The post has been translated automatically. Original language: Russian
QYDYR_NEXUS spherical interferometer: from topological mathematics to an experimental stand
Annotation
The article presents the concept of the topological organization of a fiber-optic path, aimed at investigating the possibility of reducing the influence of phase noise in photonic circuits due to the mirror-antisymmetric geometry of the waveguide ("Sphiral"). Described by The architecture of the experimental stand and the results of a series of tests are presented, which show a decrease in attenuation by 2.55 dB (dipole) and 1.62 dB (open Sphiral) compared with rectilinear fiber laying, as well as a stabilization of the energy consumption of the radiation source by 25.3%. The data obtained serve as the first experimental bases for further testing the concepts of Sphiral Artificial Neurons (SYN) and Fractal Sphiral Artificial Neurons (FSIN).
1. Introduction: problem and solution
Modern photonics and quantum computing face a fundamental barrier — phase noise and hardware vulnerabilities. Standard algorithmic error correction methods require significant computing power and slow down the operation of systems. Project QYDYR_NEXUS suggests an alternative approach — using a topological interferometer to investigate the possibility of reducing effects of noise processes due to the geometry of the conductor itself.
2. The principle of operation of the device
The technology is based on a Sphiral, a topological structure consisting of two mirror—antisymmetric coils connected by an S-shaped junction.
· Topological inversion: The left and right turns have different chirality.
· Zero chirality: at the central point (the Nexus node) , chirality inversion occurs without breaking the flow, which ensures "zero chirality" of the entire system as a whole.
· Result: when two Sefirals are closed into a dipole, a a topological resonator. In it, energy passes through a double spatial inversion, which can lead to destructive interference of parasitic reflected waves. This creates a state of deep destructive interference — a detectable attenuation of the parasitic glow caused by a phase shift of the waves in the Nexus node.
3. Mathematical base
The condition of destructive interference between the two arms of the dipole:
Δφ = (2π/λ)·(n₁L₁ − n₂L₂) = π
It should be noted that the above expression describes an idealized condition for maximum destructive interference and is used in this paper as a theoretical model of the system under study.
where N₁, n₂ are the refractive indices, l₁, l₂ are the optical arm lengths, λ is the wavelength of radiation in vacuum.
Unlike the Mach–Zehnder interferometer, where the arms are parallel, in In a sphiral dipole, the arms have mirror antisymmetry. It may promote increased resistance to external vibrations, since the interference affects both antisymmetric arms simultaneously, self-compensating.
4. Engineering architecture: sphiral dipole
The experimental model is based on a four-channel switching circuit.:
· Geometry: a dipole of two Sefirals, the second one is rotated 180° relative to the first one along the Y axis. This creates a closed loop where the end of the first The sefira smoothly connects to the beginning of the second, and the end of the second to the beginning of the first.
· Guide matrix (groove): to eliminate accidental errors and stray bends, the G.657 fiber is placed in a precision groove printed on a 3D printer according to the mathematical coordinates of the Spiral, rigidly fixing the laminarity of the S-junctions and the radius of the turns.
· Optical switching scheme:
o Input (2x2 FBT Splitter): Used to inject a laser beam into the system.
o Nexus Center (2x2 FBT Coupler): located in the center of the dipole. It divides the incoming light into two streams that pass through antisymmetric arms "collide" with opposite courses again in the same node for phase interaction.
o Output (2x2 FBT Splitter): located on the opposite edge of the dipole and serves to output the interference result to the detector with the possibility of switching channels.
4.1. Assembly features and limitations of the current layout
Standard fiber optic splitters (FBT splitters) with fixed pin lengths were used in the manufacture of the experimental stand. :
· External splitters — 2/2 meter,
· The internal S-junction splitter is half a meter (0.5 m) long with the same dimensions of the flasks and touchpad.
This led to the fact that in the central part of the stand, where the S-shaped loops, the geometry turned out to be slightly deformed (oval) due to the discrepancy between the length of the terminals and the rigidity of the optical connectors. At the time of the design, this factor was not taken into account.
Nevertheless, preliminary computer simulations and the experiment itself showed a high resistance of the Sfirali topology to such geometric distortions — even with the oval shape of the S-junctions , the observed effect (attenuation reduction and current stabilization) was steadily reproduced for all the configurations studied.
This means that the physical mechanism (feedback suppression for due to mirror antisymmetry and S-shaped integration) is quite robust and does not require perfect stacking accuracy for manifestations of the basic effect. However, quantitative measurements and the study of the effect dependence on geometric parameters require the manufacture of a new stand, taking into account the actual size of the components.
Despite the identified design limitations, all the studied configurations were compared under the same experimental conditions with using the same set of components. This allows us to correctly assess the influence of spatial topology on the observed characteristics.
5. Experimental methodology
The tests were conducted on 07/11/2026 according to the Test Program and Methodology (PMI)
Test conditions:
· Ambient temperature: 31.8–31.9 °C (stable),
· Laser module power supply voltage: 3.19–3.20 V,
· Rated current: 0.16–0.18 A,
· Laser operation mode: continuous, with mandatory preheating of 10 minutes,
· For each configuration, continuous readings were recorded at a high frequency (up to 3-5 measurements per second) using the KPM-25 instrument. Time, temperature, voltage, current, and optical power were recorded.
· The "Straight line" configuration was used as a control sample, since it represents the simplest option for serial switching of fiber-optic components without introducing additional topology.
· The power supply parameters were monitored with an accuracy of 0.01 V and 0.01 A using two independent multimeters, which eliminates the influence of the electric drift of the laser on the optical parameters.
All tests used the same laser source, the same fiber-optic components and measuring equipment. Only the spatial topology changed between configurations. laying the fiber path.
The order of measurements:
· For the "Sphiral dipole" and "Straight line" configurations, measurements began with a cold start (the laser was turned off for at least 2 hours). The recording started immediately after switching on and continued continuously.:
o the first 10 minutes is the warm—up period (fixing transients),
o from the 10th to the 12th minute — steady state (stable readings).
· For the "Sefiral" configuration, the laser did not turn off after the previous measurements (the state of thermal stabilization), so warming up was not required.
Test configurations:
1. A sefiral dipole is a closed system of two Sefirals united by a common center of symmetry, where the second Sefiral is rotated 180° relative to the first along the Y axis.
2. Sefiral — open a self-sufficient topological waveguide system consisting strictly of two mirror-antisymmetric coils connected by an intermediate S-shaped loop.
3. Direct A line is a control optical path in which a fiber of a similar length is completely stretched into a straight line in the same connection sequence to eliminate macro bends and topological effects.
6. Experimental stand (macro stand)
A physical macro stand has been assembled to test the concept and record the results.:
· Frame: GIDEON base with guide groove, 3D printed using precise mathematical models.
· Optical components: single-mode 1310 nm optical fiber and precision welded couplers (FBT) forming a four-channel circuit switching operations.
· Laser source: An SFP module with a wavelength of 1310 nm, providing stable radiation in the telecommunications range.
· Measuring equipment: COMPTYCO KPM-25 instrument (accuracy ±0.5 dB) for recording optical power, control multimeters for continuous monitoring of voltage and current, digital thermometer-clock for fixing the temperature of the medium.
The entire process of re-laying the fiber and taking readings was videotaped. The original continuous video recordings of the experiment are deposited in the Zenodo archive in a restricted access mode and are provided upon individual request for expert verification of the results. In all the configurations studied, the total length of the fiber path remained the same; only its spatial topology changed.
7. Test results
As part of the experiment, a series of measurements was carried out on 07/11/2026. Below are the full series of readings obtained from reanalysis of the video recordings.
