Nou avenç en la programació de circuits òptics: informàtica lleugera amb fibres primes com el cabell

Recentment, científics de la Universitat Heriot-Watt (Regne Unit) han descobert un nou mètode potent per programar circuits òptics.
Aquest mètode pot tenir un paper crucial en la realització de tecnologies futures, com ara xarxes de comunicació irrompibles i ordinadors quàntics ultraràpides. La investigació s'ha publicat ara a la revista Nature Physics.
Mehul Malik, físic experimental i professor de física a l'Escola d'Enginyeria i Ciències Físiques de la Universitat Heriot-Watt del Regne Unit, explica: "La llum pot transportar una gran quantitat d'informació i circuits òptics, que calculen amb llum en lloc de electricitat, es veuen com el següent gran salt en tecnologia informàtica".
"Però a mesura que els circuits òptics es fan més grans i complexos, cada cop són més difícils de controlar i fabricar, cosa que pot afectar el seu rendiment. La nostra investigació demostra un altre enfocament més general per dissenyar circuits òptics, utilitzant processos naturals".
El professor Mehul Malik i el seu equip van realitzar la seva investigació utilitzant fibres òptiques comercials. Ampliament utilitzat arreu del món per transmetre Internet a llars individuals i empreses, aquest tipus de fibra és més prima que l'amplada d'un cabell humà i utilitza la llum per transmetre dades.
Aprofitant el comportament de dispersió natural de la llum a les fibres òptiques, van trobar que els circuits òptics dins de les fibres es podien programar d'una manera molt precisa.
"Quan la llum entra en una fibra òptica, es dispersa i es barreja de maneres complexes. En entendre aquest procés complex i donar forma precisa a la llum que entra a la fibra, hem trobat una manera de crear circuits de llum enmig d'aquest caos".
Els circuits òptics són crítics per al futur de les tecnologies quàntiques, que es dissenyen a nivell microscòpic treballant amb àtoms o fotons individuals (partícules de llum). Aquestes tecnologies inclouen potents ordinadors quàntics amb una gran potència de processament i xarxes de comunicació quàntica que no es poden piratejar.
El professor Mehul Malik explica: "Per exemple, es necessiten circuits òptics al final de les xarxes de comunicació quàntica perquè la informació es pugui mesurar després de viatjar llargues distàncies. També són una part clau dels ordinadors quàntics per realitzar càlculs complexos sobre partícules de llum".
Els ordinadors quàntics prometen avenços significatius en àrees com el desenvolupament de fàrmacs, la predicció del clima i l'exploració espacial. L'aprenentatge automàtic - intel·ligència artificial - és una altra àrea on els circuits òptics s'utilitzen per processar grans quantitats de dades ràpidament.
El professor Mehul Malik assenyala que el poder de la llum rau en la seva multidimensionalitat: "Podem codificar molta informació en una sola partícula de llum. La seva estructura espacial, la seva estructura temporal, el seu color. Si podeu calcular totes aquestes propietats a al mateix temps, podeu alliberar una gran potència de processament".
Els investigadors també van mostrar com els seus circuits òptics programables es poden utilitzar per manipular l'entrellat quàntic. Aquest és un fenomen en el qual dues o més partícules quàntiques, com ara els fotons, romanen connectades fins i tot quan estiguin allunyades. L'entrellat té un paper important en moltes tecnologies quàntiques, com ara la correcció d'errors dins d'ordinadors quàntics i la implementació dels tipus més segurs de xifratge quàntic.
El professor Mehul Malik i el seu grup de recerca del Beyond Binary Quantum Information Laboratory de la Universitat Heriot-Watt van realitzar l'estudi amb estudiosos col·laboradors d'institucions com la Universitat de Lund a Suècia, la Universitat Sapienza de Roma a Itàlia i la Universitat de Twente als Països Baixos.
La investigació va ser finançada per QuantERA, una xarxa europea líder de 39 organitzacions públiques de finançament de la investigació (rfo) de 31 països, inclosa l'Agència de Promoció de la Recerca austríaca (FFG), l'agència nacional de finançament d'Àustria per a la recerca i el desenvolupament industrial; i el Consell Europeu de Recerca (ERC), l'organització de finançament de la UE per a la recerca d'avantguarda.