Οι χειρότερες λογικές πύλες δημιουργούν εξαιρετικά γρήγορους επεξεργαστές δεδομένων

Οι οπτικές λογικές πύλες που βασίζονται στο φως λειτουργούν πολύ πιο γρήγορα από τις ηλεκτρονικές αντίστοιχές τους και θα μπορούσαν να είναι ζωτικής σημασίας για την κάλυψη της συνεχώς αυξανόμενης ζήτησης για πιο αποτελεσματική και εξαιρετικά γρήγορη επεξεργασία και μεταφορά δεδομένων. Ένας νέος τύπος λογικής πύλης «οπτικής χειραλικότητας» που αναπτύχθηκε από ερευνητές στο Aalto University λειτουργεί περίπου ένα εκατομμύριο φορές πιο γρήγορα από τις υπάρχουσες τεχνολογίες.

Όπως τα ηλεκτρόνια και τα μόρια, τα φωτόνια έχουν έναν λεγόμενο εγγενή βαθμό ελευθερίας που είναι γνωστός ως χειραλικότητα (ή χειροδικία). Η οπτική χειραλικότητα, η οποία ορίζεται από το αριστερό και το δεξιόστροφο κυκλικά πολωμένο φως, δείχνει πολλά υποσχόμενα για θεμελιώδη έρευνα και εφαρμογές όπως οι κβαντικές τεχνολογίες, η χειρομορφική μη γραμμική οπτική, η αίσθηση, η απεικόνιση και το αναδυόμενο πεδίο της «valleytronics».

Μη γραμμικό οπτικό υλικό

Η νέα συσκευή λειτουργεί χρησιμοποιώντας δύο κυκλικά πολωμένες δέσμες φωτός διαφορετικού μήκους κύματος ως λογικά σήματα εισόδου (0 ή 1, ανάλογα με τη συγκεκριμένη οπτική χειραλικότητά τους). Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον Γι Ζανγκ, έλαμπε αυτές τις δοκούς σε ατομικά λεπτές πλάκες του κρυσταλλικού ημιαγωγού υλικού MoS₂ σε χύμα υπόστρωμα διοξειδίου του πυριτίου. MoS₂ είναι ένα μη γραμμικό οπτικό υλικό, δηλαδή μπορεί να παράγει φως σε διαφορετική συχνότητα από αυτή της δέσμης εισόδου.

Ο Zhang και οι συνεργάτες του παρατήρησαν τη δημιουργία ενός νέου μήκους κύματος (το λογικό σήμα εξόδου). Ρυθμίζοντας τη χειραλικότητα των δύο δεσμών εισόδου, είναι δυνατοί τέσσερις συνδυασμοί εισόδου – που αντιστοιχούν σε (0,0), (0,1), (1,1) και (1,0) –. Στη μη γραμμική οπτική διαδικασία, το παραγόμενο σήμα εξόδου θεωρείται ως λογική 1 ή λογική 0 με βάση την παρουσία ή την απουσία, αντίστοιχα, αυτού του σήματος εξόδου.

Χειρικοί κανόνες επιλογής

Το σύστημα λειτουργεί χάρη στο γεγονός ότι το κρυσταλλικό υλικό είναι ευαίσθητο στη χειρομορφία των δεσμών εισόδου και υπακούει σε ορισμένους κανόνες χειρόμορφης επιλογής (που σχετίζονται με το MoS₂ τριπλή περιστροφική συμμετρία μονοστοιβάδας). Αυτοί οι κανόνες καθορίζουν εάν παράγεται ή όχι το μη γραμμικό σήμα εξόδου.

Χρησιμοποιώντας αυτή την προσέγγιση, οι ερευνητές μπόρεσαν να κατασκευάσουν εξαιρετικά γρήγορες (λιγότερο από 100 fs χρόνο λειτουργίας) πλήρως οπτικές λογικές πύλες XNOR, NOR, AND, XOR, OR και NAND, καθώς και έναν μισό αθροιστή.

Και δεν είναι μόνο αυτό: η ομάδα έδειξε επίσης ότι μια μεμονωμένη συσκευή θα μπορούσε να περιέχει πολλαπλές λογικές πύλες χειραλικότητας που λειτουργούν ταυτόχρονα. Αυτό είναι ριζικά διαφορετικό από τις συμβατικές συσκευές οπτικής και ηλεκτρικής λογικής που συνήθως εκτελούν μία λογική λειτουργία ανά συσκευή, λέει ο Zhang. Τέτοιες ταυτόχρονες παράλληλες λογικές πύλες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή πολύπλοκων, πολυλειτουργικών λογικών κυκλωμάτων και δικτύων.

Η λογική πύλη σπάει ρεκόρ ταχύτητας

Οι λογικές πύλες χειραλικότητας μπορούν επίσης να ελέγχονται και να ρυθμίζονται ηλεκτρονικά σε μια ηλεκτρο-οπτική διεπαφή. «Παραδοσιακά, η σύνδεση μεταξύ ηλεκτρονικών και οπτικών/φωτονικών υπολογιστών έχει πραγματοποιηθεί κυρίως μέσω αργής και αναποτελεσματικής μετατροπής οπτικού σε ηλεκτρικό και ηλεκτρικού σε οπτικό», λέει ο Zhang. Κόσμος Φυσικής. «Δείχνουμε ηλεκτρικό έλεγχο των λογικών πυλών χειραλικότητας, ανοίγοντας μια συναρπαστική προοπτική για την πρώτη και άμεση διασύνδεση μεταξύ ηλεκτρικών και οπτικών υπολογιστών».

«Με βάση αυτό, ελπίζουμε ότι θα μπορέσουν να υλοποιηθούν στο μέλλον οι μέθοδοι υπολογιστών αποκλειστικά με οπτικό εξοπλισμό», λέει ο Zhang.

Οι ερευνητές, που αναφέρουν την εργασία τους στο Προκαταβολές Επιστήμη, τώρα ελπίζουν να βελτιώσουν την απόδοση των λογικών πυλών χειραλικότητας και να μειώσουν την κατανάλωση ενέργειας.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/chiral-logic-gates-create-ultrafast-data-processors/