ความก้าวหน้าครั้งใหม่ในการเขียนโปรแกรมวงจรออปติก: การประมวลผลแบบเบาด้วยเส้นใยบางเฉียบ

เมื่อเร็ว ๆ นี้ นักวิทยาศาสตร์จาก Heriot-Watt University (UK) ได้ค้นพบวิธีการใหม่อันทรงพลังในการเขียนโปรแกรมวงจรออปติก
วิธีนี้อาจมีบทบาทสำคัญในการตระหนักถึงเทคโนโลยีในอนาคต เช่น เครือข่ายการสื่อสารที่ไม่มีวันแตกหัก และคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่เร็วเป็นพิเศษ งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature Physics แล้ว
เมฮุล มาลิก นักฟิสิกส์ทดลองและศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์จากคณะวิศวกรรมศาสตร์และวิทยาศาสตร์กายภาพแห่งมหาวิทยาลัยเฮเรียต-วัตต์ ในสหราชอาณาจักร อธิบายว่า "แสงสามารถนำพาข้อมูลจำนวนมหาศาล และวงจรแสงซึ่งคำนวณด้วยแสงมากกว่า ไฟฟ้าถือเป็นก้าวกระโดดครั้งใหญ่ครั้งต่อไปของเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์"
"แต่เมื่อวงจรออปติคัลมีขนาดใหญ่ขึ้นและซับซ้อนมากขึ้น การควบคุมและประดิษฐ์ได้ยากขึ้น ซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงาน งานวิจัยของเราแสดงให้เห็นอีกแนวทางหนึ่งที่ใช้ทั่วไปในการออกแบบวงจรออปติก โดยใช้กระบวนการที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ"
ศาสตราจารย์เมฮุล มาลิกและทีมงานของเขาได้ทำการวิจัยโดยใช้ใยแก้วนำแสงเชิงพาณิชย์ เส้นใยชนิดนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายทั่วโลกในการส่งอินเทอร์เน็ตไปยังบ้านและธุรกิจแต่ละหลัง โดยมีความบางกว่าความกว้างของเส้นผมมนุษย์และใช้แสงในการส่งข้อมูล
ด้วยการใช้ประโยชน์จากพฤติกรรมการกระเจิงตามธรรมชาติของแสงในเส้นใยแสง พวกเขาพบว่าวงจรแสงภายในเส้นใยสามารถตั้งโปรแกรมได้อย่างแม่นยำมาก
"เมื่อแสงเข้าสู่เส้นใยนำแสง แสงจะกระจายและผสมกันในลักษณะที่ซับซ้อน ด้วยการทำความเข้าใจกระบวนการที่ซับซ้อนนี้และกำหนดรูปร่างแสงที่เข้าสู่เส้นใยได้อย่างแม่นยำ เราจึงพบวิธีสร้างวงจรแสงท่ามกลางความสับสนวุ่นวายนี้"
วงจรออปติกมีความสำคัญอย่างยิ่งต่ออนาคตของเทคโนโลยีควอนตัม ซึ่งได้รับการออกแบบในระดับจุลภาคโดยการทำงานกับอะตอมหรือโฟตอน (อนุภาคแสง) แต่ละตัว เทคโนโลยีเหล่านี้รวมถึงคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทรงพลังพร้อมพลังการประมวลผลมหาศาลและเครือข่ายการสื่อสารควอนตัมที่ไม่สามารถถูกแฮ็กได้
ศาสตราจารย์ เมฮุล มาลิก อธิบายว่า "ตัวอย่างเช่น วงจรแสงเป็นสิ่งจำเป็นที่ส่วนท้ายของเครือข่ายการสื่อสารควอนตัม เพื่อให้สามารถวัดข้อมูลได้หลังจากการเดินทางระยะไกล นอกจากนี้ยังเป็นส่วนสำคัญของคอมพิวเตอร์ควอนตัมสำหรับการคำนวณที่ซับซ้อนเกี่ยวกับอนุภาคแสง"
คอมพิวเตอร์ควอนตัมรับประกันความก้าวหน้าที่สำคัญในด้านต่างๆ เช่น การพัฒนายา การพยากรณ์สภาพอากาศ และการสำรวจอวกาศ การเรียนรู้ของเครื่อง - ปัญญาประดิษฐ์ - เป็นอีกพื้นที่หนึ่งที่ใช้วงจรแสงเพื่อประมวลผลข้อมูลจำนวนมากอย่างรวดเร็ว
ศาสตราจารย์ เมฮุล มาลิก ชี้ให้เห็นว่าพลังของแสงอยู่ในหลายมิติของมัน: "เราสามารถเข้ารหัสข้อมูลจำนวนมากบนอนุภาคแสงเพียงอนุภาคเดียว โครงสร้างเชิงพื้นที่ โครงสร้างเวลา และสีของมัน หากคุณสามารถคำนวณคุณสมบัติทั้งหมดนี้ได้ที่ ในขณะเดียวกัน คุณก็จะสามารถปลดปล่อยพลังการประมวลผลอันมหาศาลออกมาได้"
นักวิจัยยังแสดงให้เห็นว่าวงจรออปติคอลที่ตั้งโปรแกรมได้สามารถใช้เพื่อจัดการกับสิ่งกีดขวางควอนตัมได้อย่างไร นี่เป็นปรากฏการณ์ที่อนุภาคควอนตัมตั้งแต่สองตัวขึ้นไป เช่น โฟตอน ยังคงเชื่อมต่อกันแม้ว่าจะอยู่ห่างกันก็ตาม ความยุ่งเหยิงมีบทบาทสำคัญในเทคโนโลยีควอนตัมหลายอย่าง เช่น การแก้ไขข้อผิดพลาดภายในคอมพิวเตอร์ควอนตัม และการใช้การเข้ารหัสควอนตัมประเภทที่ปลอดภัยที่สุด
ศาสตราจารย์ เมฮุล มาลิค และกลุ่มวิจัยของเขาที่ Beyond Binary Quantum Information Laboratory ของมหาวิทยาลัย Heriot-Watt ได้ทำการศึกษาร่วมกับนักวิชาการจากสถาบันต่างๆ เช่น มหาวิทยาลัยลุนด์ในสวีเดน มหาวิทยาลัยซาเปียนซาแห่งโรมในอิตาลี และมหาวิทยาลัยทเวนเต้ในเนเธอร์แลนด์
การวิจัยได้รับทุนจาก QuantERA ซึ่งเป็นเครือข่ายชั้นนำของยุโรปที่ประกอบด้วยองค์กรให้ทุนสนับสนุนการวิจัยสาธารณะ (rfo) 39 แห่งจาก 31 ประเทศ ซึ่งรวมถึงสำนักงานส่งเสริมการวิจัยแห่งออสเตรีย (FFG) ซึ่งเป็นหน่วยงานให้ทุนระดับชาติของออสเตรียสำหรับการวิจัยและพัฒนาอุตสาหกรรม และสภาวิจัยแห่งยุโรป (ERC) ซึ่งเป็นองค์กรให้ทุนสนับสนุนการวิจัยที่ล้ำสมัยของสหภาพยุโรป