7.1. Complete measurement series
7.1.1. "Sphiral dipole" configuration
Conditions:
· Voltage: 3.20 V (before warm-up) → 3.19 V (after warm-up)
· Current: 0.18 A (stable throughout the series)
· Temperature: 31.9 °C → 31.8 °C
| Time | Stage | Temperature, °C | KPM-25 readings, dBm |
| 22:40 | Cold start (before warming up) | 31,9 | –14,79, –14,77, –14,76, –14,78, –14,77, –14,79, –14,80, –14,79, –14,83, –14,86, –14,80, –14,64, –14,57, –14,83, –14,86, –14,80, –14,64, –14,67, –14,83, –14,92, –15,14, –15,29, –15,37, –15,27, –14,84, –14,66, –14,88, –14,86, –15,54, –15,53, –14,86, –14,97, –14,82, –14,67, –16,07, –14,72, –14,91, –14,67, –14,83, –14,84, –14,85, –14,88, –14,89, –14,86, –14,85, –14,87, –14,88, –14,89, –14,85, –14,82, –14,79 |
| 22:40 (continued) | Cold start | 31,9 | –14,85, –14,87, –14,89, –14,77, –14,94, –14,89, –14,81, –14,71, –14,69, –15,17, –15,15 |
| 22:41 | Cold start | 31,9 | –15,22, –14,83, –14,69, –14,90, –14,75, –14,55, –15,18, –14,77, –15,04, –15,14, –15,16, –14,76, –14,86, –15,13, –14,97, –14,85, –14,94, –14,99, –14,86, –14,88, –14,86 |
| 22:41 (continued) | Cold start | 31,8 | –14,85, –14,88, –14,89, –14,92, –14,90, –14,89, –14,92 |
| 22:50 | After 10 minutes of warming up | 31,8 | –15,07, –15,05, –15,04, –14,99, –15,02, –15,08, –15,09 |
| 22:50 (U=3.19 V) | After warming up | 31,8 | –15,05, –15,04, –15,08, –15,03, –15,07, –15,05, –15,05, –15,06, –15,07, –15,02, –15,05, –15,08, –15,03, –15,08, –15,04, –15,06, –15,03, –15,05, –15,06, –15,07, –15,06, –15,05, –15,02, –15,03, –15,00, –14,99, –15,00, –14,99, –14,97, –14,94, –15,00, –15,02, –15,03, –15,05, –15,06, –15,09, –15,12, –15,14, –15,04, –15,02, –15,01, –15,09 |
| 22:51 | After warming up | 31,8 | –15,08, –15,03, –15,11, –15,09, –15,12, –15,10, –15,11, –15,15, –15,20, –15,06, –15,07, –15,19, –15,08, –15,19, –15,12, –15,22, –15,16, –15,09, –15,04, –15,06, –15,08, –15,14, –15,02, –15,11, –15,13, –15,01, –15,00, –15,06, –15,17, –15,16, –15,36, –15,28, –15,09, –15,19, –15,09, –15,54, –15,27, –14,98, –15,51, –15,12, –15,67, –15,16, –14,93, –15,22, –14,96, –15,45, –15,17, –15,59, –15,45, –15,13, –15,25, –15,20, –15,12, –15,48 |
Data processing for the "Dipole": For subsequent comparison with other configurations , steady-state values were selected after a 10-minute warm-up (from 22:50 to 22:51), since they reflect the thermally stabilized mode of operation of the laser.
· Number of measurements after warming up: 102
· Arithmetic mean: -15.12 dBm
· Standard deviation (σ): ±0.15 dB
· Range: -15.67 to -14.93 dBm
7.1.2. "Sefiral" configuration
Conditions:
· The laser is already warmed up (previous configuration)
· Voltage: 3.19 V
· Current: 0.19A (stable)
· Temperature: 31.8 °C
| Time | KPM-25 readings, dBm |
| 22:53 | –16,06, –16,07, –16,06, –16,05, –16,09 |
| 22:54 | –16,09, –16,08, –16,06, –16,09, –16,07, –16,06, –16,07, –16,06, –16,05, –16,06, –16,05, –16,05, –16,04, –16,05, –16,05, –16,05, –16,05, –16,05, –16,04, –16,01, –16,02, –16,02 |
| 22:55 | –16,02, –15,98, –16,00, –16,01, –16,00, –16,01, –16,02, –16,03, –16,02, –16,03, –16,04, –16,03, –16,02, –16,05, –16,06, –16,08, –16,07, –16,06, –16,08, –16,09, –16,10, –16,12, –16,11, –16,10 |
· Total number of measurements: 51
· Arithmetic mean: -16.05 dBm
· Standard deviation (σ): ±0.03 dB
· Range: -16.12 to -15.98 dBm
7.1.3. "Straight line" configuration
Conditions:
· Cold start (the laser has cooled down after previous configurations)
· Voltage: 3.20 V
· Current: unstable (0,21 → 0,25 → 0,24 → 0,23 → 0,22–0,24 A)
· Temperature: 31.2 °C → 31.1 °C
| Time | Stage | Current, A | KPM-25 readings, dBm |
| 23:21 | Cold start | 0,21 | –17,70, –17,68, –17,63, –17,59, –17,58, –17,57, –17,54, –17,50, –17,52, –17,60, –17,66, –17,72, –17,73, –17,74, –17,71, –17,68, –17,65, –17,62, –17,63, –17,64, –17,60, –17,59 |
| 23:22 | Cold start | 0,23→0,25 | (a change in current has been recorded, no readings are given) |
| 23:23 | Cold start | 0,24 | –17,73, –17,78, –17,82, –17,83, –17,84, –17,87, –17,85, –17,72, –17,67, –17,64, –17,61, –17,63, –17,67, –17,71, –17,75, –17,78, –17,79, –17,78, –17,75, –17,72, –17,69, –17,67, –17,63 |
| 23:24 | Cold start | 0,23 | –17,71, –17,70, –17,71, –17,70, –17,68, –17,64, –17,67, –17,58, –17,57, –17,53, –17,48, –17,47, –17,49, –17,51, –17,53, –17,56, –17,60, –17,62, –17,63, –17,64 |
| 23:25 | Cold start | 0,24 | (the transition process) |
| 23:32 | After 10 minutes of warming up | 0,22–0,23 | –17,56, –17,55, –17,57, –17,60, –17,59, –17,61, –17,54, –17,63, –17,66, –17,69, –17,61, –17,64, –17,63, –17,66, –17,69, –17,68, –17,67, –17,68, –17,69, –17,70, –17,71, –17,72, –17,73, –17,73, –17,73, –17,74, –17,73, –17,74, –17,71, –17,70, –17,71, –17,68, –17,65, –17,62, –17,63 |
| 23:33 | After warming up | 0,23–0,24 | (continuation of stable mode) |
Data processing for the "Straight Line": For a correct comparison with the "Dipole" and "Sefiral" , steady-state values were selected after a 10-minute warm-up (from 23:32 to 23:33).
· The number of measurements after warming up: 35
· Arithmetic mean: -17.67 dBm
· Standard deviation (σ): ±0.06 dB
· Range: -17.74 to -17.54 dBm
7.2. Summary table of results (steady state after warming up)
| Configuration | Number of measurements | Average value, dBm | σ, dB | Range, dBm | Current, A (stability) |
| The sphiral dipole | 102 | –15,12 | ±0,15 | –15,67 … –14,93 | 0.18 (stable) |
| The Sefiral | 51 | –16,05 | ±0,03 | –16,12 … –15,98 | 0.19 (stable) |
| A straight line | 35 | –17,67 | ±0,06 | –17,74 … –17,54 | 0.22–0.24 (unstable) |
Note: large The sample for the "Dipole" (102 measurements) revealed a narrower spread in the steady state (σ = ± 0.15 dB) compared to the preliminary estimate, which confirms the high stability of the topology.
7.3. Power supply parameters (steady state)
| Configuration | Voltage (V) | Current (A) | The nature of consumption |
| The sphiral dipole | 3,19–3,20 | 0,18 | Stable |
| The Sefiral | 3,19 | 0,19 | Stable |
| A straight line | 3,20 | 0,22–0,24 | Unstable (jumps) |
Key observation: in the "Dipole" and "Sefiral" configurations, the laser consumption current is stable at 0.18–0.19 And throughout the entire series of measurements. In the "Straight line" configuration, the current is unstable, changing abruptly from 0.21 to 0.25 A, which indicates the instability of the laser source due to parasitic optical feedback.
