Kiraalilogiikan portit luovat erittäin nopeita tietojenkäsittelylaitteita

Valopohjaiset optiset logiikkaportit toimivat paljon nopeammin kuin elektroniset vastineensa, ja ne voivat olla ratkaisevan tärkeitä tehokkaamman ja erittäin nopean tiedonkäsittelyn ja tiedonsiirron jatkuvasti kasvavan kysynnän tyydyttämisessä. Uuden tyyppinen "optisen kiraalisuuden" logiikkaportti, jonka tutkijat ovat kehittäneet osoitteessa Aalto-yliopisto toimii noin miljoona kertaa nopeammin kuin olemassa olevat tekniikat.

Kuten elektroneilla ja molekyyleillä, fotoneilla on niin sanottu luontainen vapausaste, joka tunnetaan nimellä kiraalisuus (tai kädisyys). Optinen kiraalisuus, jonka määrittelee vasenkätinen ja oikeakätinen ympyräpolarisoitu valo, osoittaa suurta lupausta perustutkimukselle ja sovelluksille, kuten kvanttiteknologioille, kiraaliselle epälineaariselle optiikalle, anturille, kuvantamiselle ja nousevalle "valleytronics" -alalle.

Epälineaarinen optinen materiaali

Uusi laite toimii käyttämällä kahta eri aallonpituuksilla olevaa ympyräpolarisoitua valonsädettä loogisina tulosignaaleina (0 tai 1 optisen kiraalisuuden mukaan). Tutkijat johdolla Yi Zhang, loisti nämä säteet atomin ohuille kiteisen puolijohdemateriaalin MoS levyille₂ irtotavaralla piidioksidialustalla. MoS₂ on epälineaarinen optinen materiaali, eli se voi tuottaa valoa eri taajuudella kuin tulosäde.

Zhang ja kollegat havaitsivat uuden aallonpituuden (loogisen lähtösignaalin) muodostumisen. Säätämällä kahden tulokeilan kiraalisuutta on mahdollista saada neljä tuloyhdistelmää – jotka vastaavat arvoja (0,0), (0,1), (1,1) ja (1,0). Epälineaarisessa optisessa prosessissa generoitua lähtösignaalia pidetään logiikkana 1 tai logiikkana 0 tämän lähtösignaalin läsnäolon tai puuttumisen perusteella.

Kiraaliset valintasäännöt

Järjestelmä toimii sen ansiosta, että kiteinen materiaali on herkkä tulosäteiden kiraalisuudelle ja noudattaa tiettyjä kiraalisia valintasääntöjä (liittyvät MoS:ään).₂ yksikerroksen kolminkertainen rotaatiosymmetria). Nämä säännöt määräävät, muodostetaanko epälineaarinen lähtösignaali vai ei.

Tätä lähestymistapaa käyttämällä tutkijat pystyivät tekemään ultranopeita (alle 100 fs toiminta-aika) täysin optisia XNOR-, NOR-, AND-, XOR-, OR- ja NAND-logiikkaportteja sekä puolisummaimen.

Eikä siinä vielä kaikki: tiimi osoitti myös, että yksi laite voi sisältää useita samanaikaisesti toimivia kiraalisuuslogiikkaportteja. Tämä eroaa radikaalisti perinteisistä optisista ja sähköisistä logiikkalaitteista, jotka tyypillisesti suorittavat yhden logiikkatoiminnon laitetta kohti, Zhang sanoo. Tällaisia ​​samanaikaisia ​​rinnakkaisia ​​loogisia portteja voitaisiin käyttää monimutkaisten, monitoimisten logiikkapiirien ja verkkojen rakentamiseen.

Logiikkaportti rikkoi nopeusennätyksen

Kiraalisuuslogiikkaportteja voidaan ohjata ja konfiguroida myös sähköisesti sähköoptisessa rajapinnassa. "Perinteisesti yhteys elektronisen ja optisen/fotonisen tietojenkäsittelyn välillä on pääosin toteutettu hitaalla ja tehottomalla optisesta sähköksi ja sähköstä optiseksi muunnolla", Zhang kertoo. Fysiikan maailma. "Esittelemme kiraalisuuden loogisten porttien sähköistä ohjausta, mikä avaa jännittävän mahdollisuuden ensimmäiselle ja suoralle yhteydelle sähköisen ja optisen laskennan välillä."

"Tämän perusteella toivomme, että täysoptiset laskentamenetelmät voidaan toteuttaa tulevaisuudessa", Zhang sanoo.

Tutkijat, jotka raportoivat työstään Tiede ennakot, toivovat nyt parantavansa kiraalisuuslogiikkaporttien tehokkuutta ja vähentävänsä niiden virrankulutusta.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/chiral-logic-gates-create-ultrafast-data-processors/