Kiraalloogika väravad loovad ülikiireid andmeprotsessoreid

Valguspõhised optilised loogikaväravad töötavad palju kiiremini kui nende elektroonilised analoogid ja võivad olla üliolulised, et rahuldada üha kasvavat nõudlust tõhusama ja ülikiirema andmetöötluse ja -edastuse järele. Uut tüüpi "optilise kiraalsuse" loogikavärav, mille on välja töötanud teadlased aadressil Aalto Ülikool töötab umbes miljon korda kiiremini kui olemasolevad tehnoloogiad.

Nagu elektronidel ja molekulidel, on ka footonitel nn sisemine vabadusaste, mida nimetatakse kiraalsuseks (või käelisuseks). Optiline kiraalsus, mida defineerib vasakukäeline ja parempoolne ümmargune polariseeritud valgus, näitab suurt lubadust fundamentaaluuringute ja rakenduste jaoks, nagu kvanttehnoloogiad, kiraalne mittelineaarne optika, sensor, pildistamine ja arenev "valleytroonika" valdkond.

Mittelineaarne optiline materjal

Uus seade kasutab loogiliste sisendsignaalidena kahte erineva lainepikkusega ringpolariseeritud valguskiirt (0 või 1, vastavalt nende spetsiifilisele optilisele kiraalsusele). Teadlased eesotsas Yi Zhang, valgustas need talad kristallilise pooljuhtmaterjali MoS aatomõhukestele tahvlitele₂ lahtisel ränidioksiidi substraadil. MoS₂ on mittelineaarne optiline materjal, st see võib tekitada valgust sisendkiire omast erineva sagedusega.

Zhang ja tema kolleegid jälgisid uue lainepikkuse (loogilise väljundsignaali) teket. Kahe sisendkiire kiraalsust reguleerides on võimalik neli sisendikombinatsiooni – vastavad (0,0), (0,1), (1,1) ja (1,0). Mittelineaarses optilises protsessis loetakse genereeritud väljundsignaali loogikaks 1 või loogikaks 0, lähtudes vastavalt selle väljundsignaali olemasolust või puudumisest.

Kiraalse valiku reeglid

Süsteem töötab tänu sellele, et kristalne materjal on tundlik sisendkiirte kiraalsuse suhtes ja järgib teatud kiraalse valiku reegleid (seotud MoS-iga₂ monokihi kolmekordne pöörlemissümmeetria). Need reeglid määravad kindlaks, kas mittelineaarne väljundsignaal genereeritakse või mitte.

Seda lähenemist kasutades suutsid teadlased teha ülikiired (tööaeg alla 100 fs) täisoptilised XNOR, NOR, AND, XOR, OR ja NAND loogikaväravad ning poolliitja.

Ja see pole veel kõik: meeskond näitas ka, et üks seade võib sisaldada mitut kiraalsusloogika väravat, mis töötavad samal ajal paralleelselt. Zhang ütleb, et see erineb radikaalselt tavapärastest optilistest ja elektrilistest loogikaseadmetest, mis teostavad tavaliselt ühe loogikatoimingu seadme kohta. Selliseid samaaegseid paralleelseid loogilisi väravaid saab kasutada keerukate, multifunktsionaalsete loogikaahelate ja võrkude ehitamiseks.

Loogikavärav purustab kiirusrekordi

Kiraalsusloogika väravaid saab juhtida ja konfigureerida ka elektrooniliselt elektrooptilise liidese kaudu. "Traditsiooniliselt on elektroonilise ja optilise/fotoonilise andmetöötluse vaheline seos saavutatud peamiselt aeglase ja ebatõhusa optilisest-elektriliseks ja elektrilisest-optiliseks muundamisest," räägib Zhang. Füüsika maailm. "Me demonstreerime kiraalsuse loogiliste väravate elektrilist juhtimist, avades põneva väljavaate esimeseks ja otseseks ühenduseks elektrilise ja optilise andmetöötluse vahel."

"Selle põhjal loodame, et tulevikus saab täielikult optilise andmetöötluse meetodid realiseerida," ütleb Zhang.

Teadlased, kes teatavad oma tööst aastal Teadus ettemaksed, loodavad nüüd parandada nende kiraalsusloogika väravate tõhusust ja vähendada nende energiatarbimist.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/chiral-logic-gates-create-ultrafast-data-processors/