[논문 리뷰] Coherent Diffusive Photonics

Sebabrata Mukherjee, D. Mogilevtsev외 4명|arXiv (Cornell University)|2017. 03. 17.

Neural Networks and Reservoir Computing인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 공유 저장소를 통한 분산 결합을 활용하여 일관된 확산 광학을 도입함으로써, 이질적인 혼돈 시스템에서도 가역적인 빛 제어를 가능하게 한다. 실험적으로 광학적 균형 조절과 선택적 채널 루팅을 구현하였으며, 양자 열역학적 함의로는 완벽한 비-랜도어어 에너지 소거와 격자 구조에서의 콤팩톤 유사 국소화 상태의 발생을 포함한다.

ABSTRACT

The Photonic Circuit has generally been a structure in which light propagates by unitary exchange and where photons transfer reversibly between channels. In contrast, the term diffusive is more akin to a chaotic propagation in scattering media, where light is driven out of coherence towards a thermal mixture. We have devised a way to unite these opposites, founded from the dynamics of open quantum systems and resulting in novel techniques for coherent light control. The crucial feature of these photonic structures is dissipative coupling between modes; an interaction with a common reservoir. We demonstrate experimentally that such systems can perform optical equalisation to smooth multimode light, or act as a distributor, guiding it into selected channels. Quantum thermodynamically, these systems can act as catalytic coherent reservoirs by performing perfect non-Landauer erasure. When extending to lattice structures, localized stationary states can be supported in the continuum, similar to compacton-like states in conventional flat band lattices.

연구 동기 및 목표

• 광학 시스템에서 일관된(유니터리) 및 확산적(혼돈적) 빛 전파를 통합하기 위해.
• 공유 저장소와의 분산 결합에도 불구하고 일관성을 유지하는 광학 구조를 개발하기 위해.
• 균형 조절 및 선택적 채널 분배와 같은 새로운 광학 제어 기법을 가능하게 하기 위해.
• 개방된 양자 시스템에서 비-랜도어어 소거와 같은 양자 열역학적 이점을 탐색하기 위해.
• 연속체 내 국소화 상태가 나타나는 광학 격자에서의 정적 국소화 상태의 발생을 조사하기 위해.

제안 방법

• 공유 저장소를 통한 광학 모드 간의 분산 결합을 활용하여 일관성과 확산 동역학을 통합한다.
• 모드와 저장소 간의 상호작용을 모델링하고 설계하기 위해 개방된 양자 시스템 역학을 활용한다.
• 제어된 에너지 재분배와 모드 균형 조절을 달성하기 위해 손실과 결합을 설계한 광학 회로를 설계한다.
• 다중 모드 시스템에서 광학적 균형 조절과 선택적 채널 루팅을 실험적으로 구현한다.
• 연속체 내 국소화 상태를 지원하는 광학 격자로 프레임워크를 확장하여, 평탄한 밴드 시스템의 콤파운트와 유사한 모드를 유도한다.
• 열역학적 행동을 분석하여, 촉매 작용을 하는 저장소를 통해 시스템이 완벽한 비-랜도어어 소거를 수행할 수 있음을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 분산 결합이 있는 광학 시스템에서 어떻게 일관된 제어를 유지할 수 있는가?
• RQ2 분산 결합은 다중 모드 빛에서 광학적 균형 조절과 선택적 루팅을 가능하게 하는가?
• RQ3 개방된 양자 광학 시스템에서 분산 결합으로 인해 어떤 열역학적 이점이 발생하는가?
• RQ4 분산 결합이 있는 광학 격자에서 연속체 내 국소화 정적 상태를 지닌다?
• RQ5 이러한 시스템은 완벽한 비-랜도어어 소거를 수행할 수 있는가?

주요 결과

• 시스템은 실험적으로 광학적 균형 조절을 달성하여, 분산 결합을 통해 다중 모드 빛을 매끄럽게 다듬는다.
• 공학적으로 설계된 저장소 상호작용을 통해 빛을 사전 정의된 출력 채널로 유도함으로써 선택적 채널 분배를 가능하게 한다.
• 광학 시스템은 촉매 작용을 하는 일관된 저장소로 기능하여, 랜도어 원칙의 전통적 한계를 위반하는 완벽한 비-랜도어어 소거를 가능하게 한다.
• 격자 구성에서는 연속체 내에서 국소화 정적 상태가 나타나 콤팩톤 유사 모드와 유사하다.
• 분산 결합 메커니즘이 이질적으로 분산되고 열화되는 시스템에서도 일관된 제어를 가능하게 한다.
• 프레임워크는 개방된 양자 시스템 역학을 활용하여 유니터리 및 확산적 빛 전파를 통합한다.