人間は世界を3次元で経験しますが、日本の協力は宇宙の基本法則をよりよく理解し、先端技術に適用できる合成次元を作る方法を開発しました。
彼らは今日（2022年1月28日）の結果を発表しました。 科学の発展。
論文の著者である東芝ババ、横浜国立大学の電気・コンピュータ工学科の教授は、「ディメンションの概念は、ここ数年で現代の物理学と技術のさまざまな分野で中心的な固定具となっています」と述べました。 「低次元の材料と構造に関する研究は欠実を結んだが、トポロジの急速な発展は、システムの次元に応じて潜在的に有用な現象がはるかに豊富であることを明らかにし、さらに私たちの周辺世界で使用できる3つの空間次元を超えて立った。」
トポロジは、メビウスストリップのねじれなど、連続的な歪みで保存された属性を持つ空間を数学的に説明する幾何学の拡張を表します。 Babaによると、光と組み合わせると、これらの物理空間は研究者が非常に複雑な現象を引き起こすように指示することができます。
実際の世界では、線から正方形、立方体に至るまで、各次元はより多くの情報を提供するだけでなく、それを正確に説明するためにより多くの知識が必要です。 トポロジフォトニクスでは、研究者はシステムの追加の次元を作成して、以前にアクセスできなかった属性のより多くの自由度と多面的な操作を可能にすることができます。
Babaは、「合成レベルを使用すると、複雑さが低減された低次元デバイスで高次元の概念を活用できるだけでなく、オンチップ光学絶縁などの重要なデバイス機能を駆動することもできます」と述べました。
シリコンフォトニクスを使用して構築され、内部で変調されたリング共振器は周波数ラダーを生成します。 クレジット: 横浜国立大学
研究者らは、いくつかのメモリを格納できるコンピュータチップであるComplementary Metal-Oxide-Semiconductors（CMOS）を構築するために使用したのと同じアプローチを使用して、シリコンリング共振器で合成寸法を作成しました。 リング共振器は、特定の帯域幅などの特定のパラメータに従って光波を制御および分割するためにガイドを適用します。
Babaによると、シリコンリング共振器フォトニックデバイスは「櫛形」の光学スペクトルを取得し、一次元モデルに対応する結合モードを生成しました。 言い換えれば、この装置は、研究者がシステムの残りの部分に関する情報を推論できるようにする測定可能な属性（合成次元）を作成しました。
開発されたデバイスは1つのリングで構成されていますが、より多くのリングを積層して効果をカスケードし、光周波数信号をすばやく特徴付けることができます。
決定的に、Babaは、スタックリングを備えたプラットフォームは、さまざまなコンポーネントに接続された光ファイバを使用する以前のアプローチよりもはるかに小さくコンパクトであると述べました。
「よりスケーラブルなシリコンフォトニックチッププラットフォームは、合成レベルのフォトニクスが成熟し洗練されたCMOS商業製造ツールボックスの利点を享受できるようにし、同時に新しいデバイスアプリケーションに導入する多次元トポロジ現象のための手段を作成できるため、かなりの進歩を提供します。」と馬場は言った。
Babaによると、必要に応じて再構成できる機能を含むシステムの柔軟性は、物理空間内の等価な静的空間を補完するため、研究者が実際の空間の次元的制約を迂回して3次元を超えても現象を理解するのに役立ちますすることができます。
「この研究は、トポロジと合成次元のフォトニクスがシリコンフォトニクス統合プラットフォームで実際に使用できる可能性を示しています」とBabaは言います。 「次に、位相集積回路を構築するために、位相および合成次元のすべての光子要素を収集する予定です。」
参照：「Si CMOSフォトンプラットフォームの合成次元バンド構造」2022年1月28日、 科学の発展。
DOI：10.1126 / sciadv.abk0468
他の貢献者はArmandas BalčytisとJun Maeda, Yokohama National Universityの電気・コンピュータ工学科です。 大沢大樹、東北大学材料研究先進研究所。 そして、東京大学のナノ量子情報電子研究所、Yasutomo Ota、Satoshi Iwamoto。 Otaはまた、慶應義塾大学の応用物理学・物理情報学科と提携しています。 岩本は東京大学先端科学技術研究センターや産業科学研究所と提携しています。
日本科学技術庁（JPMJCR19T1、JPMJPR19L2）、日本科学振興学会（JP20H01845）およびRIKENがこの研究を支援しました。
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