گیت های منطقی کایرال پردازشگرهای داده فوق سریع را ایجاد می کنند

گیت های منطقی کایرال پردازشگرهای داده فوق سریع را ایجاد می کنند

تمبر زمان: 23 ژانویه 2023، ساعت 12:30 بعد از ظهر

مواد نوری غیرخطی که سیگنال خروجی تولید می کند که وابسته به کایرالیته دو پرتو ورودی است.
منطق مبتنی بر نور: گیت منطقی کایرالیتی نوری از یک ماده نوری غیرخطی ساخته شده است که یک سیگنال خروجی تولید می کند که وابسته به کایرالیتی دو پرتو ورودی است. (با احترام: دانشگاه یی ژانگ/آلتو)

گیت‌های منطقی نوری مبتنی بر نور بسیار سریع‌تر از همتایان الکترونیکی خود عمل می‌کنند و می‌توانند برای پاسخگویی به تقاضای روزافزون برای پردازش و انتقال داده‌های کارآمدتر و فوق‌سریع‌تر حیاتی باشند. نوع جدیدی از گیت منطقی "کایرالیتی نوری" توسط محققان در دانشگاه آلتو حدود یک میلیون برابر سریعتر از فناوری های موجود کار می کند.

مانند الکترون ها و مولکول ها، فوتون ها به اصطلاح دارای درجه آزادی ذاتی هستند که به نام کایرالیته (یا دستی) شناخته می شود. کایرالیته نوری، که توسط نور قطبی دایره ای چپ و راست تعریف می شود، نوید بزرگی را برای تحقیقات بنیادی و کاربردهایی مانند فناوری های کوانتومی، اپتیک غیرخطی کایرال، سنجش، تصویربرداری و حوزه نوظهور "valleytronics" نشان می دهد.

مواد نوری غیر خطی

دستگاه جدید با استفاده از دو پرتو نور قطبی دایره ای با طول موج های مختلف به عنوان سیگنال های ورودی منطقی (0 یا 1، با توجه به کایرالیته نوری خاص آنها) کار می کند. محققان به رهبری یی ژانگ، این پرتوها را بر روی صفحات نازک اتمی از ماده نیمه هادی کریستالی MoS تاباند.2 روی یک بستر دی اکسید سیلیکون حجیم. MoS2 یک ماده نوری غیرخطی است، یعنی می تواند نور را با فرکانس متفاوتی نسبت به پرتو ورودی تولید کند.

ژانگ و همکارانش تولید یک طول موج جدید (سیگنال خروجی منطقی) را مشاهده کردند. با تنظیم کایرالیتی دو پرتو ورودی، چهار ترکیب ورودی - مربوط به (0,0،0,1)، (1,1،1,0)، (1،0) و (XNUMX،XNUMX) - امکان پذیر است. در فرآیند نوری غیرخطی، سیگنال خروجی تولید شده به ترتیب بر اساس وجود یا عدم وجود این سیگنال خروجی به عنوان منطق XNUMX یا منطق XNUMX در نظر گرفته می شود.

قوانین انتخاب کایرال

این سیستم به لطف این واقعیت کار می کند که ماده کریستالی به کایرالیتی پرتوهای ورودی حساس است و از قوانین خاص انتخاب کایرال (مربوط به MoS) پیروی می کند.2 تقارن چرخشی سه گانه تک لایه). این قوانین تعیین می کنند که آیا سیگنال خروجی غیرخطی تولید می شود یا خیر.

با استفاده از این رویکرد، محققان توانستند گیت های منطقی XNOR، NOR، AND، XOR، OR و NAND فوق سریع (کمتر از 100 fs) و همچنین یک نیم جمع کننده بسازند.

و این همه چیز نیست: تیم همچنین نشان داد که یک دستگاه واحد می تواند دارای چندین گیت منطقی کایرالیتی باشد که به طور همزمان به طور موازی کار می کنند. به گفته ژانگ، این به طور اساسی با دستگاه های منطق نوری و الکتریکی معمولی که معمولاً یک عملیات منطقی را در هر دستگاه انجام می دهند، متفاوت است. چنین دروازه های منطقی موازی همزمان می تواند برای ساخت مدارها و شبکه های منطقی پیچیده و چند منظوره استفاده شود.

گیت‌های منطقی کایرالیتی نیز می‌توانند به صورت الکترونیکی در یک رابط الکترواپتیکال کنترل و پیکربندی شوند. ژانگ می گوید: «به طور سنتی، ارتباط بین محاسبات الکترونیکی و نوری/فوتونیکی عمدتاً از طریق تبدیل نوری به الکتریکی و الکتریکی به نوری آهسته و ناکارآمد محقق می شود. دنیای فیزیک. ما کنترل الکتریکی گیت‌های منطقی کایرالی را نشان می‌دهیم و چشم‌انداز هیجان‌انگیزی را برای اولین و مستقیم اتصال بین محاسبات الکتریکی و نوری باز می‌کنیم.»

ژانگ می گوید: «بر این اساس، ما امیدواریم که روش های محاسباتی تمام نوری را بتوان در آینده محقق کرد.

محققانی که کار خود را در با پیشرفتهای علمی، اکنون امیدواریم که بازدهی گیت های منطقی کایرالیتی خود را بهبود بخشند و مصرف برق خود را کاهش دهند.

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک