Nuevos materiales fotónicos podrían permitir la computación ultrarrápida basada en luz

El nuevo material fotónico de la Universidad de Florida Central supera las deficiencias de los diseños topológicos actuales, que brindan menos funciones y control. El nuevo material también permite longitudes de propagación mucho más largas para los paquetes de información al minimizar las pérdidas de energía.

Los investigadores están desarrollando materiales fotónicos para permitir una computación potente y eficiente basada en la luz.

Investigadores del Universidad de Florida Central están desarrollando nuevos materiales fotónicos que algún día se pueden utilizar para permitir la computación basada en luz ultrarrápida y de bajo consumo. Los materiales únicos denominados aisladores topológicos se asemejan a cables que se han volteado del revés, con el aislamiento en el interior y la corriente fluyendo por el exterior.

Para evitar el problema de sobrecalentamiento que enfrentan los circuitos cada vez más pequeños de la actualidad, se podrían incorporar aisladores topológicos en los diseños de circuitos para permitir el empaque de más potencia de procesamiento en un área determinada sin generar calor.

El estudio más reciente de los investigadores, que se publicó el 28 de abril en la revista Materiales de la naturaleza, presentó un proceso completamente nuevo para crear los materiales que hacen uso de una estructura de celosía de panal encadenada única. Los investigadores grabaron con láser el patrón de panal vinculado en una pieza de sílice, un material que se usa a menudo para crear circuitos fotónicos.

Los nodos del diseño permiten a los investigadores regular la corriente sin doblar ni estirar los cables fotónicos, lo que se requiere para dirigir el flujo de luz y, por lo tanto, la información en un circuito.

El nuevo material fotónico supera los inconvenientes de los diseños topológicos contemporáneos que ofrecían menos funciones y control al tiempo que admitían longitudes de propagación mucho más largas para los paquetes de información al minimizar las pérdidas de energía.

Los investigadores prevén que el nuevo enfoque de diseño introducido por los aisladores topológicos bimórficos conducirá a una desviación de las técnicas de modulación tradicionales, acercando la tecnología de la computación basada en la luz un paso más a la realidad.

Los aisladores topológicos también podrían conducir algún día a

computación cuántica
Realización de cálculos utilizando fenómenos de la mecánica cuántica como la superposición y el entrelazamiento.

” data-gt-translate-attributes=”[{“atributo=””>computacióncuántica[{“attribute=””>quantumcomputing ya que sus características podrían usarse para proteger y aprovechar los frágiles bits de información cuántica, lo que permitiría una potencia de procesamiento cientos de millones de veces más rápida que las computadoras convencionales actuales. Los investigadores confirmaron sus hallazgos utilizando técnicas de imagen avanzadas y simulaciones numéricas.

“Los aisladores topológicos bimórficos introducen un nuevo cambio de paradigma en el diseño de circuitos fotónicos al permitir el transporte seguro de paquetes de luz con pérdidas mínimas”, dice Georgios Pyrialakos, investigador postdoctoral de la Facultad de Óptica y Fotónica de la UCF y autor principal del estudio.

Los próximos pasos para la investigación incluyen la incorporación de materiales no lineales en la red que podría permitir el control activo de las regiones topológicas, creando así rutas personalizadas para los paquetes de luz, dice Demetrios Christodoulides, profesor de la Facultad de Óptica y Fotónica de la UCF y colaborador de estudio. autor.

La investigación fue financiada por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa; la Iniciativa Universitaria Multidisciplinaria de la Oficina de Investigaciones Navales; la Iniciativa Universitaria Multidisciplinaria de la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea; la Fundación Nacional de Ciencias de EE.UU.; la división de Matemáticas y Ciencias Físicas de la Fundación Simons; la Fundación WM Keck; la Fundación Binacional de Ciencias EE.UU.-Israel; Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de EE. UU.; la Deutsche Forschungsgemein-schaft; y la Fundación Alfried Krupp von Bohlen y Halbach.

Los autores del estudio también incluyeron a Julius Beck, Matthias Heinrich y Lukas J. Maczewsky de la Universidad de Rostock; Mercedeh Khajavikhan con la Universidad del Sur de California; y Alexander Szameit con la Universidad de Rostock.

Christodoulides recibió su doctorado en óptica y fotónica de la Universidad Johns Hopkins y se unió a la UCF en 2002. Pyrialakos recibió su doctorado en óptica y fotónica de la Universidad Aristóteles de Tesalónica, Grecia, y se unió a la UCF en 2020.

Referencia: “Aisladores topológicos Bimorphic Floquet” por Georgios G. Pyrialakos, Julius Beck, Matthias Heinrich, Lukas J. Maczewsky, Nikolaos V. Kantartzis, Mercedeh Khajavikhan, Alexander Szameit y Demetrios N. Christodoulides, 28 de abril de 2022, Materiales de la naturaleza.
DOI: 10.1038/s41563-022-01238-w

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