7.4. Comparative analysis
Attenuation reduction (relative to a straight line) in steady state:
| Comparison | Difference, dB | Exceeding the error (±0.5 dB) |
| Dipole vs Straight Line | 2,55 | 5.10 times |
| Sefiral vs Straight | 1,62 | 3.24 times |
| Dipole vs Sefiral | 0,93 | 1.86 times |
All values are many times higher than the instrument error of ± 0.5 dB.
Energy efficiency (steady state):
| Configuration | Voltage, V | Current, A (average) | Power consumption, W | Energy saving |
| A straight line | 3,20 | 0,24 | 0,768 | 0% (base) |
| The Sefiral | 3,19 | 0,19 | 0,606 | 21,1% |
| The sphiral dipole | 3,19 | 0,18 | 0,574 | 25,3% |
Calculation:
· Straight line (average current after warm-up): P = 3.20 × 0.24 = 0.768 W
· Sphiral dipole: P = 3.19 × 0.18 = 0.574 Tue
· Economy (Dipole and Direct): (0,768 − 0,574) / 0,768 × 100% = 25,3%
7.5. Key observations
1. Efficiency hierarchy (confirmed with more statistics): Sphiral Dipole > Sphiral > A straight line This hierarchy is consistently reproduced in all measurements.
2. Power supply stability (quantified):
o "Dipole": The current is stable at 0.18 A (deviation ± 0.01 A).
o "Sefiral": The current is stable at 0.19 A (± 0.01 A).
o "Straight line": The current is unstable, jumping from 0.21 to 0.25 A (range 0.04 A).
3. Attenuation reduction (updated values):
o A dipole is more powerful than a straight line by 2.55 dB.
o The sefiral is more powerful than the direct one by 1.62 dB.
The o dipole is 0.93 dB more powerful than the Diaphragm.
4. Energy efficiency: the dipole topology provides 25.3% energy savings for the laser source compared to rectilinear stacking (in terms of average steady-state current mode).
8. Physical interpretation
It should be noted that one of the possible physical interpretations of the observed effect is given below, based on the results of this study and the known optical feedback mechanisms. Further research is aimed at experimental verification of the proposed mechanism. It is assumed that the S-shaped transitions function as a distributed polarizing corrector. The analysis shows that the closed dipole configuration minimizes losses due to due to the complementarity of the turns, which makes it possible to optimize the mode composition of the signal more efficiently than a serial connection in an open configuration.
8.1. Abnormal attenuation reduction
Classical physics of fiber-optic systems postulates that any macro bends and closed loops should lead to additional radiation losses and increased signal attenuation. However, the experiment showed an effect different from that expected for traditional ideas about losses on macro bends.
· The "Sefiral" topology reduces attenuation by 1.62 dB compared to a straight line.
· The closed topology of the "Sphiral dipole" reduces attenuation even more — by 2.55 dB.
A possible explanation is the suppression of parasitic optical feedback (self-mixing effect) due to the mirror antisymmetry of the coils and the S-shaped junction, which provide antiphase addition of reflected waves. The observed increase in output power (decrease in attenuation) may be a consequence of stabilization of the laser generation mode, and not only of the signal passing through the fiber.
8.2. The effect of radiation source stabilization
A fundamental difference in the behavior of the current consumption of a laser SFP module has been experimentally recorded:
· Sphiral and Dipole: The current is stable at 0.18–0.19 A.
· A straight line: The current is unstable, jumping from 0.21 to 0.25 A (consumption increases by up to 39% at peak values).
Physical explanation: An SFP laser module is a semiconductor crystal with an optical resonator. Its current consumption depends not only on from the voltage, but also from what happens to the reflected light. In a straight line, any microuniformities of the fiber, connectors, and joints create Fresnel reflections. Some of the light returns back to the laser, causing optical feedback (self-mixing effect). This effect is well known for semiconductor lasers and has been studied in detail in the literature. The proposed mechanism requires further experimental verification using measurements of the return Loss coefficient, spectral analysis, and oscillographic recording of the current dynamics of the laser source. In this work, the control of the laser source current was used as an additional diagnostic parameter that allows us to indirectly evaluate the change in the operating mode of the laser resonator for various variants of the spatial topology of the fiber path. The resonator becomes destabilized, the internal impedance of the laser changes, and the current begins to "float". There is an S-shaped loop and a mirror in the Sphiral and Dipole. The antisymmetry of the coils works as a passive optical stabilizer. Spurious reflections are compensated by topology (antiphase attenuation in mirror-antisymmetric channels). Feedback in the laser it is minimal, the current is rigidly stable.
Quantitative assessment of energy efficiency (steady state):
· Straight line (average current): P = 3.20 V × 0.24A = 0.768 W
· Sphiral dipole: P = 3.19 V × 0.18 A = 0.574 Tue
· Decline: (0,768 − 0,574) / 0,768 × 100% = 25,3%
Thus, the topography of the Spiral provides savings of more than 0.194 watts. the power of the radiation source (in terms of average current) and up to 0.226 Watts in peak instability modes.
Conclusion: The results obtained allow us to consider the Sefiral as a passive topological structure that exhibits the properties of an optical path stabilizer.
9. Significance for the concept of INS and FSIN
The results obtained are of interest for further experimental verification of the concepts of INS and FSIN and can be considered as the first stage of their experimental evaluation.
Scientific novelty of the research
Unlike most well-known works in which the reduction of back reflections is achieved by using additional optical components (insulators, attenuators, special coatings, etc.), this study considers the possibility of changing the characteristics of the optical path solely due to its spatial topology without introducing additional active elements. The results obtained allow us to consider this approach as a promising area of further research.
The presented results relate to a pilot experimental study and require independent reproduction at other experimental facilities.
9.1. Confirmation of the principle of mirror antisymmetry
According to the theoretical basis of the INS, mirror antisymmetry is a geometric and mathematical principle in which two data processing channels operate synchronously, but with opposite transformations. This minimizes distortion and noise. Experimental results indicate that such a structure does not introduce additional losses (as would be expected from classical bends), but, on the contrary, reduces attenuation by 1.62 dB (open Sphiral) and 2.55 dB (dipole) and stabilizes the laser current. This corresponds to the theoretical principle of SYN: the mirror antisymmetry of data processing channels minimizes information loss and stabilizes the system.
9.2. Confirmation of the principle S-shaped integration
The S-shaped loop connecting the coils of the Spiral ensures a smooth signal transition between the channels. Experimental data show that the S-shaped integration It works effectively and helps to reduce the influence of parasitic reflections that occur in other parts of the tract.
9.3. Confirmation of the advantages of the fractal structure (FSIN)
A sphiral dipole (a closed system of two Sphirals) shows an even greater decrease in attenuation (2.55 dB). These results give reason to believe that the principles of INS and FSIN are being physically implemented.: multi-layered fractal structure (repetition of the basic element Sphirals) can provide an additional increase in signal processing efficiency. Hierarchy of Dipole > Sefiral > A straight line can be considered as an experimental manifestation of the fractal principle, according to which each additional level of fractal organization is capable of increasing the efficiency of the system.
9.4. Energy efficiency
The experimental results obtained are consistent with one of the key principles of the architecture of the INS and FSIN — energy efficiency. The topography of the spiral stabilizes the laser current at 0.18–0.19 A, while a straight line causes current instability (0.21–0.25 A), which means an increase in energy consumption of up to 39% in peaks. In the experiment, the use of the topography was accompanied by a decrease in energy consumption of the radiation source by 25.3% (on average over the established period), which is consistent with the theoretical principle of energy efficiency underlying the architecture of the INS and FSIN.
