تخلق البوابات المنطقية اللولبية معالجات بيانات فائقة السرعة

تعمل البوابات المنطقية الضوئية القائمة على الضوء بشكل أسرع بكثير من نظيراتها الإلكترونية ويمكن أن تكون حاسمة لتلبية الطلب المتزايد باستمرار على معالجة ونقل بيانات أكثر كفاءة وسرعة. نوع جديد من البوابة المنطقية "chirality البصرية" التي طورها باحثون في جامعة آلتو يعمل حوالي مليون مرة أسرع من التقنيات الحالية.

مثل الإلكترونات والجزيئات ، تمتلك الفوتونات ما يسمى بدرجة الحرية الجوهرية المعروفة باسم chirality (أو عدم استخدام اليد). تُظهر chirality البصرية ، التي يتم تعريفها بواسطة الضوء المستقطب دائريًا باليد اليمنى واليسرى ، وعدًا كبيرًا للبحث والتطبيقات الأساسية مثل التقنيات الكمومية ، والبصريات غير الخطية غير الخطية ، والاستشعار ، والتصوير ، والمجال الناشئ لـ "valleytronics".

مادة بصرية غير خطية

يعمل الجهاز الجديد باستخدام حزمتين ضوئيتين مستقطبتين دائريًا بأطوال موجية مختلفة كإشارات إدخال منطقية (0 أو 1 ، وفقًا لشرطتها البصرية المحددة). الباحثون بقيادة يي تشانغ، سلطت هذه الحزم على ألواح رقيقة ذريًا من مادة أشباه الموصلات البلورية MoS₂ على الركيزة السائبة لثاني أكسيد السيليكون. MoS₂ هي مادة بصرية غير خطية ، أي يمكنها توليد ضوء بتردد مختلف عن تردد شعاع الإدخال.

لاحظ تشانغ وزملاؤه توليد طول موجي جديد (إشارة الخرج المنطقي). من خلال ضبط chirality لحزمي الإدخال ، من الممكن وجود أربع مجموعات إدخال - المقابلة لـ (0,0،0,1) و (1,1،1,0) و (1،0) و (XNUMX،XNUMX). في العملية الضوئية غير الخطية ، تُعتبر إشارة الخرج المتولدة بمثابة المنطق XNUMX أو المنطق XNUMX بناءً على وجود أو غياب إشارة الخرج هذه ، على التوالي.

قواعد الاختيار اللولبية

يعمل النظام بفضل حقيقة أن المادة البلورية حساسة لترابط حزم الإدخال وتلتزم ببعض قواعد الاختيار اللولبية (المتعلقة بـ MoS₂ التناظر الدوراني ثلاثي الطبقات أحادي الطبقة). تحدد هذه القواعد ما إذا كان يتم إنشاء إشارة الإخراج غير الخطية أم لا.

باستخدام هذا النهج ، تمكن الباحثون من إنشاء بوابات منطقية XNOR و NOR و AND و XOR و OR و NAND فائقة السرعة (أقل من 100 fs وقت التشغيل) ، بالإضافة إلى نصف الأفعى.

وهذا ليس كل شيء: أظهر الفريق أيضًا أن جهازًا واحدًا يمكن أن يحتوي على عدة بوابات منطقية chirality تعمل في نفس الوقت بالتوازي. يقول تشانغ إن هذا يختلف جذريًا عن الأجهزة المنطقية الضوئية والكهربائية التقليدية التي تؤدي عادةً عملية منطقية واحدة لكل جهاز. يمكن استخدام هذه البوابات المنطقية المتوازية المتزامنة لبناء دوائر وشبكات منطقية معقدة ومتعددة الوظائف.

البوابة المنطقية تحطم الرقم القياسي للسرعة

يمكن أيضًا التحكم في البوابات المنطقية chirality وتكوينها إلكترونيًا في واجهة كهروضوئية. يقول تشانغ: "تقليديًا ، تم تحقيق الصلة بين الحوسبة الإلكترونية والضوئية / الضوئية بشكل أساسي من خلال التحويل البطيء وغير الفعال من البصريات إلى الكهرباء والتحويل الكهربائي إلى البصري" عالم الفيزياء. "نبرهن على التحكم الكهربائي في البوابات المنطقية chirality ، مما يفتح آفاقًا مثيرة للترابط الأول والمباشر بين الحوسبة الكهربائية والضوئية."

"بناءً على ذلك ، نأمل أن تتحقق جميع أساليب الحوسبة الضوئية في المستقبل" ، كما يقول Zhang.

الباحثون الذين أبلغوا عن عملهم في علم السلف، نأمل الآن في تحسين كفاءة بواباتهم المنطقية chirality وتقليل استهلاك الطاقة.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/chiral-logic-gates-create-ultrafast-data-processors/