Los científicos han creado medidas sintéticas para comprender mejor las leyes básicas del universo.

Las personas sienten el mundo en tres dimensiones, pero en Japón, la colaboración ha desarrollado una forma de crear medidas sintéticas para comprender mejor las leyes básicas del universo y posiblemente aplicarlas a tecnología avanzada.

Publicaron sus resultados hoy (28 de enero de 2022) Avances en la ciencia.

«El concepto de moderación se ha convertido en un punto central de la física y la tecnología modernas en los últimos años», dijo Toshihiko Baba, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad Nacional de Yokohama. «Aunque los estudios de materiales y estructuras más pequeños han sido efectivos, los rápidos avances en topología han revelado una gran cantidad de fenómenos potencialmente útiles según el tamaño del sistema, incluso más allá de las tres dimensiones espaciales del mundo que nos rodea».

La topología se refiere a la expansión de la geometría, que matemáticamente describe espacios cuyas propiedades se conservan en una distorsión continua, como la curvatura de una capa mob. Cuando se combinan con la luz, dice Baba, estos espacios físicos se pueden dirigir de una manera que permite a los investigadores crear fenómenos muy complejos.

En el mundo real, cada dimensión de una línea, desde una línea hasta un cubo cuadrado, brinda más información, ya que requiere más conocimiento para describirla con precisión. En la fotónica topográfica, los investigadores pueden crear medidas adicionales del sistema, lo que permite mayores grados de libertad y una manipulación versátil de propiedades previamente inalcanzables.

«Las dimensiones sintéticas han hecho posible utilizar ideas más grandes en dispositivos más pequeños, cuya complejidad, así como funciones importantes del dispositivo, como el aislamiento óptico en un chip», dijo Baba.

El resonador de anillo, fabricado con fotónica de silicio, se modula internamente para generar una escala de frecuencia. Préstamo: Universidad Nacional de Yokohama

Los investigadores han creado un plano sintético en un resonador de anillo de silicio utilizando el mismo enfoque utilizado para construir semiconductores de óxido de metal (CMOS) adicionales, un chip de computadora que puede contener algo de memoria. El resonador de anillo usa pautas para controlar և dividir las ondas de luz de acuerdo con ciertos parámetros, como cierto ancho de banda.

Según Baba, el dispositivo de fotones resonador de anillo de silicio adquirió espectros ópticos de «peine», lo que resultó en modos combinados correspondientes al modelo unidimensional. En otras palabras, el dispositivo produjo una propiedad medible, una dimensión sintética, que permitió a los investigadores sacar conclusiones sobre el resto del sistema.

Ya sea que el dispositivo desarrollado consista en un solo bucle, se pueden acumular más efectos en cascada para caracterizar rápidamente las señales de frecuencia óptica.

Críticamente, Baba dijo que su plataforma, incluso con las filas, era mucho más pequeña y compacta que los enfoques anteriores que usaban fibra óptica con diferentes componentes.

«La plataforma de chip de fotones de silicio a mayor escala es un gran avance, ya que permite que la fotónica de tamaño sintético utilice una caja de herramientas comercial CMOS madura y sofisticada mientras crea las herramientas para que la topología multidimensional se incruste en nuevos dispositivos». «- dijo Baba.

La flexibilidad del sistema, incluida la capacidad de reorganizarlo si es necesario, complementa el espacio equivalente al espacio estático, lo que puede ayudar a los investigadores a superar las restricciones dimensionales del mundo real para comprender fenómenos incluso más allá de las tres dimensiones, según Baba.

«Este trabajo demuestra la posibilidad de que la fotónica topográfica-sintética se pueda utilizar en la práctica con una plataforma de integración de fotónica de silicio», dijo Baba. «A continuación, planeamos ensamblar los elementos de fotones de todas las mediciones topológicas-sintéticas para crear una conexión topológicamente integrada».

Referencia. «Estructuras de zonas de medición sintéticas en la plataforma fotónica Si CMOS» 28 de enero de 2022 Avances en la ciencia.
DOI: 10.1126 / sciadv.abk0468:

Otros colaboradores incluyen a Armandas Balchitis և Jun Maeda, Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, Universidad Nacional de Yokohama; Tomoki Ozawa, Instituto de Investigación de Materiales Avanzados de la Universidad de Tohoku; և Yasutomo Ota և Satoshi Iwamoto, Nano Instituto de Electrónica de Información Cuántica, Universidad de Tokio. Otan está afiliado al Departamento de Física Aplicada y Física e Informática de la Universidad de Keo. Iwamoto también está afiliado al Centro de Ciencia Avanzada, Investigación Tecnológica y al Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio.

Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón (JPMJCR19T1, JPMJPR19L2), Asociación de Promoción de la Ciencia de Japón (JP20H01845) և RIKEN apoyó esta investigación.