9.5. Next stage: modernization of the stand and precision measurements
Based on the results obtained and the identified design limitations, the following steps are planned::
1. Designing and printing a new gutter with geometry adjustments S-shaped transitions to match the actual dimensions of the splitters used (0.5 m and 2 m) — to ensure accurate compliance with the mathematical model They took it.
2. Equipping the stand with an oscilloscope and other professional measuring equipment to record not only the average power level, but also the dynamic characteristics of the signal (pulse shape, spectrum, phase fluctuations).
3. Carrying out a series of measurements on a modernized stand in order to:
o obtaining quantitative dependences of the effect on the radius of the turns, the length of the S-loop and the number of fractal levels;
o comparisons with the theoretical QYDYR_NEXUS model;
o preparing data for publication in peer-reviewed journals.
4. Carrying out measurements of the coefficient of back reflections (Return Loss);
5. Registration of laser source current waveforms;
6. Spectral analysis of the output signal;
7. Investigation of the effect dependence on the radius of the coils, the length of the S-junctions and the number of fractal levels;
8. Conducting experiments simultaneously at two wavelengths — 1310 nm and 1550 nm using two independent laser sources to evaluate the universality of the observed effect.
The current experiment, performed "on the knee" from available components, should be considered as a successful pilot study that demonstrated the observed effect and justified the need for more expensive and accurate experiments.
10. Conclusions
As part of the study, the following technical result was registered: the topological shape of the "Sphiral" has a significant effect on the characteristics of the optical signal, which is expressed in an increase in output power by 1.62 dB (open structure) and 2.55 dB (closed configuration "Sphiral dipole") compared with the basic rectilinear path.
Key results of the study:
· Stabilization of the laser source: during the experiment, the effect of stabilizing the current consumption of the laser SFP module was recorded using the "Sphiral" and "Sphiral dipole" topologies. The results obtained suggest that the observed increase in output power (decrease in attenuation) may be due to stabilization of the laser generation mode, and not only to the transmission of the signal through the fiber. A possible mechanism is to reduce the effect of parasitic optical feedback (self-mixing effect). Hierarchy of efficiency: the following hierarchy of energy efficiency has been experimentally confirmed: Sphiral dipole > Sphiral > A straight line. The recorded difference is 0.93 The dB between the "Dipole" and "Sefiral" topologies is statistically significant and confirms the advantage of closed topological contours. GIDEON in correcting the modal composition of the signal.
· Energy efficiency: the use of the "Sphiral dipole" topology reduces the energy consumption of the laser source by 25.3% (saving ~0.194 watts on average) compared to rectilinear laying, which confirms the theoretical principles of the SIN and FSIN.
· Robustness of the concept: despite the design imperfections of the current stand (the oval shape of the S-junctions), the recorded effect remains steadily reproducible. This indicates the high robustness of the proposed topology to moderate geometric deviations.
· Experimental grounds: The experimental results obtained serve as the first experimental grounds for further testing the concepts of Sphiral Artificial Neurons (SYN) and Fractal Sphiral Artificial Neurons (FSIN). Structural features (mirror antisymmetry, S-shaped integration, and fractal construction) are effective passive tools for controlling optical path characteristics.
The results of this study serve as an experimental basis for the further development of a new generation of topological processors with increased resistance to phase noise and high energy efficiency.
Appendix: Project status and resource provision
Current stage: The first stage of the experimental verification with advanced statistics has been completed. For each of the three configurations, the following is done:
· "Sphiral dipole" — 102 measurements in steady state;
· "Sefiral" — 51 measurements;
· "Straight line" — 35 measurements.
The total sample size is 188 measurements, which significantly increases the reliability of the results.
It is important to note: the current stand is assembled from existing components — external splitters with a length of 2 m, internal splitters with a length of 0.5 m. Due to the fixed size of the flasks and connectors, the central part The S-shaped loops turned out to be slightly oval rather than perfectly round. However, even with such geometric inaccuracy, the observed effect was consistently reproduced, which indicates the potential stability of the proposed topology to moderate design deviations.
The next step is that we plan to manufacture a new groove with an accurate fit to the actual dimensions of the components and take measurements using an oscilloscope to register the dynamic parameters of the signal. This will allow you to reach the level professional research and prepare publications. The next stage of the project development will be the expansion of the experimental stand by connecting a second independent laser source with a wavelength of 1550 nm. This will allow us to study the influence of the topology of the Spiral simultaneously in In two telecommunication bands (1310 nm and 1550 nm), compare the nature of the effect at different wavelengths and evaluate the versatility of the proposed QYDYR_NEXUS architecture.
Technical parameters of the stand:
· Wavelength: 1310 nm,
· 4 switching channels,
· KPM-25 optical power meter,
· Video recording of the process.
Limitations of the present study
The present work is a pilot experimental study. The results obtained relate to a specific experimental setup and the components used. For To establish the physical mechanism of the observed effect , additional research is needed using high-precision measuring equipment, expanding the statistical sample, conducting spectral analysis, and independently reproducing the experiment by other research groups. In this work, no direct measurements of the phase noise, the Return Loss coefficient, the spectral characteristics of the signal, and the temporal dynamics of the laser source were carried out. Therefore, the proposed physical mechanism should be considered as a working hypothesis requiring further experimental verification.
The present work represents a successful experimental demonstration of the operability of the proposed concept in the framework of a pilot study and serves as the basis for a further stage of experimental verification.
Date of compilation: July 17, 2026
The authors:
· S. L. Chernenko — leading researcher, architecture development QYDYR_NEXUS, software implementation, experiment, and quantum audit.
· Basargin O. S. is the author of the fundamental concept of "Sefiral", a scientific consultant.
Сфиральный интерферометр QYDYR_NEXUS: от топологической математики к экспериментальному стенду
Аннотация
В статье представлена концепция топологической организации волоконно-оптического тракта, направленная на исследование возможности уменьшения влияния фазового шума в фотонных цепях за счёт зеркально-антисимметричной геометрии волновода («Сфираль»). Описана архитектура экспериментального стенда и приведены результаты серии испытаний, в которых зарегистрировано снижение затухания на 2,55 дБ (диполь) и 1,62 дБ (открытая Сфираль) по сравнению с прямолинейной укладкой волокна, а также стабилизация энергопотребления источника излучения на 25,3%. Полученные данные служат первыми экспериментальными основаниями для дальнейшей проверки концепций Сфиральных Искусственных Нейронов (СИН) и Фрактальных Сфиральных Искусственных Нейронов (ФСИН).
1. Введение: проблема и решение
Современная фотоника и квантовые вычисления сталкиваются с фундаментальным барьером — фазовым шумом и аппаратными уязвимостями. Стандартные алгоритмические методы исправления ошибок требуют значительных вычислительных мощностей и замедляют работу систем. Проект QYDYR_NEXUS предлагает альтернативный подход — использование топологического интерферометра для исследования возможности уменьшения влияния шумовых процессов за счёт геометрии самого проводника.
2. Принцип работы устройства
В основе технологии лежит Сфираль — топологическая структура из двух зеркально-антисимметричных витков, соединённых S-образным переходом.
· Топологическая инверсия: левый и правый витки обладают разной хиральностью.
· Нулевая хиральность: в центральной точке (Nexus-узел) происходит инверсия хиральности без разрыва потока, что обеспечивает «нулевую хиральность» всей системы в сборе.
· Результат: при замыкании двух Сфиралей в диполь формируется топологический резонатор. В нём энергия проходит через двойную пространственную инверсию, что может приводить к деструктивной интерференции паразитных отражённых волн. Это создаёт состояние глубокой деструктивной интерференции — регистрируемое затухание паразитного свечения, вызванное фазовым сдвигом волн в Nexus-узле.
3. Математическая база
Условие деструктивной интерференции между двумя плечами диполя:
Δφ = (2π/λ)·(n₁L₁ − n₂L₂) = π
Следует отметить, что приведённое выражение описывает идеализированное условие максимальной деструктивной интерференции и используется в настоящей работе как теоретическая модель исследуемой системы.
