10年2023月XNUMX日(Nanowerkニュース) 光ファイバーは、現代の情報ネットワークのバックボーンです。 インターネットを介した長距離通信から、データセンターや証券取引所内の高速情報転送まで、光ファイバーはグローバル化した世界で依然として重要な役割を果たしています。 ただし、ファイバー ネットワークは構造的に完全ではなく、問題が発生すると情報転送が損なわれる可能性があります。 この問題に対処するために、バース大学の物理学者は、ネットワークの堅牢性を高めるように設計された新しい種類のファイバーを開発しました。 この堅牢性は、今後の量子ネットワークの時代において特に重要であることが証明される可能性があります。 チームは、トポロジーの数学を使用して光 (データが伝送される媒体) を保護できる光ファイバー (情報が伝送される柔軟なガラス チャネル) を製造しました。 何よりも、これらの変更されたファイバーは簡単に拡張できます。つまり、各ファイバーの構造は数千キロメートルにわたって保存できます。 バース研究は最新号に掲載されています 科学の進歩(「フォトニック結晶ファイバーにおけるトポロジカルスーパーモード」).
光を無秩序から守る
最も単純な光ファイバーは、通常、直径が 125 µm (太い髪の毛に似ています) で、クラッドに囲まれた固体ガラスのコアで構成されています。 光はコアを通過し、そこで鏡に反射するかのように跳ね返ります。 ただし、光ファイバーが地形を縦横に横断する経路が真っ直ぐで邪魔されないことはめったにありません。ターン、ループ、曲がりが一般的です。 ファイバーの歪みは、送信者と受信者の間を移動するときに情報を劣化させる可能性があります。 「課題は、堅牢性を考慮したネットワークを構築することでした」と、研究を率いた物理学の博士課程の学生 Nathan Roberts 氏は述べています。 「光ファイバー ケーブルを製造するときはいつでも、ファイバーの物理的構造に小さなばらつきが必ず存在します。 ネットワークに展開すると、ファイバーがねじれたり曲がったりすることもあります。 これらのばらつきや欠陥に対処する XNUMX つの方法は、ファイバー設計プロセスに確実に堅牢性を重視することです。 ここで、トポロジーのアイデアが役立つことがわかりました。」 この新しいファイバーを設計するために、バース チームはトポロジーを使用しました。トポロジーは、幾何学に絶え間なく歪みが生じても変わらない量の数学的研究です。 その原理は、物理学研究の多くの分野にすでに適用されています。 物理現象を不変の数に結びつけることで、無秩序な環境の破壊的な影響を回避することができます。 バスのチームによって設計されたファイバーは、らせん状にリンクされた複数の導光コアをファイバーに含めることにより、トポロジーのアイデアを展開します。 光はこれらのコアの間をホップできますが、トポロジー設計によりエッジ内に閉じ込められます。 これらのエッジ状態は、構造の乱れから保護されています。 理論のリーダーとしてこの研究を共同執筆したバス物理学者のアントン・スースロフ博士は、次のように述べています。 「トポロジカル設計の光ファイバーを採用することで、研究者は本質的に堅牢なフォトニック システムを構築することで、信号劣化の影響を未然に防ぐツールを手に入れることができます。」理論と実践的な専門知識の出会い
実験のリーダーとしてこの研究を共同執筆したバース物理学者のピーター・モズレー博士は、次のように述べています。数学と専門知識を組み合わせて、トポロジカル ファイバーを作成します。」 博士課程の学生 Guido Baardink と物理学科の Josh Nunn 博士を含むチームは、現在、コンセプトをさらに発展させるための業界パートナーを探しています。 「私たちは、人々が堅牢な通信ネットワークを構築できるよう支援したいと強く願っており、この作業の次の段階に進む準備ができています」と Souslov 博士は述べています。 ロバーツ氏は次のように付け加えました。 私たちは、位相原理を使用して情報が大陸間で確実に送信される量子インターネットを思い描いています。」 彼は、この研究には通信ネットワークを超えた意味があると指摘しました。 彼は次のように述べています。 「光ファイバーを設計する方法を理解することで、光源は、可視スペクトル全体にわたる明るい「スーパーコンティニュウム」から、個々の光子 (光の単一粒子) を生成する量子光源にまで至りました。」未来は量子だ
量子ネットワークは、今後数年間で重要な技術的役割を果たすことが広く期待されています。 量子テクノロジーは、今日の「古典的な」コンピューターよりも強力な方法で情報を保存および処理する能力を備えているだけでなく、盗聴の可能性なしにグローバル ネットワーク全体でメッセージを安全に送信する能力を備えています。 しかし、情報を伝達する光の量子状態は環境の影響を受けやすく、それらを保護する方法を見つけることは大きな課題です。 この作業は、トポロジカル設計を使用して光ファイバーで量子情報を維持するための一歩となる可能性があります。- SEO を活用したコンテンツと PR 配信。 今日増幅されます。
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- 情報源: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62131.php
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