Вчені створили «чотирисмугову магістраль» для світла всередині одного фотонного чипа.
Фізики давно мріяли про фотонні чипи, в яких світло могло б без втрат проходити крізь повороти, обходити дефекти та не втрачати інформацію. Такі ефекти вже вдавалося отримувати за допомогою топологічної фотоніки, але була одна серйозна проблема: світло рухалося лише вздовж країв структури, тоді як більша частина матеріалу залишалася невикористаною.
Тепер дослідники з Китаю запропонували зовсім інший підхід. Вони перетворили майже весь об’єм структури на своєрідну чотирисмугову магістраль для світла, по якій можуть одночасно проходити чотири незалежні сигнали.
Як це працює
В основі нового чипа — стільникова решітка з магнітних елементів. Замість того щоб створювати окремі області-провідники та області-ізолятори, вчені налаштували геометрію так, щоб електромагнітні хвилі автоматично розділялися на два різні «долинні» стани. У фізиці це можна уявити як окремі смуги руху для світла.
Потім команда створила чотири варіанти цієї структури. Для хвиль, що рухаються в одному напрямку, матеріал працював як відкритий канал, а для хвиль, які намагалися рухатися у зворотному напрямку, — як бар’єр.
У результаті кожен канал одночасно виконує дві функції: проводить власний сигнал і захищає сусідній від небажаних відбиттів.
Чотири канали поруч
Експериментальна система працювала на мікрохвильових частотах. Дослідники передавали інформаційні сигнали через структуру, і ті успішно проходили навіть через різкі повороти та вузькі ділянки без помітних втрат.
Навіть після навмисного спотворення геометрії чипа передавання залишалося стабільним. На відміну від традиційних топологічних схем, де використовується лише вузька межа між двома областями, нова архітектура задіює практично всю площу чипа.
Чому це важливо
Якщо технологію вдасться перенести з мікрохвильового діапазону на оптичні частоти, це може стати великим кроком для:
- високошвидкісного зв’язку;
- квантових технологій;
- оптичних комп’ютерів;
- надщільних фотонних процесорів.
Головне досягнення полягає не лише у збільшенні кількості каналів. Вчені фактично поставили під сумнів давнє уявлення про те, що захищене передавання світла можливе тільки вздовж країв топологічних структур.
Нова робота показує, що топологічний транспорт можна організувати всередині всього чипа, відкриваючи шлях до значно компактніших і потужніших фотонних пристроїв майбутнього. Дослідження опубліковане в журналі Nature.