где n₁, n₂ — показатели преломления, L₁, L₂ — оптические длины плеч, λ — длина волны излучения в вакууме.
В отличие от интерферометра Маха–Цендера, где плечи параллельны, в Сфиральном диполе плечи обладают зеркальной антисимметрией. Это может способствовать повышению устойчивости к воздействию внешних вибраций, так как помеха воздействует на оба антисимметричных плеча одновременно, самокомпенсируясь.
4. Инженерная архитектура: сфиральный диполь
Экспериментальный макет построен на базе четырёхканальной схемы коммутации:
· Геометрия: диполь из двух Сфиралей, вторая развёрнута относительно первой на 180° по оси Y. Это создаёт замкнутый цикл, где конец первой Сфирали плавно соединяется с началом второй, а конец второй — с началом первой.
· Направляющая матрица (жёлоб): для исключения случайных погрешностей и паразитных изгибов волокно G.657 укладывается в прецизионный жёлоб, напечатанный на 3D-принтере по математическим координатам Сфирали, жестко фиксируя ламинарность S-переходов и радиус витков.
· Оптическая схема коммутации:
o Вход (2x2 FBT Splitter): используется для инжекции луча лазера в систему.
o Nexus-центр (2x2 FBT Coupler): расположен в центре диполя. Он разделяет входящий свет на два потока, которые проходят через антисимметричные плечи и вновь «сталкиваются» встречными курсами в этом же узле для взаимодействия фаз.
o Выход (2x2 FBT Splitter): расположен на противоположном крае диполя и служит для вывода результата интерференции на детектор с возможностью переключения каналов.
4.1. Особенности сборки и ограничения текущего макета
При изготовлении экспериментального стенда использовались стандартные волоконно-оптические разветвители (FBT-сплиттеры) с фиксированными длинами выводов:
· Внешние разветвители — 2/2 метровые,
· Внутренний разветвитель для S-образных переходов — полуметровый (0,5 м) с теми же габаритами колб и тачпорда.
Это привело к тому, что в центральной части стенда, где формируются S-образные петли, геометрия оказалась слегка деформированной (овальной) из-за несоответствия длины выводов и жёсткости оптических соединителей. На момент проектирования данный фактор не был учтён.
Тем не менее, предварительные компьютерные симуляции и сам эксперимент показали высокую устойчивость топологии Сфирали к подобным геометрическим искажениям — даже при овальной форме S-переходов наблюдаемый эффект (снижение затухания и стабилизация тока) устойчиво воспроизводился для всех исследуемых конфигураций.
Это означает, что физический механизм (подавление обратной связи за счёт зеркальной антисимметрии и S-образной интеграции) является достаточно робастным и не требует идеальной точности укладки для проявления базового эффекта. Однако для количественных измерений и изучения зависимости эффекта от геометрических параметров требуется изготовление нового стенда с учётом реальных размеров компонентов.
Несмотря на выявленные конструктивные ограничения, все исследуемые конфигурации сравнивались при одинаковых условиях эксперимента с использованием одного и того же комплекта компонентов. Это позволяет корректно оценивать влияние пространственной топологии на наблюдаемые характеристики.
5. Методика эксперимента
Испытания проводились 11.07.2026 согласно Программе и методике испытаний (ПМИ)
Условия проведения испытаний:
· Температура окружающего воздуха: 31,8–31,9 °C (стабильная),
· Напряжение питания лазерного модуля: 3,19–3,20 В,
· Номинальный ток: 0,16–0,18 А,
· Режим работы лазера: непрерывный, с обязательным предварительным прогревом 10 минут,
· Для каждой конфигурации выполнялась непрерывная запись показаний с высокой частотой (до 3–5 замеров в секунду) с помощью прибора KPM-25. Фиксировались время, температура, напряжение, ток и оптическая мощность.
· Конфигурация «Прямая линия» использовалась в качестве контрольного образца, поскольку представляет наиболее простой вариант последовательной коммутации волоконно-оптических компонентов без введения дополнительной топологии.
· Контроль параметров питания осуществлялся с точностью до 0,01 В и 0,01 А с использованием двух независимых мультиметров, что исключает влияние электрического дрейфа лазера на оптические показатели.
Во всех испытаниях использовались один и тот же лазерный источник, одинаковые волоконно-оптические компоненты и измерительное оборудование. Между конфигурациями изменялась только пространственная топология укладки волоконного тракта.
Порядок измерений:
· Для конфигураций «Сфиральный диполь» и «Прямая линия» измерения начинались с холодного старта (лазер выключен не менее 2 часов). Запись начиналась сразу после включения и продолжалась непрерывно:
o первые 10 минут — период прогрева (фиксация переходных процессов),
o с 10-й по 12-ю минуту — установившийся режим (стабильные показания).
· Для конфигурации «Сфираль» лазер не отключался после предыдущих измерений (состояние термостабилизации), поэтому прогрев не требовался.
Испытуемые конфигурации:
1. Сфиральный диполь — замкнутая система из двух Сфиралей, объединённых общим центром симметрии, где вторая Сфираль развёрнута относительно первой на 180° по оси Y.
2. Сфираль — открытая самодостаточная топологическая система волновода, состоящая строго из двух зеркально-антисимметричных витков, объединённых промежуточной S-образной петлёй.
3. Прямая линия — контрольный оптический тракт, в котором волокно аналогичной длины полностью в той же последовательности соединения вытянуто в прямую линию для исключения макроизгибов и топологических эффектов.
6. Экспериментальный стенд (макро-стенд)
Для проверки концепции и фиксации результатов собран физический макро-стенд:
· Каркас: база GIDEON с направляющим жёлобом, напечатанная на 3D-принтере по точным математическим моделям.
· Оптические компоненты: одномодовое оптоволокно на 1310 нм и прецизионные сварные ответвители (FBT), образующие четырёхканальную схему коммутации.
· Лазерный источник: SFP-модуль с длиной волны 1310 нм, обеспечивающий стабильное излучение в телекоммуникационном диапазоне.
· Измерительное оборудование: прибор COMPTYCO KPM-25 (погрешность ±0,5 дБ) для регистрации оптической мощности, контрольные мультиметры для непрерывного мониторинга напряжения и тока, цифровой термометр-часы для фиксации температуры среды.
Весь процесс перекладки оптоволокна и снятия показаний прошёл видеофиксацию. Исходные непрерывные видеозаписи эксперимента депонированы в архиве Zenodo в режиме ограниченного доступа и предоставляются по индивидуальному запросу для экспертной верификации результатов. Во всех исследуемых конфигурациях сохранялась одинаковая общая длина волоконного тракта; изменялась только его пространственная топология.
7. Результаты испытаний
В рамках эксперимента проведена серия измерений 11.07.2026. Ниже приведены полные серии показаний, полученные при повторном анализе видеозаписей.
