Des scientifiques de l'Université Heriot-Watt d'Édimbourg, en Écosse, ont découvert un nouveau moyen puissant de programmer des circuits optiques essentiels à la fourniture de technologies futures telles que les réseaux de communication inpiratables et les ordinateurs quantiques ultrarapides.
"La lumière peut transporter beaucoup d'informations, et les circuits optiques qui calculent avec la lumière, plutôt qu'avec l'électricité, sont considérés comme le prochain grand pas en avant dans la technologie informatique", explique le professeur Mehul Malik, physicien expérimental et professeur de physique à l'école Heriot-Watt. de l'ingénierie et des sciences physiques.
"Mais à mesure que les circuits optiques deviennent plus grands et plus complexes, ils sont plus difficiles à contrôler et à fabriquer, ce qui peut affecter leurs performances. Nos recherches montrent une manière alternative, et plus polyvalente, de concevoir des circuits optiques, en utilisant un processus qui se produit naturellement dans nature."
Le professeur Malik et son équipe ont mené leurs recherches en utilisant des fibres optiques commerciales largement utilisées dans le monde entier pour transporter Internet jusqu'à nos foyers et nos entreprises. Ces fibres sont plus fines que la largeur d'un cheveu humain et utilisent la lumière pour transporter des données.
En exploitant le comportement naturel de diffusion de la lumière à l'intérieur d'une fibre optique, ils ont découvert qu'ils pouvaient programmer des circuits optiques à l'intérieur de la fibre de manière très précise.
La recherche est publiée aujourd'hui dans la revue Nature Physics. .
"Lorsque la lumière pénètre dans une fibre optique, elle est diffusée et mélangée de manière complexe", explique le professeur Malik. "En apprenant ce processus complexe et en façonnant avec précision la lumière qui entre dans la fibre optique, nous avons trouvé un moyen de concevoir avec soin un circuit pour la lumière à l'intérieur de ce désordre."
Les circuits optiques sont essentiels au développement des futures technologies quantiques, qui sont conçues à un niveau microscopique en travaillant avec des atomes ou des photons individuels, des particules de lumière. Ces technologies incluent de puissants ordinateurs quantiques dotés d'une immense puissance de traitement et des réseaux de communications quantiques qui ne peuvent pas être piratés.
"Des circuits optiques sont nécessaires à l'extrémité des réseaux de communications quantiques, par exemple, pour que les informations puissent être mesurées après avoir parcouru de longues distances", explique le professeur Malik. "Ils constituent également un élément clé d'un ordinateur quantique, où ils sont utilisés pour effectuer des calculs complexes avec des particules de lumière."
Les ordinateurs quantiques devraient permettre de grandes avancées dans des domaines tels que le développement de médicaments, la prévision climatique et l’exploration spatiale. L'apprentissage automatique (intelligence artificielle) est un autre domaine dans lequel les circuits optiques sont utilisés pour traiter très rapidement de vastes volumes de données.
Le professeur Malik a déclaré que le pouvoir de la lumière réside dans ses multiples dimensions.
"Nous pouvons coder de nombreuses informations sur une seule particule de lumière", a-t-il expliqué. "Sur sa structure spatiale, sur sa structure temporelle, sur sa couleur. Et si vous pouvez calculer avec toutes ces propriétés en même temps, cela débloque une énorme quantité de puissance de traitement."
Les chercheurs ont également montré comment leurs circuits optiques programmables peuvent être utilisés pour manipuler l'intrication quantique, un phénomène dans lequel deux ou plusieurs particules quantiques, telles que des photons de lumière, restent connectées même lorsqu'elles sont séparées par de grandes distances. L'intrication joue un rôle important dans de nombreuses technologies quantiques, telles que la correction des erreurs à l'intérieur d'un ordinateur quantique et l'activation des types de cryptage quantique les plus sécurisés.
Le professeur Malik et son équipe de recherche du laboratoire d'information quantique Beyond Binary de l'université Heriot-Watt ont mené la recherche avec des universitaires partenaires d'institutions telles que l'université de Lund en Suède, l'université Sapienza de Rome en Italie et l'université de Twente aux Pays-Bas.
Plus d'informations : Conception inverse de circuits optiques quantiques de haute dimension dans un milieu complexe, Nature Physics (2024). DOI :10.1038/s41567-023-02319-6. www.nature.com/articles/s41567-023-02319-6
Informations sur le journal : Physique de la nature
Fourni par l'Université Heriot-Watt
