光回路プログラミングの新たなブレークスルー: 髪の毛ほどの細いファイバーによるライトコンピューティング

最近、ヘリオットワット大学 (英国) の科学者たちは、光回路をプログラミングするための強力な新しい方法を発見しました。
この手法は、壊れない通信ネットワークや超高速量子コンピューターなどの将来の技術を実現する上で重要な役割を果たす可能性があります。 この研究は現在、雑誌「Nature Physics」に掲載されている。
英国のヘリオットワット大学工学物理科学部の実験物理学者で物理学教授のメフル・マリク氏は、「光は膨大な量の情報を運ぶことができ、光回路は光ではなく光を使って計算する」と説明する。電気は、コンピューティング技術における次の大きな飛躍とみなされています。」
「しかし、光回路がより大きく、より複雑になるにつれて、光回路の制御と製造はますます困難になり、性能に影響を与える可能性があります。私たちの研究は、自然に発生するプロセスを使用して、光回路を設計するための別の、より一般的なアプローチを示しています。」
メフル・マリク教授と彼のチームは、市販の光ファイバーを使用して研究を実施しました。 個人の家庭や企業にインターネットを送信するために世界中で広く使用されているこのタイプのファイバーは、人間の髪の毛の幅よりも細く、光を使用してデータを送信します。
彼らは、光ファイバー内の光の自然な散乱挙動を利用することで、ファイバー内の光回路を非常に正確な方法でプログラムできることを発見しました。
「光が光ファイバーに入ると、複雑な方法で散乱し、混合します。この複雑なプロセスを理解し、ファイバーに入る光を正確に形作ることで、この混沌の中で光の回路を作り出す方法を見つけました。」
光回路は、個々の原子または光子 (光粒子) を操作することによって顕微鏡レベルで設計される量子技術の将来にとって重要です。 これらのテクノロジーには、巨大な処理能力を備えた強力な量子コンピューターや、ハッキングできない量子通信ネットワークが含まれます。
メフル・マリク教授は、「例えば、光回路は、長距離を移動した後に情報を測定できるように、量子通信ネットワークの末端に必要とされる。また、光回路は、光の粒子について複雑な計算を実行するための量子コンピュータの重要な部分でもある。」と説明する。
量子コンピューターは、医薬品開発、気候予測、宇宙探査などの分野で大きな進歩を約束します。 機械学習 (人工知能) も、大量のデータを迅速に処理するために光回路が使用される分野です。
メフル・マリク教授は、光の力はその多次元性にあると指摘しています。「私たちは、単一の光の粒子について多くの情報をエンコードできます。その空間構造、時間構造、色。これらすべての特性を次のように計算できれば。」同時に、驚異的な処理能力を解放することができます。」
研究者らはまた、プログラム可能な光回路を量子もつれの操作にどのように使用できるかについても示した。 これは、光子などの 2 つ以上の量子粒子が、離れていても結合したままになる現象です。 もつれは、量子コンピューター内のエラー訂正や最も安全なタイプの量子暗号化の実装など、多くの量子テクノロジーで重要な役割を果たしています。
ヘリオットワット大学の超バイナリ量子情報研究所のメフル・マリク教授と彼の研究グループは、スウェーデンのルンド大学、イタリアのローマのサピエンツァ大学、オランダのトゥウェンテ大学などの研究機関の協力者とともにこの研究を実施した。
この研究は、31 か国の 39 の公的研究資金提供機関 (rfo) からなるヨーロッパの主要ネットワークである QuantERA から資金提供を受けました。 欧州研究評議会 (ERC) は、最先端の研究に対する EU の資金提供機関です。