Задачи маршрутизации, или выбора оптимального пути для сигнала, имеют многочисленные и эффективные решения в механике и цифровой электронике. Однако, когда дело доходит до света, та же проблема оказывается гораздо сложнее. Обычные оптические маршрутизаторы требуют сложных массивов коммутаторов и электронное управление для переключения маршрутов, что увеличивает техническую сложность, одновременно ограничивая скорость и производительность.

Группа специалистов по фотонике Университета Южной Калифорнии продемонстрировала, что существует другой путь, сообщает EurekAlert. Их идею можно сравнить с самоорганизующимся мраморным лабиринтом. Обычно, чтобы шарик достиг нужной лунки, пришлось бы поднимать барьеры и направлять его шаг за шагом. Однако в новом устройстве лабиринт устроен таким образом, что, куда бы вы ни бросили шарик, он сам покатится к нужному месту. Именно так ведет себя свет: он естественным образом находит правильный путь, следуя принципам термодинамики.

Подобно тому, как газ, испытывающий расширение Джоуля — Томсона, перераспределяет давление и температуру, прежде чем естественным образом достичь теплового равновесия, свет в новом устройстве претерпевает двухэтапный процесс: сначала оптический аналог расширения, а затем тепловое равновесие. Результатом является самоорганизованный поток фотонов в заданный выходной канал — без необходимости использования внешних переключателей.

Значение нового подхода выходит далеко за рамки лабораторных исследований. Поскольку вычисления и обработка данных продолжают расширять границы возможностей традиционной электроники, различные компании, включая разработчиков микросхем, исследуют оптические соединения как способ более быстрой и эффективной передачи информации. Оптическая термодинамика может ускорить развитие таких технологий. Помимо маршрутизации данных в масштабе микросхемы эта структура может также повлиять на телекоммуникации, высокопроизводительные вычисления и даже безопасную обработку информации, открывая путь к созданию более простых и мощных устройств.

В начале года команда ученых из США разработала усовершенствованный нелинейный процесс квантовой коммуникации на основе фосфида индия-галлия. Результат оказался в 10 тысяч раз эффективнее предыдущих систем.