Datblygiad Newydd mewn Rhaglennu Cylched Optegol: Cyfrifiadura Ysgafn Gyda Ffibrau tenau o wallt

Yn ddiweddar, mae gwyddonwyr ym Mhrifysgol Heriot-Watt (DU) wedi darganfod dull newydd pwerus ar gyfer rhaglennu cylchedau optegol.
Gall y dull hwn chwarae rhan hanfodol wrth wireddu technolegau'r dyfodol megis rhwydweithiau cyfathrebu na ellir eu torri a chyfrifiaduron cwantwm gwibgyswllt. Mae'r ymchwil bellach wedi'i gyhoeddi yn y cyfnodolyn Nature Physics.
Mae Mehul Malik, ffisegydd arbrofol ac athro ffiseg yn yr Ysgol Peirianneg a Gwyddorau Ffisegol ym Mhrifysgol Heriot-Watt yn y Deyrnas Unedig, yn esbonio, "Gall golau gario llawer iawn o wybodaeth, a chylchedau optegol, sy'n cyfrifo gyda golau yn hytrach na trydan, yn cael eu gweld fel y naid fawr nesaf mewn technoleg gyfrifiadurol."
"Ond wrth i gylchedau optegol ddod yn fwy ac yn fwy cymhleth, maent yn gynyddol anodd eu rheoli a'u gwneuthur - a all effeithio ar eu perfformiad. Mae ein hymchwil yn dangos dull arall, mwy cyffredinol o ddylunio cylchedau optegol, gan ddefnyddio prosesau sy'n digwydd yn naturiol."
Cynhaliodd yr Athro Mehul Malik a'i dîm eu hymchwil gan ddefnyddio ffibrau optegol masnachol. Yn cael ei ddefnyddio'n eang ledled y byd i drosglwyddo'r Rhyngrwyd i gartrefi a busnesau unigol, mae'r math hwn o ffibr yn deneuach na lled gwallt dynol ac yn defnyddio golau i drosglwyddo data.
Trwy fanteisio ar ymddygiad gwasgariad naturiol golau mewn ffibrau optegol, canfuwyd y gallai'r cylchedau optegol o fewn y ffibrau gael eu rhaglennu mewn ffordd fanwl iawn.
"Pan fydd golau'n mynd i mewn i ffibr optegol, mae'n gwasgaru ac yn cymysgu mewn ffyrdd cymhleth. Trwy ddeall y broses gymhleth hon a siapio'r golau sy'n mynd i mewn i'r ffibr yn union, rydym wedi dod o hyd i ffordd i grefftio cylchedau golau yng nghanol yr anhrefn hwn."
Mae cylchedau optegol yn hanfodol i ddyfodol technolegau cwantwm, sy'n cael eu dylunio ar lefel ficrosgopig trwy weithio gydag atomau unigol neu ffotonau (gronynnau golau). Mae'r technolegau hyn yn cynnwys cyfrifiaduron cwantwm pwerus gyda phŵer prosesu enfawr a rhwydweithiau cyfathrebu cwantwm na ellir eu hacio.
Mae'r Athro Mehul Malik yn esbonio, "Er enghraifft, mae angen cylchedau optegol ar ddiwedd rhwydweithiau cyfathrebu cwantwm fel y gellir mesur gwybodaeth ar ôl teithio pellteroedd hir. Maent hefyd yn rhan allweddol o gyfrifiaduron cwantwm ar gyfer perfformio cyfrifiadau cymhleth ar ronynnau ysgafn."
Mae cyfrifiaduron cwantwm yn addo datblygiadau sylweddol mewn meysydd fel datblygu cyffuriau, rhagfynegi hinsawdd ac archwilio'r gofod. Mae dysgu peiriant - deallusrwydd artiffisial - yn faes arall lle mae cylchedau optegol yn cael eu defnyddio i brosesu symiau mawr o ddata yn gyflym.
Mae'r Athro Mehul Malik yn nodi bod pŵer golau yn gorwedd yn ei amlddimensiwn: "Gallwn amgodio llawer o wybodaeth ar un gronyn o olau. Ei strwythur gofodol, ei strwythur amser, ei liw. Os gallwch gyfrifo'r holl briodweddau hyn yn yr un pryd, gallwch ryddhau pŵer prosesu aruthrol."
Dangosodd yr ymchwilwyr hefyd sut y gellir defnyddio eu cylchedau optegol rhaglenadwy i drin maglu cwantwm. Mae hon yn ffenomen lle mae dau neu fwy o ronynnau cwantwm, fel ffotonau, yn parhau i fod yn gysylltiedig hyd yn oed pan fyddant ymhell oddi wrth ei gilydd. Mae ymglymiad yn chwarae rhan bwysig mewn llawer o dechnolegau cwantwm, megis cywiro gwallau o fewn cyfrifiaduron cwantwm a gweithredu'r mathau mwyaf diogel o amgryptio cwantwm.
Cynhaliodd yr Athro Mehul Malik a'i grŵp ymchwil yn Labordy Gwybodaeth Beyond Deuaidd Quantum Prifysgol Heriot-Watt yr astudiaeth gydag ysgolheigion cydweithredol o sefydliadau megis Prifysgol Lund yn Sweden, Prifysgol Sapienza yn Rhufain yn yr Eidal, a Phrifysgol Twente yn yr Iseldiroedd.
Ariannwyd yr ymchwil gan QuantERA, rhwydwaith Ewropeaidd blaenllaw o 39 o sefydliadau ariannu ymchwil cyhoeddus (rfo) o 31 o wledydd, gan gynnwys Asiantaeth Hyrwyddo Ymchwil Awstria (FFG) - asiantaeth ariannu genedlaethol Awstria ar gyfer ymchwil a datblygu diwydiannol; a'r Cyngor Ymchwil Ewropeaidd (ERC) - sefydliad ariannu'r UE ar gyfer ymchwil flaengar.