10 jan 2023 (Nanowerk Nieuws) Glasvezels vormen de ruggengraat van onze moderne informatienetwerken. Van langeafstandscommunicatie via internet tot snelle informatieoverdracht binnen datacenters en beurzen, glasvezel blijft cruciaal in onze geglobaliseerde wereld. Glasvezelnetwerken zijn echter niet structureel perfect en de informatieoverdracht kan in het gedrang komen als er iets misgaat. Om dit probleem aan te pakken, hebben natuurkundigen van de Universiteit van Bath een nieuw soort glasvezel ontwikkeld om de robuustheid van netwerken te verbeteren. Deze robuustheid zou vooral belangrijk kunnen blijken te zijn in het komende tijdperk van kwantumnetwerken. Het team heeft optische vezels gefabriceerd (de flexibele glazen kanalen waardoor informatie wordt verzonden) die licht (het medium waardoor gegevens worden verzonden) kunnen beschermen met behulp van de wiskunde van topologie. Het beste van alles is dat deze gemodificeerde vezels gemakkelijk schaalbaar zijn, wat betekent dat de structuur van elke vezel over duizenden kilometers behouden kan blijven. De Bath-studie is gepubliceerd in het laatste nummer van Wetenschap Advances(“Topologische supermodes in fotonische kristalvezel”).

Licht beschermen tegen wanorde

In zijn eenvoudigste vorm bestaat optische vezel – die doorgaans een diameter heeft van 125 µm (vergelijkbaar met een dikke haarlok) – uit een kern van massief glas omgeven door een bekleding. Licht reist door de kern, waar het weerkaatst alsof het door een spiegel wordt weerkaatst. Het pad dat een optische vezel door het landschap volgt, is echter zelden recht en ongestoord: bochten, lussen en bochten zijn de norm. Vervormingen in de vezel kunnen ervoor zorgen dat informatie verslechtert terwijl deze tussen zender en ontvanger beweegt. "De uitdaging was om een ​​netwerk te bouwen dat rekening houdt met robuustheid", zegt natuurkunde-promovendus Nathan Roberts, die het onderzoek leidde. “Telkens wanneer je een glasvezelkabel fabriceert, zijn er onvermijdelijk kleine variaties in de fysieke structuur van de vezel. Bij plaatsing in een netwerk kan de vezel ook verdraaid en verbogen raken. Een manier om deze variaties en defecten tegen te gaan, is ervoor te zorgen dat het vezelontwerpproces een echte focus op robuustheid omvat. Dit is waar we de ideeën van topologie nuttig vonden. Om deze nieuwe vezel te ontwerpen, gebruikte het Bath-team topologie, de wiskundige studie van hoeveelheden die onveranderd blijven ondanks voortdurende vervormingen van de geometrie. De principes ervan worden al toegepast op veel gebieden van natuurkundig onderzoek. Door fysieke verschijnselen te koppelen aan onveranderlijke getallen, kunnen de destructieve effecten van een ongeordende omgeving worden vermeden. De door het Bath-team ontworpen vezel past topologische ideeën toe door verschillende lichtgeleidende kernen in een vezel op te nemen, met elkaar verbonden in een spiraal. Licht kan tussen deze kernen springen, maar raakt dankzij het topologische ontwerp gevangen in de rand. Deze randtoestanden zijn beschermd tegen wanorde in de structuur. Dr. Anton Souslov, fysicus uit Bath, die co-auteur was van de studie als hoofd van de theorie, zei: "Als we onze vezels gebruiken, wordt licht minder beïnvloed door omgevingsstoornissen dan in een gelijkwaardig systeem zonder topologisch ontwerp. "Door optische vezels met een topologisch ontwerp te gebruiken, hebben onderzoekers de tools om signaalverslechterende effecten te voorkomen en te voorkomen door inherent robuuste fotonische systemen te bouwen."

Theorie ontmoet praktische expertise

Dr. Peter Mosley, fysicus uit Bath, co-auteur van de studie als experimentele leider, zei: "Eerder hebben wetenschappers de complexe wiskunde van topologie op licht toegepast, maar hier aan de Universiteit van Bath hebben we veel ervaring met het fysiek maken van optische vezels, dus we combineren de wiskunde met onze expertise om een ​​topologische vezel te creëren.” Het team, waartoe ook promovendus Guido Baardink en dr. Josh Nunn van de afdeling Natuurkunde behoren, is nu op zoek naar partners uit de industrie om hun concept verder te ontwikkelen. "We willen mensen heel graag helpen bij het bouwen van robuuste communicatienetwerken en we zijn klaar voor de volgende fase van dit werk", aldus dr. Souslov. De heer Roberts voegde eraan toe: “We hebben aangetoond dat je kilometers aan topologische vezels rond een spoel kunt wikkelen. We stellen ons een kwantuminternet voor waar informatie robuust over continenten zal worden verzonden met behulp van topologische principes. Hij wees erop dat dit onderzoek implicaties heeft die verder gaan dan communicatienetwerken. Hij zei: “Vezelontwikkeling is niet alleen een technologische uitdaging, maar ook een opwindend wetenschappelijk gebied op zich. "Begrijpen hoe optische vezels moeten worden geconstrueerd, heeft geleid tot lichtbronnen van helder 'supercontinuüm' dat het hele zichtbare spectrum overspant tot aan kwantumlichtbronnen die individuele fotonen produceren - enkele lichtdeeltjes."

De toekomst is kwantum

Er wordt algemeen verwacht dat kwantumnetwerken de komende jaren een belangrijke technologische rol zullen spelen. Kwantumtechnologieën hebben het vermogen om informatie op krachtigere manieren op te slaan en te verwerken dan 'klassieke' computers tegenwoordig, en om berichten veilig over wereldwijde netwerken te verzenden zonder enige kans op afluisteren. Maar de kwantumtoestanden van licht die informatie doorgeven, worden gemakkelijk beïnvloed door hun omgeving en het is een grote uitdaging om een ​​manier te vinden om ze te beschermen. Dit werk kan een stap zijn in de richting van het behoud van kwantuminformatie in glasvezel met behulp van topologisch ontwerp.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62131.php