Учёный МГУ работает над созданием оптических чипов

Сегодня специалисты все чаще используют устройства на основе микроскопических лазеров и оптических чипов. Они нужны для создания лидаров, разработки новых биосенсоров, а в перспективе станут неотъемлемой составляющей новых оптических компьютеров, которые будут передавать и обрабатывать информацию не с помощью движения электронов, а с помощью частиц света ― фотонов. Оптические чипы работают, оперируя фотонами света вместо традиционных электронов. Сегодня чипы применяются в структуре суперкомпьютеров, где требуется мгновенная передача очень больших объемов информации. Одно из преимуществ оптической технологии перед электронной заключается в том, что первую можно использовать на очень больших расстояниях, а устройства, работающие со светом, сами по себе очень маленькие и потребляют минимум электроэнергии.

О своей разработке рассказал научный сотрудник Физического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова, победитель программы «УМНИК - Цифровой прорыв» Фонда содействия инновациям прошлого года Грант Авосопянц: «В настоящее время довольно перспективной областью исследований являются линейно-оптические вычисления, которые выполняются на специальном устройстве - оптическом чипе. Оптический чип - это такой универсальный вычислитель, способный работать как в классическом, так и в квантовом режимах». Создание таких программируемых оптических устройств, безусловно, является актуальной задачей, но не менее важно уметь определять преобразование, которое выполняет чип. Это преобразование описывается в общем случае некоторой комплексной передаточной матрицей, параметры которой необходимо восстановить. «Проанализировав научную литературу и предложенные интерференционные методы томографии оптических чипов, я учел их слабые стороны. В частности, работа с одиночными фотонами (квантовый режим) - их приготовление и измерение - занимают довольно много времени, к тому же для этого требуется дорогое оборудование», - вспоминает, как начиналась работа над проектом молодой ученый. Существует и еще одна немаловажная проблема: из-за случайного отклонения входных и выходных фаз на чипе сильно уменьшается точность восстановления передаточной матрицы, а сам способ подвержен влиянию шумов детектора. «На момент подачи заявки наша научная группа на базе Центра Квантовых Технологий МГУ имени М. В. Ломоносова уже несколько лет работала над приготовлением, измерением и томографией различных модификаций тепловых состояний света. А тепловые состояния не зависят от флуктуаций фаз на входах и выходах чипа, к тому же можно работать с чипом в классическом режиме. В процессе исследований у нас родилась идея определения величин передаточной матрицы чипа с использованием тепловых состояний света», - рассказывает Авосопянц. 

Уже прошел почти год с тех пор, как проект выиграл грант по программе «УМНИК - Цифровой прорыв»». За это время командой были получены довольно неплохие результаты: разработан подход по характеризации чипов с использованием тепловых состояний, при этом в ходе численного моделирования была создана первая версия программно-аппаратного комплекса, позволяющая всесторонне анализировать линейно-оптические интегральные схемы. В следующем году ученые планируют собрать экспериментальную установку и уже «в боевых условиях» опробовать разработанный метод.