Учёные Московского физико-технического института создали платформу, которая позволяет с высокой точностью управлять интерференцией света. Разработка может стать основой для будущих оптических компьютеров, способных выполнять специализированные вычисления значительно быстрее традиционных электронных систем. О проекте рассказали доценты кафедры общей физики МФТИ Валерий Слободянин и Дмитрий Ципенюк.
Базой для исследования стала идея использования интерференции — процесса, при котором световые волны накладываются друг на друга, усиливая или ослабляя сигнал. Управление этим явлением рассматривается как один из способов построения оптических вычислителей. Однако работа с видимым светом требует изготовления сверхточных микроструктур, включая щели с размерами в единицы микрометров, что делает эксперимент затратным и технически сложным.
Команда МФТИ предложила альтернативу. В эксперименте использовано микроволновое излучение, длина волны которого составляет миллиметры и сантиметры. Это позволило увеличить размеры щелей, экранов и детекторов, упростив управление установкой. Исследование было представлено на международной конференции OPAL’2025, а также опубликовано в журналах Sensors & Transducers и RENSIT.
Испытания подтвердили, что в микроволновом диапазоне можно воспроизводить интерференционную картину с двумя и тремя щелями. Исследователи показали возможность управлять интерференцией, меняя поляризацию излучения или вводя временную задержку. В ряде экспериментов удалось добиться почти полного гашения сигнала в центре пучка при фазовом сдвиге между щелями. Кроме того, команда изучила проявление квантовых эффектов в ближней зоне Френеля и дальней зоне Фраунгофера.
Для проверки корректности результатов была создана цифровая модель установки на основе метода PyMeep FDTD. Она позволила сравнить экспериментальные данные с теоретическими прогнозами, а также рассчитать поведение интерференционной картины при изменении параметров. На базе этой модели планируется обучить нейросеть, способную виртуально моделировать различные условия без проведения реальных измерений.
Исследователи подчёркивают, что процессы в установке можно описывать теми же математическими методами, которые используются в квантовых вычислениях. Волна, проходящая через одну щель, в этом случае функционально соответствует кубиту, находящемуся в суперпозиции. Такой подход позволяет имитировать поведение квантовых систем с помощью классической волновой установки.
Команда МФТИ намерена продолжать работу и перейти к созданию логических элементов на основе интерференции — в частности вентилей NOR, NAND и XNOR. Испытания таких макетных схем уже ведутся в СВЧ-диапазоне. Следующим этапом станет уменьшение размеров элементов и попытка приблизиться к разработке оптических процессоров, работающих на длине волны 1,55 мкм.
Учёные считают, что подобные устройства смогут решать сложные задачи физического моделирования практически мгновенно. Речь идёт о расчётах сейсмических волн, оптимизации антенн, определении резонансных частот конструкций и других задачах, которые сейчас занимают у классических компьютеров дни.
В завершение исследователи отметили, что создание «цифрового двойника» установки позволит значительно ускорить оптимизацию параметров будущих логических элементов и станет основой для разработки эффективных аналоговых оптических вычислителей.
Понравилась новость? Добавьте в избранное Дзен Новости, присоединяйтесь к нашим сообществам ВКонтакте, ОК и нашему Telegram-каналу.