Синтетические измерения (СДИ) в физике открыли новые горизонты, позволяя исследовать явления в многомерных пространствах, выходящих за рамки нашей привычной трехмерной геометрии. Особенно этот подход стал важным в топологической фотонике благодаря своей способности раскрывать сложные физические процессы, недоступные в обычных измерениях.

Учёные предложили множество теоретических подходов к изучению и применению СДИ, включая синтетические калибровочные поля, квантовую физику Холла, дискретные солитоны и топологические фазовые переходы в четырёхмерных и более высоких пространствах. Эти идеи могут привести к новым фундаментальным открытиям в физике.

Одним из главных вызовов в трёхмерном пространстве является создание сложных решетчатых структур с определёнными связями. СДИ предлагают простую платформу для разработки сложных сетей резонаторов с анизотропными, дальнодействующими или диссипативными связями.

Эти возможности уже привели к новым экспериментам, таким как неэрмитовая топологическая обмотка и симметрия четности-времени. Разнообразие параметров, таких как частотные и пространственные моды, а также орбитальные угловые моменты, позволяет строить СДИ с широкими перспективами для оптической связи и топологических лазеров.

Главной целью в этой области является создание идеальной сети резонаторов, где любая пара мод может быть связана под контролем. Для этого требуется точное управление модами в фотонных системах, что может улучшить передачу данных, сбор энергии и эффективность лазеров.

Как сообщается в журнале Advanced Photonics, международная группа исследователей создала настраиваемые массивы волноводов для синтетических модальных измерений. Это достижение позволяет контролировать свет в фотонной системе без сложных дополнительных функций. Профессор Чжиган Чен из Нанькайского университета отметил, что возможность регулировать различные моды света в системе приближает нас к созданию идеальных сетей с полным контролем параметров эксперимента.

В своей работе исследователи модулируют возмущения для распространения, соответствующие различиям между модами света. Они используют искусственные нейронные сети (ИНС) для проектирования волноводных решеток в реальном пространстве. ИНС обучены создавать установки с желаемыми модами, что помогает исследовать, как свет распространяется и ограничивается внутри решеток. Они также продемонстрировали использование ИНС для проектирования решетчатой структуры Су-Шриффера-Хигера (SSH), позволяющей топологически управлять светом в системе.

Это исследование важно, поскольку точная настройка расстояний и частот волноводов оптимизирует проектирование интегрированных фотонных устройств. Профессор Хрвое Бульян из Загребского университета подчеркнул, что эта работа открывает новые возможности не только в фотонике, но и в квантовой оптике и передаче данных. Взаимодействие топологической фотоники и синтетических измерений с поддержкой ИНС может привести к уникальным материалам и устройствам.