Ingenieure der University of California, Los Angeles (UCLA) haben einen bedeutenden Fortschritt in der optischen Computertechnologie vorgestellt, der die Datenverarbeitung und -verschlüsselung verbessern soll. Die Arbeit ist veröffentlicht im Journal Laser & Photonik Bewertungen.
Diese innovative Arbeit unter der Leitung von Professor Aydogan Ozcan und seinem Team präsentiert ein rekonfigurierbares diffraktives optisches Netzwerk, das hochdimensionale Permutationsoperationen ausführen kann und damit einen bedeutenden Fortschritt bei Telekommunikations- und Datensicherheitsanwendungen darstellt.
Permutationsoperationen, die für verschiedene Anwendungen wie Telekommunikation und Verschlüsselung unverzichtbar sind, basieren traditionell auf elektronischer Hardware. Die Weiterentwicklung des UCLA-Teams nutzt jedoch rein optische Diffraktionsberechnungen, um diese Operationen im Multiplexverfahren auszuführen, was die Effizienz und Skalierbarkeit deutlich verbessert.
Durch Ausnutzung der intrinsischen Eigenschaften des Lichts führt die Forschung eine neuartige Methode zur Ausführung hochdimensionaler Permutationsoperationen über ein multiplexes diffraktives optisches Netzwerk ein.
Innovatives diffraktives Design
Das Design des Teams umfasst ein rekonfigurierbares Multiplexmaterial, das mithilfe von Deep-Learning-Algorithmen strukturiert wurde. Jede diffraktive Schicht im Netzwerk kann in vier Richtungen rotieren: 0°, 90°, 180° und 270°. Dadurch kann ein rotierbares diffraktives Material mit K-Schichten bis zu 4K unabhängige Permutationsoperationen durchführen, was es äußerst vielseitig macht.
Die ursprünglichen Eingabedaten können durch Anwenden einer bestimmten inversen Permutationsmatrix entschlüsselt werden, wodurch die Datensicherheit gewährleistet wird.
Experimentelle Validierung und Anwendungen
Um die praktische Anwendbarkeit dieser Technologie zu demonstrieren, approximierten die Forscher 256 zufällig ausgewählte Permutationsmatrizen mithilfe von vier drehbaren diffraktiven Schichten. Sie demonstrierten außerdem die Vielseitigkeit des Designs, indem sie Polarisationsfreiheitsgrade integrierten und so die Multiplexing-Fähigkeiten weiter verbesserten.
Die experimentelle Validierung, die mithilfe von Terahertz-Strahlung und 3D-gedruckten diffraktiven Schichten durchgeführt wurde, stimmte weitgehend mit den numerischen Ergebnissen überein und unterstreicht die Zuverlässigkeit und das Potenzial des Designs für reale Anwendungen.
Zukunftsaussichten
Das rekonfigurierbare diffraktive Netzwerk bietet mechanische Rekonfigurierbarkeit und ermöglicht so eine multifunktionale Darstellung in einem einzigen Herstellungsprozess. Diese Innovation ist besonders vielversprechend für Anwendungen in den Bereichen optisches Schalten und Verschlüsselung, bei denen schnelle, energieeffiziente Informationsübertragung und Multiplexverarbeitung von entscheidender Bedeutung sind.
Die bahnbrechende Arbeit des UCLA-Teams ebnet nicht nur den Weg für fortschrittliche Datenverarbeitungs- und Verschlüsselungsmethoden, sondern unterstreicht auch das enorme Potenzial optischer Computertechnologien bei der Bewältigung aktueller technologischer Herausforderungen.
Mehr Informationen:
Guangdong Ma et al., Multiplexierte rein optische Permutationsoperationen unter Verwendung eines rekonfigurierbaren diffraktiven optischen Netzwerks, Laser & Photonik Bewertungen (2024). DOI: 10.1002/lpor.202400238