Свет учится «думать»!

Группа инженеров из г. Университет Южной Калифорнии (USC) Он сделал шаг, который мог радикально изменить будущее фотонных технологий. Впервые они создали визуальное устройство, работающее на основе новой научной концепции, называемой «визуальная термодинамика», подхода, который позволяет организовывать и направлять свет самостоятельно, без переключателей или электронного управления. Открытие, опубликованное в журнале Природная фотоникаобещает упростить связь и вычисления на основе света, принеся мир с более быстрыми и эффективными технологиями.

По трубам и схемам на путях света

В традиционной технике поток жидкости контролируется с помощью клапанов, тогда как в электронных сетях информация передается маршрутизаторами или коммутаторами, которые определяют, какой сигнал достигнет какого пункта назначения. Но когда кто-то пытается сделать что-то похожее на свет, все становится намного сложнее. Используемые в настоящее время оптические маршрутизаторы основаны на сложных переключателях и электронных схемах, что увеличивает затраты, снижает скорость и снижает эффективность.

Его исследователи Инженерная школа USC Витерби предложите совершенно иной образ мышления. Вместо того, чтобы заставлять свет следовать заранее определенным путям, они создали систему, в которой свет сам «выбирает» правильный путь, как, например, частицы газа, которые естественным образом достигают состояния баланса. Процесс напоминает лабиринт, где вместо регулирования препятствий маршрут строится так, что каким бы ни было исходное положение «шарика», он всегда оказывается в нужном месте. Аналогичным образом в устройстве организован свет, основанный на принципах термодинамики.

Когда термодинамика соответствует перспективе

Основная идея зрительной термодинамики проста, но революционна: в сложных нелинейных зрительных системах Свет может вести себя как газ, стремящийся к естественному равновесию.. Хотя до сих пор такие системы считались хаотичными и трудноуправляемыми, исследователи Университета Южной Калифорнии показали, что внутри этого хаоса существует естественная тенденция к организации.

Анализируя, как свет распределяется и взаимодействует в нелинейных визуальных положениях, группа разработала теоретическую основуоптическая термодинамикаИсходя из этого, свет может претерпевать процессы, напоминающие расширение, сжатие и даже «фашистские переходы», точно так же, как в газах и жидкостях. Новая теория предлагает единственный способ понять и использовать естественную самоорганизацию света.

Устройство, которое самостоятельно направляет свет

Исследовательская группа USC из Мин Се, кафедра электротехники и вычислительной техникисоздал первое устройство, реализующее эти идеи на практике. Вместо использования переключателей, чтобы «направить» световой луч в нужное место, система спроектирована так, чтобы автоматически находить его путь.

Это явление напрямую связано с термодинамикой: например, газ подвергается известному процессу Расширение Джоуля-ТомсонаЕстественно, перераспределяя свое давление и температуру до тех пор, пока не будет достигнут баланс, свет в новом зрительном контуре проходит две фазы: сначала «визуальное расширение», а затем «тепловой баланс». Результатом является естественный, саморегулирующийся поток фотонов, которые автоматически сходятся в желаемой точке выхода без какого-либо внешнего вмешательства.

На пути к новой эре фототонических технологий

Эффекты этого открытия выходят далеко за рамки теории. По мере того как полупроводниковая и ИТ-индустрия приближается к своим естественным границам, ведущие компании, такие как Nvidia, изучают визуальные технологии как решение для более быстрой и энергоэффективной обработки данных. Новая модель освещения могла бы упростить разработку таких систем за счет уменьшения необходимости в сложном электронном управлении и значительного увеличения скорости связи и вычислений.

Кроме того, приложения не ограничиваются компьютерами. От телекоммуникаций и квантовых информационных технологий до безопасной передачи данных — принцип визуальной термодинамики может лечь в основу нового поколения «умных» световых устройств — простых по конструкции, но мощных в работе.

От хаоса к предсказуемости

«Помимо запуска света, эта новая рама может открыть пути для совершенно разных способов управления визуальной энергией с помощью информационных технологий, коммуникаций и фундаментальной физики.“, Хедие М. Кликкандидат наук и основной автор исследования.

Учитель Димитриос Христодулидесруководитель цеха и держатель штаба Стивен и Кэтрин Образец кафедры инженерного делаОн подчеркнул, что это исследование превращает, казалось бы, нерешаемую проблему в естественную возможность.

То, что когда-то считалось неконтролируемым и хаотичным, теперь можно рассматривать как естественный процесс – процесс, который может переопределить способы, которыми инженеры управляют световыми и электромагнитными сигналами.

Таким образом, работа ОСК открывает новую эру, когда свет является не просто носителем информации, а «живым» фактором, который адаптируется, организуется и действует практически автономно. Если электроника произвела кремниевую революцию, визуальная термодинамика Возможно, это начало эры света, который «думает».

[via]