新しい光学デバイスにより、エンジニアは光の色を微調整できる

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Shanhui Fan（画像クレジット：Rod Searcey）

要約：
小学校の理科の学生が学ぶ最初のレッスンの中で、白色光はまったく白色ではなく、虹のすべての色（赤、オレンジ、黄色）からの光を構成する多くの光子の複合体であるということです。、グリーン、ブルー、インディゴ、バイオレット。

新しい光学デバイスを使用すると、エンジニアは光の色を微調整できます

カリフォルニア州スタンフォード| 23年2021月XNUMX日に投稿

現在、スタンフォード大学の研究者は、エンジニアが光の流れの中の個々の光子の周波数を、事実上任意の色の混合に変更および微調整できるようにする光学デバイスを開発しました。その結果、23月XNUMX日にネイチャーコミュニケーションズで発表されたのは、デジタル通信や人工知能から最先端の量子コンピューティングに至るまでの分野を変革できる新しいフォトニックアーキテクチャです。

「この強力な新しいツールは、これまで不可能だったある程度の制御をエンジニアの手に委ねます」と、スタンフォード大学の電気工学教授で論文の筆頭著者であるShanhuiFan氏は述べています。

クローバーの葉の効果

この構造は、混雑した通路を走る多くの車のように通過する光子の流れを運ぶ光用の低損失ワイヤーで構成されています。次に、光子は、高速道路のクローバー型のオフランプのように、一連のリングに入ります。各リングには、通過する光子の周波数（私たちの目が色として見る周波数）を変換する変調器があります。必要な数のリングが存在する可能性があり、エンジニアは変調器を細かく制御して、目的の周波数変換をダイヤルインできます。

研究者が想定しているアプリケーションの中には、電子の代わりに光を使用して神経計算を実行する人工知能用の光ニューラルネットワークが含まれます。光ニューラルネットワークを実現する既存の方法は、実際には光子の周波数を変更せず、単一周波数の光子を再ルーティングするだけです。周波数操作を通じてそのような神経計算を実行すると、はるかにコンパクトなデバイスにつながる可能性がある、と研究者らは述べています。

「私たちのデバイスは、フットプリントが小さく、しかも新しいエンジニアリングの柔軟性が非常に高い既存の方法とは大きく異なります」と、ファンの研究室のポスドクで論文のXNUMX番目の著者であるAvikDuttは述べています。

光を見て

光子の色は、光子が共振する周波数によって決まります。周波数は、その波長の要因です。赤い光子は比較的遅い周波数と約650ナノメートルの波長を持っています。スペクトルのもう一方の端では、青色光の周波数ははるかに速く、波長は約450ナノメートルです。

単純な変換には、光子を500ナノメートルの周波数からたとえば510ナノメートルにシフトすること、または人間の目がそれを記録するように、シアンから緑に変更することが含まれる場合があります。スタンフォードチームのアーキテクチャの力は、これらの単純な変換を実行できるだけでなく、より高度な変換を細かく制御できることです。

さらに説明すると、ファンは、20ナノメートルの範囲の500パーセントの光子と80ナノメートルの510パーセントの光子で構成される入射光ストリームの例を提供します。この新しいデバイスを使用すると、エンジニアは、必要に応じて、光子の総数を維持しながら、その比率を73ナノメートルで500％、27ナノメートルで510％に微調整できます。または、その比率は37％と63％になる可能性があります。比率を設定するこの機能は、このデバイスを新しく有望なものにします。さらに、量子の世界では、単一の光子が複数の色を持つことができます。そのような状況では、新しいデバイスは実際には単一の光子の異なる色の比率の変更を可能にします。

「このデバイスは「任意の」変換を可能にすると言いますが、それは「ランダム」を意味するものではありません」と、研究中にファンの研究室の大学院生であり、論文の最初の著者であり、現在FacebookRealityで働いているSiddharthBuddhirajuは述べています。ラボ。「代わりに、エンジニアが必要とする線形変換を実現できることを意味します。ここには大量のエンジニアリング制御があります。」

「それは非常に用途が広いです。エンジニアは周波数と比率を非常に正確に制御でき、さまざまな変換が可能です」とファンは付け加えました。「それはエンジニアの手に新しい力をもたらします。彼らがそれをどのように使うかは彼ら次第です。」

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追加の著者には、現在Flexcomputeにいるポスドク研究者のMomchil Minkov、および現在GoogleXにいるIanADWilliamsonが含まれます。

この研究は、米国空軍科学研究局によってサポートされていました。

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コンタクト：
トム・アバテ
650-736-2245

@スタンフォード

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