7.1. Полные серии измерений
7.1.1. Конфигурация «Сфиральный диполь»
Условия:
· Напряжение: 3,20 В (до прогрева) → 3,19 В (после прогрева)
· Ток: 0,18 А (стабилен на протяжении всей серии)
· Температура: 31,9 °C → 31,8 °C
| Время | Этап | Температура, °C | Показания KPM-25, дБм |
| 22:40 | Холодный старт (до прогрева) | 31,9 | –14,79, –14,77, –14,76, –14,78, –14,77, –14,79, –14,80, –14,79, –14,83, –14,86, –14,80, –14,64, –14,57, –14,83, –14,86, –14,80, –14,64, –14,67, –14,83, –14,92, –15,14, –15,29, –15,37, –15,27, –14,84, –14,66, –14,88, –14,86, –15,54, –15,53, –14,86, –14,97, –14,82, –14,67, –16,07, –14,72, –14,91, –14,67, –14,83, –14,84, –14,85, –14,88, –14,89, –14,86, –14,85, –14,87, –14,88, –14,89, –14,85, –14,82, –14,79 |
| 22:40 (продолжение) | Холодный старт | 31,9 | –14,85, –14,87, –14,89, –14,77, –14,94, –14,89, –14,81, –14,71, –14,69, –15,17, –15,15 |
| 22:41 | Холодный старт | 31,9 | –15,22, –14,83, –14,69, –14,90, –14,75, –14,55, –15,18, –14,77, –15,04, –15,14, –15,16, –14,76, –14,86, –15,13, –14,97, –14,85, –14,94, –14,99, –14,86, –14,88, –14,86 |
| 22:41 (продолжение) | Холодный старт | 31,8 | –14,85, –14,88, –14,89, –14,92, –14,90, –14,89, –14,92 |
| 22:50 | После 10 мин прогрева | 31,8 | –15,07, –15,05, –15,04, –14,99, –15,02, –15,08, –15,09 |
| 22:50 (U=3,19 В) | После прогрева | 31,8 | –15,05, –15,04, –15,08, –15,03, –15,07, –15,05, –15,05, –15,06, –15,07, –15,02, –15,05, –15,08, –15,03, –15,08, –15,04, –15,06, –15,03, –15,05, –15,06, –15,07, –15,06, –15,05, –15,02, –15,03, –15,00, –14,99, –15,00, –14,99, –14,97, –14,94, –15,00, –15,02, –15,03, –15,05, –15,06, –15,09, –15,12, –15,14, –15,04, –15,02, –15,01, –15,09 |
| 22:51 | После прогрева | 31,8 | –15,08, –15,03, –15,11, –15,09, –15,12, –15,10, –15,11, –15,15, –15,20, –15,06, –15,07, –15,19, –15,08, –15,19, –15,12, –15,22, –15,16, –15,09, –15,04, –15,06, –15,08, –15,14, –15,02, –15,11, –15,13, –15,01, –15,00, –15,06, –15,17, –15,16, –15,36, –15,28, –15,09, –15,19, –15,09, –15,54, –15,27, –14,98, –15,51, –15,12, –15,67, –15,16, –14,93, –15,22, –14,96, –15,45, –15,17, –15,59, –15,45, –15,13, –15,25, –15,20, –15,12, –15,48 |
Обработка данных для «Диполя»: Для последующего сравнения с другими конфигурациями выбраны установившиеся значения после 10-минутного прогрева (с 22:50 по 22:51), так как именно они отражают термостабилизированный режим работы лазера.
· Количество замеров после прогрева: 102
· Среднее арифметическое: –15,12 дБм
· Стандартное отклонение (σ): ±0,15 дБ
· Диапазон: от –15,67 до –14,93 дБм
7.1.2. Конфигурация «Сфираль»
Условия:
· Лазер уже прогрет (предыдущая конфигурация)
· Напряжение: 3,19 В
· Ток: 0,19 А (стабилен)
· Температура: 31,8 °C
| Время | Показания KPM-25, дБм |
| 22:53 | –16,06, –16,07, –16,06, –16,05, –16,09 |
| 22:54 | –16,09, –16,08, –16,06, –16,09, –16,07, –16,06, –16,07, –16,06, –16,05, –16,06, –16,05, –16,05, –16,04, –16,05, –16,05, –16,05, –16,05, –16,05, –16,04, –16,01, –16,02, –16,02 |
| 22:55 | –16,02, –15,98, –16,00, –16,01, –16,00, –16,01, –16,02, –16,03, –16,02, –16,03, –16,04, –16,03, –16,02, –16,05, –16,06, –16,08, –16,07, –16,06, –16,08, –16,09, –16,10, –16,12, –16,11, –16,10 |
· Общее количество замеров: 51
· Среднее арифметическое: –16,05 дБм
· Стандартное отклонение (σ): ±0,03 дБ
· Диапазон: от –16,12 до –15,98 дБм
7.1.3. Конфигурация «Прямая линия»
Условия:
· Холодный старт (лазер остыл после предыдущих конфигураций)
· Напряжение: 3,20 В
· Ток: нестабильный (0,21 → 0,25 → 0,24 → 0,23 → 0,22–0,24 А)
· Температура: 31,2 °C → 31,1 °C
| Время | Этап | Ток, А | Показания KPM-25, дБм |
| 23:21 | Холодный старт | 0,21 | –17,70, –17,68, –17,63, –17,59, –17,58, –17,57, –17,54, –17,50, –17,52, –17,60, –17,66, –17,72, –17,73, –17,74, –17,71, –17,68, –17,65, –17,62, –17,63, –17,64, –17,60, –17,59 |
| 23:22 | Холодный старт | 0,23→0,25 | (зафиксировано изменение тока, показания не приведены) |
| 23:23 | Холодный старт | 0,24 | –17,73, –17,78, –17,82, –17,83, –17,84, –17,87, –17,85, –17,72, –17,67, –17,64, –17,61, –17,63, –17,67, –17,71, –17,75, –17,78, –17,79, –17,78, –17,75, –17,72, –17,69, –17,67, –17,63 |
| 23:24 | Холодный старт | 0,23 | –17,71, –17,70, –17,71, –17,70, –17,68, –17,64, –17,67, –17,58, –17,57, –17,53, –17,48, –17,47, –17,49, –17,51, –17,53, –17,56, –17,60, –17,62, –17,63, –17,64 |
| 23:25 | Холодный старт | 0,24 | (переходный процесс) |
| 23:32 | После 10 мин прогрева | 0,22–0,23 | –17,56, –17,55, –17,57, –17,60, –17,59, –17,61, –17,54, –17,63, –17,66, –17,69, –17,61, –17,64, –17,63, –17,66, –17,69, –17,68, –17,67, –17,68, –17,69, –17,70, –17,71, –17,72, –17,73, –17,73, –17,73, –17,74, –17,73, –17,74, –17,71, –17,70, –17,71, –17,68, –17,65, –17,62, –17,63 |
| 23:33 | После прогрева | 0,23–0,24 | (продолжение стабильного режима) |
Обработка данных для «Прямой линии»: Для корректного сравнения с «Диполем» и «Сфиралью» выбраны установившиеся значения после 10-минутного прогрева (с 23:32 по 23:33).
· Количество замеров после прогрева: 35
· Среднее арифметическое: –17,67 дБм
· Стандартное отклонение (σ): ±0,06 дБ
· Диапазон: от –17,74 до –17,54 дБм
7.2. Сводная таблица результатов (установившийся режим после прогрева)
| Конфигурация | Количество замеров | Среднее значение, дБм | σ, дБ | Диапазон, дБм | Ток, А (стабильность) |
| Сфиральный диполь | 102 | –15,12 | ±0,15 | –15,67 … –14,93 | 0,18 (стабилен) |
| Сфираль | 51 | –16,05 | ±0,03 | –16,12 … –15,98 | 0,19 (стабилен) |
| Прямая линия | 35 | –17,67 | ±0,06 | –17,74 … –17,54 | 0,22–0,24 (нестабилен) |
Примечание: большая выборка для «Диполя» (102 замера) позволила выявить более узкий разброс в установившемся режиме (σ = ±0,15 дБ) по сравнению с предварительной оценкой, что подтверждает высокую стабильность топологии.
7.3. Параметры электропитания (установившийся режим)
| Конфигурация | Напряжение (В) | Ток (А) | Характер потребления |
| Сфиральный диполь | 3,19–3,20 | 0,18 | Стабильно |
| Сфираль | 3,19 | 0,19 | Стабильно |
| Прямая линия | 3,20 | 0,22–0,24 | Нестабильно (скачки) |
Ключевое наблюдение: в конфигурациях «Диполь» и «Сфираль» ток потребления лазера стабилен на уровне 0,18–0,19 А на протяжении всей серии замеров. В конфигурации «Прямая линия» ток нестабилен, скачкообразно изменяется от 0,21 до 0,25 А, что указывает на нестабильность работы лазерного источника из-за паразитной оптической обратной связи.
