Совместная группа исследователей под руководством профессора Александра Ханикаева из Городского университета Нью-Йорка впервые разработала метод создания электромагнитного вращения на метаповерхностях, применимый к потребностям хранения и передачи цифровых для систем будущего, использующих бинарное вращение фотонов для эффективного кодирования и обработки информации. Об этом сообщает сайт SciTechDaily. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Концепция холодильника, который автоматически обрабатывает ваши покупки и предупреждает вас о продуктах с истекшим сроком годности, может показаться взглядом в уже недалекое будущее. Однако проблемная сторона развития Интернета вещей (IoT) заключается в огромных объемах данных, которые он будет генерировать, что потребует новых средств для их хранения и передачи между различными точками.
Точно так же искусственный интеллект все чаще становится повседневной функцией, но и он тоже требует передачи больших объемов данных. Плюс к тому растущее потребление мультимедиа и виртуальная реальность добавят потоки сообщений об ошибках и уведомлений, призывающих увеличить емкость хранилища и пропускную способность передачи данных.
Спинтроника – это область, которая исследует спиновые свойства электронов и способна произвести революцию в сфере хранения и передаче данных, предлагая новые, намного более эффективные типы запоминающих устройств. Точно так же фотоника может предложить больше возможностей, чем традиционные технологии, для кодирования информации о световых фотонах с использованием их поляризации, сродни вращению электронов, если добиться возможности это контролировать.
На основе этих концепций физики из Центра TMOS (трансформационных метаоптических систем), в том числе исследователи из Городского университета Нью-Йорка, Австралийского национального университета и Исследовательской лаборатории ВВС США (AFRL), разработали новый метод проектирования метаповерхностей. Этот метод может создавать электромагнитное вращение, генерируя новый тип фотонной моды в инновационном дираковском волноводе.
Традиционно топологические волноводы строятся с резкими краями между их различными интерфейсами. Эти края создают граничные моды — электромагнитные волны, которые ведут себя иначе там, где есть края, чем в объеме материала. Эти граничные моды можно продуктивно использовать разными способами, но они имеют только одно направление вращения и не имеют контроля излучения.
Ведущий исследователь профессор Александр Ханикаев и его коллеги (в чмсле которых научные сотрудники Городского университета Нью-Йорка Светлана Кирюшечкина, Антон Вакуленко, Дарья Смирнова, Шрирам Гуддала, Юма Кавагути, Филипп Комиссаренко) использовали новый подход к метаповерхностным интерфейсам. Вместо жесткого края они сгладили границы, создав рисунок постепенного перехода в плиту метаповерхности.
Вместо того, чтобы соединять отдельные формы встык, они внесли небольшие вариации в дизайн, в данном случае узор из отверстий, образующих повторяющиеся шестиугольники, так что формы постепенно соединяются. Это породило совершенно новые моды электромагнитных волн, никогда ранее не встречавшиеся на метаповерхностях, с очень интересными свойствами: на одной частоте могут сосуществовать две моды с разным спином, одна из которых излучает больше, чем другая.
Воздействуя на метаповерхность лазером с круговой поляризацией, исследователи смогли выбрать определенный режим вращения. Это было доказано в лаборатории тем, что каждая мода распространялась на разную длину при возбуждении. Таким образом, новый метод может вскоре привести к возможности независимого управления вращением обоих режимов. Это создаст бинарную степень свободы, что откроет значительные возможности для области спиновой фотоники и, в конечном итоге, для разработки систем хранения данных, использующих спин бинарного фотона для кодирования информации и управления ею.
Профессор Ханикаев отметил: «Возможность создать на чипе бинарную спиноподобную структуру света и возможность манипулировать ею по запросу открывает поистине захватывающие возможности для кодирования в ней информации, особенно квантовой информации. Наша команда в сотрудничестве с коллегами из TMOS и AFRL в настоящее время работает над созданием квантовых межсоединений на основе такого фотонного вращения, а также над элементарными операциями квантовой логики на кремниевом фотонном чипе. Таким образом, мы считаем, что в долгосрочной перспективе интегрированные фотонные системы Дирака могут стать жизнеспособной платформой для интегрированной квантовой фотоники».