследователи, – “Сейчас мы даже не представляем, как будет работать такой чип, но это точно можно будет охарактеризовать выражением “магия высоких технологий””.
Статья опубликована в журнале Science Advances
Источник: dailytechinfo.org