7.4. Сравнительный анализ
Снижение затухания (относительно прямой линии) в установившемся режиме:
| Сравнение | Разница, дБ | Превышение погрешности (±0,5 дБ) |
| Диполь vs Прямая | 2,55 | в 5,10 раза |
| Сфираль vs Прямая | 1,62 | в 3,24 раза |
| Диполь vs Сфираль | 0,93 | в 1,86 раза |
Все значения многократно превышают приборную погрешность ±0,5 дБ.
Энергетическая эффективность (установившийся режим):
| Конфигурация | Напряжение, В | Ток, А (средний) | Потребляемая мощность, Вт | Экономия энергии |
| Прямая линия | 3,20 | 0,24 | 0,768 | 0% (база) |
| Сфираль | 3,19 | 0,19 | 0,606 | 21,1% |
| Сфиральный диполь | 3,19 | 0,18 | 0,574 | 25,3% |
Расчёт:
· Прямая линия (средний ток за время после прогрева): P = 3,20 × 0,24 = 0,768 Вт
· Сфиральный диполь: P = 3,19 × 0,18 = 0,574 Вт
· Экономия (Диполь и Прямая): (0,768 − 0,574) / 0,768 × 100% = 25,3%
7.5. Ключевые наблюдения
1. Иерархия эффективности (подтверждена с большей статистикой): Сфиральный диполь > Сфираль > Прямая линия Данная иерархия устойчиво воспроизводится во всех замерах.
2. Стабильность электропитания (количественно):
o «Диполь»: ток стабилен на уровне 0,18 А (отклонение ±0,01 А).
o «Сфираль»: ток стабилен на уровне 0,19 А (±0,01 А).
o «Прямая линия»: ток нестабилен, скачет от 0,21 до 0,25 А (размах 0,04 А).
3. Снижение затухания (уточнённые значения):
o Диполь мощнее прямой на 2,55 дБ.
o Сфираль мощнее прямой на 1,62 дБ.
o Диполь мощнее Сфирали на 0,93 дБ.
4. Энергоэффективность: топология диполя обеспечивает 25,3% экономии энергопотребления лазерного источника по сравнению с прямолинейной укладкой (в пересчёте на средний ток в установившемся режиме).
8. Физическая интерпретация
Следует отметить, что ниже приведена одна из возможных физических интерпретаций наблюдаемого эффекта, основанная на результатах настоящего исследования и известных механизмах оптической обратной связи. Дальнейшие исследования направлены на экспериментальную проверку предложенного механизма. Предполагается, что S-образные переходы функционируют как распределенный поляризационный корректор. Анализ показывает, что замкнутая дипольная конфигурация минимизирует потери за счёт комплементарности витков, что позволяет оптимизировать модовый состав сигнала эффективнее, чем последовательное соединение в открытой конфигурации.
8.1. Аномальное снижение затухания
Классическая физика волоконно-оптических систем постулирует, что любые макроизгибы и замкнутые контуры должны приводить к дополнительным потерям на излучение и увеличению затухания сигнала. Однако в эксперименте наблюдался эффект, отличающийся от ожидаемого для традиционных представлений о потерях на макроизгибах.
· Топология «Сфираль» снижает затухание на 1,62 дБ по сравнению с прямой линией.
· Замкнутая топология «Сфиральный диполь» снижает затухание ещё сильнее — на 2,55 дБ.
Возможным объяснением является подавление паразитной оптической обратной связи (self-mixing effect) за счёт зеркальной антисимметрии витков и S-образного перехода, которые обеспечивают противофазное сложение отражённых волн. Наблюдаемое повышение выходной мощности (снижение затухания) может являться следствием стабилизации режима генерации лазера, а не только прохождения сигнала через волокно.
8.2. Эффект стабилизации источника излучения
Экспериментально зафиксировано принципиальное различие в поведении тока потребления лазерного SFP-модуля:
· Сфираль и Диполь: ток стабилен на уровне 0,18–0,19 А.
· Прямая линия: ток нестабилен, скачет от 0,21 до 0,25 А (рост потребления до 39% в пиковых значениях).
Физическое объяснение: лазерный SFP-модуль — это полупроводниковый кристалл с оптическим резонатором. Его ток потребления зависит не только от напряжения, но и от того, что происходит с отражённым светом. В прямой линии любые микронеоднородности волокна, коннекторы и стыки создают френелевские отражения. Часть света возвращается обратно в лазер, вызывая оптическую обратную связь (self-mixing effect). Данный эффект хорошо известен для полупроводниковых лазеров и подробно исследован в литературе. Предлагаемый механизм требует дальнейшей экспериментальной проверки с использованием измерений коэффициента обратных отражений (Return Loss), спектрального анализа и осциллографической регистрации динамики тока лазерного источника. Контроль тока лазерного источника в настоящей работе использовался как дополнительный диагностический параметр, позволяющий косвенно оценивать изменение режима работы лазерного резонатора при различных вариантах пространственной топологии волоконного тракта. Резонатор дестабилизируется, внутренний импеданс лазера меняется, ток начинает «плавать». В Сфирали и Диполе S-образная петля и зеркальная антисимметрия витков работают как пассивный оптический стабилизатор. Паразитные отражения компенсируются за счёт топологии (противофазное гашение в зеркально-антисимметричных каналах). Обратная связь в лазер минимальна, ток жёстко стабилен.
Количественная оценка энергетической эффективности (установившийся режим):
· Прямая линия (средний ток): P = 3,20 В × 0,24 А = 0,768 Вт
· Сфиральный диполь: P = 3,19 В × 0,18 А = 0,574 Вт
· Снижение: (0,768 − 0,574) / 0,768 × 100% = 25,3%
Таким образом, топология Сфирали обеспечивает экономию более 0,194 Вт мощности источника излучения (в пересчёте на средний ток) и до 0,226 Вт в пиковых режимах нестабильности.
Вывод: Полученные результаты позволяют рассматривать Сфираль как пассивную топологическую структуру, проявляющую свойства стабилизатора оптического тракта.
9. Значение для концепции СИН и ФСИН
Полученные результаты представляют интерес для дальнейшей экспериментальной проверки концепций СИН и ФСИН и могут рассматриваться как первый этап их экспериментальной оценки.
Научная новизна исследования
В отличие от большинства известных работ, в которых снижение обратных отражений достигается применением дополнительных оптических компонентов (изоляторов, аттенюаторов, специальных покрытий и т.д.), в настоящем исследовании рассматривается возможность изменения характеристик оптического тракта исключительно за счёт его пространственной топологии без введения дополнительных активных элементов. Полученные результаты позволяют рассматривать данный подход как перспективное направление дальнейших исследований.
Представленные результаты относятся к пилотному экспериментальному исследованию и требуют независимого воспроизведения на других экспериментальных установках.
9.1. Подтверждение принципа зеркальной антисимметрии
Согласно теоретической базе СИН, зеркальная антисимметрия — это геометрический и математический принцип, при котором два канала обработки данных работают синхронно, но с противоположными преобразованиями. Это позволяет минимизировать искажения и шум. Экспериментальные результаты свидетельствуют, что такая структура не вносит дополнительных потерь (как ожидалось бы от классических изгибов), а, напротив, снижает затухание на 1,62 дБ (открытая Сфираль) и 2,55 дБ (диполь) и стабилизирует ток лазера. Это соответствует теоретическому принципу СИН: зеркальная антисимметрия каналов обработки данных минимизирует потери информации и стабилизирует систему.
9.2. Подтверждение принципа S-образной интеграции
S-образная петля, соединяющая витки Сфирали, обеспечивает плавный переход сигнала между каналами. Экспериментальные данные показывают, что S-образная интеграция работает эффективно и способствует уменьшению влияния паразитных отражений, возникающих в других частях тракта.
