Lo sviluppo della tecnologia delle fibre ottiche è stato indispensabile per aumentare la velocità con cui le informazioni vengono fornite su grandi distanze facendo affidamento sulla luce per trasportare le informazioni piuttosto che sull'elettricità. Attualmente, i segnali luminosi in ingresso vengono convertiti in segnali elettrici, dopodiché le informazioni che trasportano vengono elaborate. Le comunicazioni digitali e la condivisione delle informazioni sarebbero ancora più veloci ed efficienti dal punto di vista energetico se la luce potesse essere utilizzata durante l'intero processo, ma sono ancora necessari ulteriori significativi progressi nei circuiti ottici integrati e nell'elaborazione basata sulla luce.
Negli ultimi anni, gli scienziati hanno lavorato su modi per sviluppare e utilizzare circuiti ottici non reciproci, che manipolano le onde luminose in modo che possano viaggiare solo in una direzione, per risolvere queste sfide e migliorare la capacità di elaborare grandi quantità di informazioni. Possono essere utilizzati circuiti ottici non reciproci, Per esempio, per evitare riflessi indesiderati che interferiscono con la trasmissione dei dati e possono destabilizzare le sorgenti luminose sul chip. In un nuovo articolo pubblicato sulla rivista ottica , la rivista di punta della Optical Society, i ricercatori dell'Advanced Science Research Center (ASRC) del Graduate Center della City University of New York (CUNY) delineano un rigoroso quadro teorico che chiarisce i principi fondamentali che governano i circuiti risonanti non reciproci e risolve alcune questioni in sospeso sulle loro potenzialità e limiti.
La scienza dello studio dei circuiti ottici non reciproci è per molti versi ancora agli inizi, e nella letteratura scientifica è sorta una notevole confusione su ciò che è possibile o non possibile nei sistemi che rompono la reciprocità e consentono la propagazione unidirezionale della luce. Articoli recenti hanno sostenuto che i circuiti ottici risonanti non reciproci possono essere in grado di memorizzare indefinitamente onde luminose multifrequenza senza perdita di integrità, consentendo ai dispositivi di elaborare i dati in modo molto più efficace. Ma la nuova ricerca degli scienziati ASRC mostra che i circuiti non reciproci non forniscono alcun vantaggio rispetto ai sistemi convenzionali nel superare il comune compromesso tra il ritardo temporale che può essere impartito a un segnale in ingresso e la sua larghezza di banda di frequenza, una sfida centrale nei moderni sistemi di calcolo ottico. La loro teoria chiarisce i principi sottostanti che governano il modo in cui la luce interagisce con dispositivi non reciproci, stabilire i limiti ultimi delle loro prestazioni, e le opportunità che possono realisticamente fornire per migliorare la loro interazione con i segnali in arrivo.
"Siamo stati incuriositi dalle recenti affermazioni su dispositivi non reciproci che sembravano troppo belli per essere veri, "ha detto Sander Mann, primo autore del nuovo paper e borsista postdottorato del Graduate Center che lavora nel laboratorio di Andrea Alù, direttore della Photonics Initiative dell'ASRC e professore di fisica presso il Graduate Center. "La nostra teoria chiarisce i principi fondamentali che governano la propagazione della luce nei dispositivi risonanti non reciproci, e mostra opportunità realistiche di usarli in modi per migliorare la trasmissione del segnale ottico, Conservazione, elaborazione e calcolo".
Oltre a fornire un rigoroso, limiti strutturali sulle possibilità di dispositivi non reciproci, la teoria sviluppata dai ricercatori dell'ASRC indica diverse interessanti proprietà dei circuiti non reciproci che possono rivelarsi utili nel trasporto di segnali luminosi, e infine migliorare la velocità e l'efficienza nell'elaborazione dei dati.
"Il nostro gruppo ha lavorato sulla propagazione della luce non reciproca per alcuni anni, e abbiamo scoperto molte opportunità offerte da questi dispositivi unidirezionali, " disse Alù. "Mentre si afferma il fenomeno del trasporto unidirezionale della luce, i principi che lo governano sono abbastanza controintuitivi e portano facilmente alla confusione. La nostra nuova teoria chiarisce le opportunità e i limiti dell'uso di dispositivi non reciproci per rallentare la luce, e ora stiamo cercando modi per operare vicino ai limiti appena derivati per migliorare al massimo l'interazione della luce con dispositivi su nanoscala e non linearità".
