Routery bez elektronicznego sterowania
Obecnie stosowane routery optyczne to niezwykle skomplikowane urządzenia wymagające precyzyjnego sterowania każdym przełącznikiem. Taka architektura znacząco ogranicza prędkość działania i zwiększa złożoność całego systemu. Nowe rozwiązanie kalifornijskich badaczy działa na zupełnie innej zasadzie: światło wprowadzone do dowolnego portu wejściowego automatycznie trafia do właściwego miejsca docelowego bez jakiejkolwiek zewnętrznej ingerencji.
Normalnie trzeba by podnosić bariery i prowadzić kulkę krok po kroku, aby upewnić się, że dotrze do celu. W urządzeniu zespołu USC labirynt jest jednak zbudowany tak, że niezależnie od tego, gdzie upuścisz kulkę, sama potoczy się we właściwe miejsce – wyjaśniają członkowie zespołu badawczego
Czytaj też: To może być rewolucja. To niewielkie urządzenie zmniejsza emisje komputerów kwantowych 10 000 razy
Sercem nowej technologii jest koncepcja optycznej termodynamiki, czyli teoretyczna struktura opisująca zachowanie światła w nieliniowych sieciach. Podobnie jak gazy dążą do stanu równowagi poprzez zderzenia cząsteczek, tak fotony w tym układzie podlegają procesom termodynamicznym. Mechanizm działania opiera się na dwuetapowym procesie, gdzie pierwszy etap stanowi optyczny odpowiednik rozprężania Joule’a-Thomsona, znanego z termodynamiki klasycznej. Następnie zachodzi równowaga termiczna prowadząca do samoorganizacji fotonów. W praktyce temperatura optyczna w systemie zbliża się do zera, powodując kondensację światła w określonym punkcie. Wszystko to niezależnie od miejsca wprowadzenia sygnału.
Realne zastosowania amerykańskiej technologii
Chociaż brzmi to nieco abstrakcyjnie, nowa technologia ma całkiem realne perspektywy komercyjnego wykorzystania. Firmy takie jak NVIDIA już teraz eksplorują możliwości zastosowania połączeń optycznych do szybszej transmisji danych w centrach obliczeniowych i superkomputerach. Wśród potencjalnych obszarów wdrożenia wymienia się między innymi centra danych, gdzie mogłoby dojść do przyspieszenia komunikacji między serwerami oraz telekomunikację z efektywniejszymi routerami światłowodowymi. Badacze wskazują również na możliwość realizacji w pełni optycznego sterowania wiązką i multipleksowania w reżimach dużej mocy.
To, co kiedyś było postrzegane jako nierozwiązywalne wyzwanie w optyce, zostało przeformułowane jako naturalny proces fizyczny – zauważa Demetrios Christodoulides, współautor badania
Czytaj też: Zapomnij o światłowodach i falach radiowych. Laserowa komunikacja nadchodzi szybciej niż myślisz
Najważniejszym osiągnięciem zespołu badawczego jest przekształcenie chaotycznych systemów optycznych w przewidywalne procesy. Nieliniowe układy optyczne od lat stanowiły wyzwanie dla inżynierów właśnie ze względu na swoją nieprzewidywalność. Dzięki zastosowaniu zasad termodynamicznych stało się możliwe nie tylko przewidywanie zachowania takich systemów, ale także ich praktyczne wykorzystanie. Struktura optycznej termodynamiki umożliwia systematyczne podejście do kontroli światła, co może otworzyć nowe perspektywy dla fizyki interakcji światło-materia. Pozostaje jednak pytanie, jak szybko ta obiecująca technologia znajdzie realne zastosowania. Kalifornijski zespół dokonał niewątpliwie ważnego kroku naprzód, lecz teraz będzie trzeba pokonać bariery technologiczne i wdrożeniowe. Jeśli tak się stanie, znajdziemy się u progu nowej ery w fotonice.