Можно ли поймать свет и заставить его служить нам? Физики из Сибирского федерального университета, Института вычислительного моделирования и Института физики им. Л. В. Киренского КНЦ СО РАН приблизились к этому. Их работа показала, как машинное обучение помогает предсказывать поведение связанных состояний в континууме (ССК) — необычных ловушек для фотонов.
ССК — словно оптические «призраки». Свет попадает в структуру, но не выходит наружу, оставаясь замкнутым внутри, будто в идеально запертой клетке. Долгое время такие состояния считали математической редкостью, пока появление метаматериалов не сделало их инструментом для создания сверхчувствительных сенсоров и миниатюрных лазеров. Но поймать ССК сложно — они возникают лишь при идеальном сочетании параметров материала, геометрии и симметрии.
Стоит слегка нарушить симметрию, и невидимая ловушка превращается в резонатор, усиливающий электромагнитное поле во много раз. Его след проявляется в спектре как резонанс Фано — асимметричная линия, форма которой имеет ключевое значение для практических приложений. Но рассчитать ее традиционными методами почти невозможно — требуются десятки тысяч вычислений по уравнениям Максвелла.
Красноярские исследователи предложили иной путь. Для решения проблемы ученые применили алгоритм машинного обучения на базе из более чем 100 тысяч численных экспериментов. В результате ИИ научился по четырем параметрам — ширине и высоте элементов решетки и двум коэффициентам преломления — предсказывать форму резонанса с высокой точностью и даже выделять ключевые факторы.
Новый метод оказался значительно точнее классических расчетов. Более того, он дает возможность обратного проектирования, когда инженеры задают желаемую форму резонанса, а алгоритм предлагает оптимальные конструкции для будущих фотонных устройств.
Так «невидимые» состояния света превращаются в реальный инструмент. Сверхчувствительные сенсоры, компактные лазеры и элементы квантовых технологий теперь можно будет разрабатывать быстрее и точнее, а ИИ становится рабочим инструментом для управления светом на наноуровне.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что ученые вскипятили воду на МКС и открыли новые эффекты.
