Nye optiske fibre kunne holde data intakte efter at være blevet bøjet eller snoet

Optiske fibre er overalt og dækker vores hjem og kontorer med edderkoppespind af kabler, der er nødvendige for internetforbindelser. Disse fibre gør det muligt at downloade data med høje hastigheder eller tale med nogen på den anden side af kloden. For fremtiden for kvanteinternet, et netværk af kvantecomputere, der arbejder på at løse komplicerede problemer, forudsiges optiske fibre at være lige så væsentlige. For at komme til denne næste generations infrastruktur skal disse kabler være mere robuste. Ny forskning fra University of Bath (offentliggjort i Science Forskud) har resulteret i en ny type fiber, der kan undgå at miste forbindelsen, når den er bøjet eller snoet. Dette tyder på store implikationer for det fremtidige kvanteinternet, som vil have brug for et robust system til at afbøde de skrøbelige forbindelser mellem kvantecomputere.

Vedligeholdelse af forbindelser

Inden for en af ​​disse fibre rejser lys som information og hopper af væggene. Men når fiberen er sløjfet eller bøjet, kan dette lys blive blokeret, hvilket forårsager, at en besked forsvinder mellem afsender og modtager. Det betyder, at fibre skal være fri for forvrængninger... eller bygges mere robust. For at prøve at overvinde dette problem brugte forskere ved University of Bath et matematisk begreb kendt som topologi at designe et bedre system. Matematisk studerer topologi mængder, der forbliver de samme, uanset ændringerne i omgivende geometri. Som University of Bath fysiker Dr. Anton Souslov forklaret: "I vores sammenhæng refererer ordet topologi til de uforanderlige heltal, der karakteriserer de lystilstande, der ville eksistere, hvis kæden i tværsnittet af vores fiber skulle gentage sig uendeligt... Disse uforanderlige heltal kaldes topologiske invarianter, fordi de er immun over for nogle strukturelle ændringer. Det kan påvises, at den måde, lyset opfører sig på i en model af en uendeligt gentagen kæde, har direkte konsekvenser for det eksperimentelle tilfælde af en endelig kæde, som den vi har realiseret i vores fiber." Med dette koncept var forskerne i stand til at visualisere virkningerne af det forvrængede kabel.

Ved at udnytte disse effekter designede forskerne et mere robust kabel. "Vi har designet en fiber, hvor de understøttede tilstande (måden lyset får lov til at strømme gennem fiberen, tænker vandbølger på overfladen af ​​en spand eller de stående bølger på en tromle) er uløseligt forbundet med en topologisk invariant kaldet viklingen nummer,” tilføjede Souslov. "Denne uforanderlige invariant garanterer, at to af de understøttede tilstande skal eksistere selv i nærværelse af visse typer lidelser. Vi har brugt topologisk design til at forbinde disse tilstande til en invariant, der giver anledning til øget robusthed og interessant fysisk adfærd. Denne forbindelse opnås ved at designe et system ... [som] har en bestemt struktur og understøtter bestemte løsninger til de ligninger, der beskriver lysudbredelse i fiber." Kablet indeholder flere lysledende kerner, der er forbundet i en spiral. Lyset kan bevæge sig mellem disse kerner, men kan ikke gå ud over dem, hvilket sikrer meddelelsens integritet.

Optiske fibre i Quantum Internet

Denne forbedrede optiske fiber kunne tilbyde mange forskellige fordele til udvikling af kvanteinternettet. "Tidligere værker har rapporteret en interessant forbindelse mellem topologisk beskyttede tilstande og transmission af sammenfiltrede fotoner," sagde Souslov. "Lysets kvantetilstande er typisk meget sarte, og den robusthed, der er nedarvet fra topologisk fysik, kan spille en rolle i at beskytte dem mod uordnede miljøer. Selvom ordet lidelse kan bringe tankerne hen på ideer om uperfekte eller knækkede fibre, vil enhver bølgeleder eller fiber, der fremstilles, typisk indeholde et eller andet niveau af uorden, men ved at introducere topologisk design præsenterer vi en måde at øge tolerancen over for en lidelse, der fiberbaserede forbindelser kan opnå.” Der er dog stadig forskning i gang, da disse nye optiske fibre er i deres tidlige stadier. Som Souslov forklarede: "Vi designer i øjeblikket disse fibre med forskning i tankerne, og i øjeblikket er de udelukkende et forskningsværktøj. For at kunne bruge dem i dag til at forbedre forbindelser, ville vi være nødt til at udforske de næste tekniske trin med belægning, forbindelse og optimering af designet til specifikke systemer. For at vi kan hævde enhver forbedring i forhold til nuværende forbindelser, er vi nødt til at forfine vores design og konstruere det med en bestemt applikation i tankerne, samt undersøge nærmere, hvordan enkelte fotoner interagerer med topologisk robuste tilstande. Vi er imidlertid optimistiske om, at de værktøjer og teknikker, der opnås ved at skabe denne fiber, vil gøre os i stand til at bygge den næste generation af topologiske fibre, der kan implementeres i forskningslaboratorier og potentielt skaleres op til industrien".

Kenna Hughes-Castleberry er medarbejderskribent hos Inside Quantum Technology og Science Communicator på JILA (et partnerskab mellem University of Colorado Boulder og NIST). Hendes skrivebeats inkluderer deep tech, metaverset og kvanteteknologi.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• Platoblokkæde. Web3 Metaverse Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
• Kilde: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/new-optical-fibers-could-keep-data-intact-after-being-bent-or-twisted/