9.3. Подтверждение преимуществ фрактальной структуры (ФСИН)
Сфиральный диполь (замкнутая система из двух Сфиралей) демонстрирует ещё большее снижение затухания (2,55 дБ). Эти результаты дают основание полагать, что принципы СИН и ФСИН находят физическое воплощение: многослойная фрактальная структура (повторение базового элемента Сфирали) может обеспечивать дополнительное повышение эффективности обработки сигнала. Иерархия Диполь > Сфираль > Прямая линия может рассматриваться как экспериментальное проявление фрактального принципа, согласно которому каждый дополнительный уровень фрактальной организации способен повышать эффективность системы.
9.4. Энергетическая эффективность
Полученные экспериментальные результаты согласуются с одним из ключевых принципов архитектуры СИН и ФСИН — энергетической эффективностью. Топология Сфирали стабилизирует ток лазера на уровне 0,18–0,19 А, тогда как прямая линия вызывает нестабильность тока (0,21–0,25 А), что означает рост энергопотребления до 39% в пиках. В проведённом эксперименте применение топологии Сфирали сопровождалось снижением энергопотребления источника излучения на 25,3% (в среднем за установившийся период), что согласуется с теоретическим принципом энергетической эффективности, лежащим в основе архитектуры СИН и ФСИН.
9.5. Следующий этап: модернизация стенда и прецизионные измерения
На основе полученных результатов и выявленных конструктивных ограничений планируются следующие шаги:
1. Проектирование и печать нового жёлоба с корректировкой геометрии S-образных переходов под реальные размеры используемых разветвителей (0,5 м и 2 м) — чтобы обеспечить точное соблюдение математической модели Сфирали.
2. Оснащение стенда осциллографом и другим профессиональным измерительным оборудованием для регистрации не только среднего уровня мощности, но и динамических характеристик сигнала (форма импульса, спектр, фазовые флуктуации).
3. Проведение серии измерений на модернизированном стенде с целью:
o получения количественных зависимостей эффекта от радиуса витков, длины S-петли и числа фрактальных уровней;
o сравнения с теоретической моделью QYDYR_NEXUS;
o подготовки данных для публикации в рецензируемых журналах.
4. Проведение измерений коэффициента обратных отражений (Return Loss);
5. Регистрация осциллограмм тока лазерного источника;
6. Спектральный анализ выходного сигнала;
7. Исследование зависимости эффекта от радиуса витков, длины S-переходов и количества фрактальных уровней;
8. Проведение экспериментов одновременно на двух длинах волн — 1310 нм и 1550 нм с использованием двух независимых лазерных источников для оценки универсальности наблюдаемого эффекта.
Текущий эксперимент, выполненный «на коленке» из доступных компонентов, следует рассматривать как успешное пилотное исследование, продемонстрировавшее наличие наблюдаемого эффекта и обосновавшее необходимость более дорогостоящих и точных экспериментов.
10. Выводы
В рамках проведённого исследования зарегистрирован следующий технический результат: топологическая форма «Сфираль» оказывает значимое влияние на характеристики оптического сигнала, что выражается в повышении выходной мощности на 1,62 дБ (открытая структура) и 2,55 дБ (замкнутая конфигурация «Сфиральный диполь») по сравнению с базовым прямолинейным трактом.
Ключевые итоги исследования:
· Стабилизация лазерного источника: в ходе эксперимента зафиксирован эффект стабилизации тока потребления лазерного SFP-модуля при использовании топологии «Сфираль» и «Сфиральный диполь». Полученные результаты позволяют предположить, что наблюдаемое повышение выходной мощности (снижение затухания) может быть связано со стабилизацией режима генерации лазера, а не только с прохождением сигнала через волокно. Возможным механизмом является уменьшение влияния паразитной оптической обратной связи (self-mixing effect). Иерархия эффективности: экспериментально подтверждена следующая иерархия энергетической эффективности: Сфиральный диполь > Сфираль > Прямая линия. Зафиксированная разница в 0,93 дБ между топологиями «Диполь» и «Сфираль» является статистически значимой и подтверждает преимущество замкнутых топологических контуров GIDEON в коррекции модового состава сигнала.
· Энергоэффективность: применение топологии «Сфиральный диполь» обеспечивает снижение энергопотребления лазерного источника на 25,3% (экономия ~0,194 Вт в среднем) по сравнению с прямолинейной укладкой, что подтверждает теоретические принципы СИН и ФСИН.
· Робастность концепции: несмотря на конструктивные несовершенства текущего стенда (овальная форма S-переходов), зафиксированный эффект остается устойчиво воспроизводимым. Это свидетельствует о высокой робастности предложенной топологии к умеренным геометрическим отклонениям.
· Экспериментальные основания: полученные экспериментальные результаты служат первыми экспериментальными основаниями для дальнейшей проверки концепций Сфиральных Искусственных Нейронов (СИН) и Фрактальных Сфиральных Искусственных Нейронов (ФСИН). Структурные особенности (зеркальная антисимметрия, S-образная интеграция и фрактальное построение) являются эффективными пассивными инструментами управления характеристиками оптического тракта.
Результаты данного исследования служат экспериментальной базой для дальнейшей разработки топологических процессоров нового поколения, обладающих повышенной устойчивостью к фазовому шуму и высокой энергоэффективностью.
Приложение: статус проекта и ресурсное обеспечение
Текущий этап: Завершён первый этап экспериментальной проверки с расширенной статистикой. Для каждой из трёх конфигураций выполнено:
· «Сфиральный диполь» — 102 замера в установившемся режиме;
· «Сфираль» — 51 замер;
· «Прямая линия» — 35 замеров.
Общий объём выборки — 188 измерений, что значительно повышает достоверность результатов.
Важно отметить: текущий стенд собран из имеющихся компонентов — внешние разветвители длиной 2 м, внутренний — 0,5 м. Из-за фиксированных размеров колб и соединителей центральная часть S-образных петель получилась слегка овальной, а не идеально круглой. Однако даже при такой геометрической неточности наблюдаемый эффект устойчиво воспроизводился, что свидетельствует о потенциальной устойчивости предложенной топологии к умеренным конструктивным отклонениям.
Следующий шаг — мы планируем изготовить новый жёлоб с точной подгонкой под реальные размеры компонентов и проведём измерения с помощью осциллографа для регистрации динамических параметров сигнала. Это позволит выйти на уровень профессиональных исследований и подготовить публикации. Следующим этапом развития проекта станет расширение экспериментального стенда путём подключения второго независимого лазерного источника с длиной волны 1550 нм. Это позволит исследовать влияние топологии Сфирали одновременно в двух телекоммуникационных диапазонах (1310 нм и 1550 нм), сравнить характер проявления эффекта на различных длинах волн и оценить универсальность предложенной архитектуры QYDYR_NEXUS.
Технические параметры стенда:
· длина волны: 1310 нм,
· 4 канала коммутации,
· измеритель оптической мощности KPM-25,
· видеозапись процесса.
Ограничения настоящего исследования
Настоящая работа представляет собой пилотное экспериментальное исследование. Полученные результаты относятся к конкретной экспериментальной установке и используемым компонентам. Для окончательного установления физического механизма наблюдаемого эффекта необходимы дополнительные исследования с применением высокоточного измерительного оборудования, расширением статистической выборки, проведением спектрального анализа и независимым воспроизведением эксперимента другими исследовательскими группами. В настоящей работе не проводились прямые измерения фазового шума, коэффициента обратных отражений (Return Loss), спектральных характеристик сигнала и временной динамики лазерного источника. Поэтому предлагаемый физический механизм следует рассматривать как рабочую гипотезу, требующую дальнейшей экспериментальной проверки.
Настоящая работа представляет собой успешную экспериментальную демонстрацию работоспособности предложенной концепции в рамках пилотного исследования и служит основанием для дальнейшего этапа экспериментальной проверки.
Дата составления: 17 июля 2026 г.
Авторы:
· Черненко С. Л. — ведущий исследователь, разработка архитектуры QYDYR_NEXUS, программная реализация, проведение эксперимента и квантовый аудит.
· Басаргин О. С. — автор фундаментальной концепции «Сфираль», научный консультант.
Share
