Forskere regner med lys inde i hårtynde optiske fibre

"Når lys kommer ind i en optisk fiber, bliver det spredt og blandet på komplekse måder," forklarer professor Malik. "Ved at lære denne komplekse proces og præcist forme lyset, der kommer ind i den optiske fiber, har vi fundet en måde at omhyggeligt konstruere et kredsløb for lys inde i denne lidelse."

Optiske kredsløb er afgørende for udviklingen af ​​fremtidige kvanteteknologier - som er konstrueret på et mikroskopisk niveau ved at arbejde med individuelle atomer eller fotoner - lyspartikler. Disse teknologier omfatter kraftige kvantecomputere med enorm processorkraft og kvantekommunikationsnetværk, der ikke kan hackes.

"Optiske kredsløb er nødvendige for enden af ​​kvantekommunikationsnetværk, for eksempel, så informationen kan måles, efter at den har rejst lange afstande," forklarer professor Malik. "De er også en vigtig del af en kvantecomputer, hvor de bruges til at udføre komplekse beregninger med partikler af lys."

Kvantecomputere forventes at åbne op for store fremskridt inden for områder, herunder udvikling af lægemidler, klimaforudsigelser og rumudforskning. Maskinlæring – kunstig intelligens – er et andet område, hvor optiske kredsløb bruges til at behandle enorme mængder data meget hurtigt.

Professor Malik sagde, at lysets kraft var i dets mange dimensioner.

"Vi kan kode en masse information på en enkelt partikel af lys," forklarede han. "På dens rumlige struktur, på dens tidsmæssige struktur, på dens farve. Og hvis du kan beregne med alle disse egenskaber på én gang, låser det op for en enorm mængde processorkraft."

Forskerne viste også, hvordan deres programmerbare optiske kredsløb kan bruges til at manipulere kvantesammenfiltring, et fænomen, når to eller flere kvantepartikler - såsom fotoner af lys - forbliver forbundet, selv når de er adskilt af store afstande. Entanglement spiller en vigtig rolle i mange kvanteteknologier, såsom at korrigere fejl inde i en kvantecomputer og aktivere de mest sikre typer kvantekryptering.

Professor Malik og hans forskerhold i Beyond Binary Quantum Information Lab ved Heriot-Watt University udførte forskningen med partnerakademikere fra institutioner, herunder Lund Universitet i Sverige, Sapienza Universitet i Rom i Italien og Universitetet i Twente i Holland.

Flere oplysninger: Omvendt design af højdimensionelle kvanteoptiske kredsløb i et komplekst medium, Naturfysik (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02319-6. www.nature.com/articles/s41567-023-02319-6

Journaloplysninger: Naturfysik

Leveret af Heriot-Watt University