Neue Methode zur Erfassung der Stabilitätsmerkmale von Optikgeräten

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In optischen Fasern, auf Chips und in anderen Licht leitenden Bauelementen können kleine Defekte Photonen streuen und deren Weg stören. Eine neue Studie präsentiert eine Methode, die Eigenschaften aufdeckt, die dabei helfen, dass sich Lichtwellenverhalten in bestimmten Systemen gegen derartige Defekte durchsetzt. Diese Methode kann die Suche nach neuen Arten elektronischer und optischer Technologie beschleunigen und zum Aufbau zuverlässigerer Quantenbauelemente beitragen.

In der im Physical Review Letters veröffentlichten Studie präsentieren Forscher des Königlichen Technologischen Instituts (KTH) einen programmierbaren Chip, der die Erkennung und Messung von “topologischen Eigenschaften” ermöglicht – also solchen Wellenverhaltensmerkmalen, die auch bei einer Veränderung des Systems unverändert bleiben.

Der KTH-Dozent Ali Elshaari erklärt, dass das Verständnis dieser Eigenschaften dabei helfen könne, dass die Geräte trotz Fehlern weiterhin funktionieren.

Elshaari betont, dass topologische Eigenschaften die Materialien in außergewöhnlichem Maße stabil machen können. “Wenn ich den Studierenden die Topologie erkläre, beginne ich mit einem Knoten an einer Schnur,” so er. “Man kann sie ziehen, biegen oder schütteln; der Knoten bleibt an seinem Platz, bis man die Schnur durchschneidet.”

Physiker haben herausgefunden, dass einige Materialien und Bauteile ähnliche Knotenpunkte in den Durchgangsformen der Wellen aufweisen.

Die Hauptautorin der Studie, die KTH-Doktorandin Andrea Cataldo, erklärt, dass eine solche Entschlossenheit für Technologien attraktiv sei, die trotz Lärm und Fehlern funktionieren müssten, wie etwa die Elektronik und Quantengeräte von morgen.

In der realen Welt verliert jedes System ein wenig Energie”, sagt Cataldo. “Deshalb brauchen wir Wege, diese Eigenschaften unter realistischen Bedingungen zu untersuchen.

Lichtbasierte Chips können Energieverlustsysteme nachbilden und deren verborgene instabile Eigenschaften direkt offenbaren, so die Aussage.

Nach Cataldo unterschied sich der Chip zuverlässig zwischen den “topologischen” (topologisch) Zuständen und den gewöhnlichen. Zudem identifizierte er einen besonderen Punkt, den er als “exceptional point” bezeichnet, an dem Systeme, die Energie verlieren, ungewöhnlich reagieren.

“Wir verwenden eine mathematische Finte, um das verlustbehaftete System tatsächlich ohne Signalverlust auf dem Chip betreiben zu können”, sagt er. Die Forscher vergleichen anschließend das Licht mit Referenzstrahlen – ein Ansatz, den sie mit dem Stimmen eines Instruments an Hand einer Referenzfrequenz vergleichen.

“Dies ermöglicht es uns, nicht nur die Information zu lesen, die der Energieverlust normalerweise verbergen würde”, sagt er.

Da der Chip programmierbar ist, können an einem einzelnen Gerät viele verschiedene Szenarien getestet werden.

Andrea Cataldo et al.: Interferometrisches Auslesen der Topologie im Impulsraum in einem programmierbaren dissipativen photonischen Schaltkreis, (2026). DOI: 10.1103/xkht-64kc Auf DOI: 10.48550/arxiv.2609.38352

Bereitgestellt von: KTH Königliches Technologisches Institut

Abschluss in Lebenswissenschaften und Ökologie. Verfügt über Laborerfahrung in der Mikrobiologie und ist in den Bereichen Pharmaindustrie sowie Erdöl-, Erdgas- und Erneuerbare-Energien-Sektoren erfahren. Vollständiges Profil →

Abschlüsse in mathematischer Biologie (Bachelor) und kreativem Schreiben (Master). Verfügt über einzigartige Perspektiven auf Wissenschaft und Sprache und ist viel gereist. Vollständiges Profil →

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