Многоканальные перепрограммируемые интерферометры находят применения в новых подходах к обработке информации, как классической, так и квантовой. До недавнего времени, перепрограммируемые интерферометры создавались с использованием архитектур (способов объединения элементарных блоков друг с другом), которые чувствительны к ошибкам, возникающим на этапе их изготовления. Предлагаемая технология решает эту проблему за счёт использования двух новых архитектур интерферометров, которые отличаются типом элементарных блоков и способом их соединения друг с другом в многоканальную схему. В отличие от известных до этого методов, в предлагаемых интерферометрах нет необходимости использования дополнительных элементов для возможности исправления ошибок.

Крупномасштабные перепрограммируемые интерферометры представляют собой массивы, составленные соединением более простых функциональных блоков. Традиционными строительными блоками, из которых конструируют многоканальные перепрограммируемые интерферометры, являются двухканальные интерферометры Маха-Цендера (ИМЦ). С помощью выставления значений фаз на фазовых сдвигах выполняют перепрограммирование многоканального интерферометра. ИМЦ состоят из двух статических элементов делителей и варьируемых элементов фазовых сдвигов. Существуют универсальные архитектуры на основе ИМЦ, которые позволяют перепрограммировать интерферометры в произвольное линейное преобразование.

Для возможности реализации широкого класса многоканальных преобразований критическим является выполнению условие сбалансированности статических делителей. Однако из-за неидеальных технологий на практике всегда возникают ошибки в этих статических элементах, которые нельзя исправить после изготовления. Ошибки в статических делителях приводят к ограничению класса преобразований, которые можно реализовать с помощью многоканальных интерферометров.

В предлагаемых архитектурах интерферометров предложено отказаться от использования ИМЦ. Одна из архитектур использует в качестве двухканального блока одиночный статический делитель, снабжённый одним варьируемым сдвигом фаз. Массив таких блоков образует многоканальный интерферометр, который способен осуществлять широкий класс преобразований при высоком уровне статических ошибок. Было показано, что коэффициенты деления статических делителей могут лежать в широком диапазоне без потери свойств интерферометра: их коэффициент пропускания по мощности должен лежать в диапазоне от ≈1 /2 до ≈4 /5, в отличие от архитектур на основе ИМЦ, где этот параметр может принимать только одно значение ½ (сбалансированное деление).

Во второй предлагаемой архитектуре статические части интерферометров представляют собой многоканальные блоки, располагаемые между слоями независимых фазовых сдвигов. В отличие от статических делителей, преобразующие только два канала, многоканальные блоки преобразуют одновременно множество каналов. Исследование показало, что имеет меcто произвол в выборе многоканальных статических блоков и многоканальная схема устойчива к статическим ошибкам. Для осуществления оптических схем с многоканальными блоками могут быть использованы технологии, не подразумевающие планарное расположение элементов.

Области применения

• Предлагаемые интерферометры могут быть компонентом квантовых оптических вычислителей и симуляторов. Например, оптические симуляторы, реализующие алгоритмы сэмплинга, и универсальные квантовые вычислители, способные решать разнотипные задачи. Разработкой таких устройств в основном занимаются за границей, поэтому предлагаемая технология может найти потребителей среди следующих компаний: Xanadu (Канада), PsiQuantum (США), ColdQuanta (США).
• Перепрограммируемые интерферометры используются в новых подходах к классической оптической обработке информации, в особенности, в оптических нейронных сетях. Разработки в этом направлении активизировались в последние два года. Технологии создания устойчивых к ошибкам перепрограммируемых интерферометров представляют интерес для следующих компаний: Lightmatter (США), Lightelligence (США), LightOn (Франция). К потенциальным потребителям можно отнести другие компании, которые будут заниматься этим направлением.

Преимущества перед аналогами

Программируемые многоканальные интерферометры, созданные с использованием известных до недавнего времени архитектур, подвержены влиянию ошибок, возникающих в статических элементах интерферометров на этапе их изготовления. В результате, чтобы иметь возможность исправления этих ошибок в дизайн интерферометров на этапе проектирования нужно вносить дополнительные активные и пассивные оптические элементы, что приводит к укрупнению размеров схемы и усложняет их перепрограммирование. Предлагаемые архитектуры программируемых интерферометров вовсе не подвержены влиянию статических ошибок и при этом не требуют внесения дополнительных элементов в схемы.

Интеллектуальная собственность

1. Заявка на изобретение № 2020119934 «Устойчивый к ошибкам многоканальный поляризационный преобразователь электромагнитных сигналов»
2. Изобретение «N-канальный линейный преобразователь электромагнитных сигналов», патент РФ RU2734454 от 16.10.2019, авторы: М.Ю.Сайгин, С.А.Флджян, И.В.Дьяконов, С.С.Страупе, С.П.Кулик.
3. Изобретение «N-канальный линейный преобразователь электромагнитных сигналов и способ осуществления многоканального линейного преобразования», патент РФ RU2723970 от 30.08.2019, авторы: М.Ю.Сайгин, И.В.Дьяконов, С.С.Страупе, И.В.Кондратьев, С.П.Кулик.
4. Изобретение «Способ линейного оптического преобразования сигналов и интерферометр, реализующий такое преобразование», патент РФ RU2702806 от 11.10.2019, авторы: М.Ю.Сайгин, И.В.Дьяконов, С.С.Страупе, А.А.Калинкин, С.П.Кулик.
5. PCT - RU2020/050282