Исследователи проложили «четырёхполосную магистраль» на одном фотонном чипе

Китайские исследователи спроектировали передовой фотонный чип, поддерживающий четыре обособленных канала связи, в котором световые лучи беспрепятственно циркулируют по всему пространству носителя, а не ограничиваются его контурами.

Представленная концепция устраняет фундаментальное ограничение топологической фотоники: прежде защищённые от дефектов световоды пролегали исключительно по краям подложки, оставляя львиную долю физического объёма невостребованной.

Фундаментом технологии выступает топологическая фотоника — дисциплина, использующая уникальные свойства среды для формирования отказоустойчивых траекторий движения электромагнитных волн. В классических решениях информационный поток транслируется по стыку двух доменов с разнящимися топологическими характеристиками, что оберегает его от обратного рассеяния и затухания на изгибах. Тем не менее, значительная часть самого полупроводника или диэлектрика при этом выключается из рабочего процесса.

Авторы преодолели этот барьер, сконструировав сотовидную матрицу на основе ферромагнитных стержней. Отказавшись от зонирования подложки, они модифицировали пространственную решётку так, чтобы волновые пакеты расходились по двум независимым «долинам» (состояниям с уникальными импульсными характеристиками внутри кристаллической решётки). Эти квантово-подобные состояния функционируют как автономные транспортные магистрали внутри единого массива.

Специалисты синтезировали четыре вариации подобных ячеек, объединив их в замкнутую кольцевую топологию. Каждый сегмент совмещает две роли: беспрепятственно пропускает целевой поток в заданном направлении и одновременно блокирует встречные паразитные волны из смежных трактов. В итоге получился полноценный бессистемный волновод без разделительных барьеров, насчитывающий четыре параллельных однонаправленных канала — по паре для каждого вектора передачи.

Эффективность разработки протестировали в микроволновом диапазоне, успешно транслируя модулированные потоки данных. Излучение преодолевало критические углы и сужения без деструктивных отражений и перекрёстных помех между линиями. Даже после намеренного механического повреждения образца стабильность однонаправленной трансляции не нарушалась.

По расчетам разработчиков, предложенная архитектура обеспечивает стопроцентный коэффициент полезного использования рабочей площади, вовлекая в процесс всю массу вещества, а не только краевые зоны.

Для внедрения методики в коммерческие фотонные чипы предстоит адаптировать её к высокочастотному оптическому спектру, а также минимизировать внутренние потери энергии и отладить процессы литографического производства. Успех этих изысканий позволит создать революционно компактные интегральные схемы с беспрецедентной пропускной способностью для телекоммуникаций, квантовых суперкомпьютеров и систем искусственного интеллекта.

Источник: iXBT