A királis logikai kapuk ultragyors adatfeldolgozókat hoznak létre

A fényalapú optikai logikai kapuk sokkal gyorsabban működnek, mint elektronikus társaik, és kulcsfontosságúak lehetnek a hatékonyabb és ultragyors adatfeldolgozás és -átvitel iránti egyre növekvő igény kielégítésében. Egy új típusú „optikai kiralitás” logikai kapu, amelyet a kutatók fejlesztettek ki Aalto Egyetem milliószor gyorsabban működik, mint a meglévő technológiák.

Az elektronokhoz és a molekulákhoz hasonlóan a fotonoknak is van egy úgynevezett belső szabadsági foka, amelyet kiralitásként (vagy kéziességként) ismerünk. Az optikai kiralitás, amelyet a bal- és jobbkezes cirkulárisan polarizált fény határoz meg, nagy ígéretet mutat az olyan alapkutatások és alkalmazások számára, mint a kvantumtechnológiák, a királis nemlineáris optika, az érzékelés, a képalkotás és a „valleytronika” feltörekvő területe.

Nemlineáris optikai anyag

Az új készülék két különböző hullámhosszú, körkörösen polarizált fénysugarat használ logikai bemeneti jelként (0 vagy 1, specifikus optikai kiralitásuk szerint). A kutatók vezetésével Yi Zhang, ezeket a sugarakat a kristályos félvezető anyag MoS atomosan vékony lapjaira világította₂ ömlesztett szilícium-dioxid hordozón. MoS₂ egy nemlineáris optikai anyag, azaz a bemeneti sugár frekvenciájától eltérő frekvencián képes fényt generálni.

Zhang és munkatársai egy új hullámhossz (a logikai kimeneti jel) keletkezését figyelték meg. A két bemeneti nyaláb kiralitásának beállításával négy bemeneti kombináció – a (0,0), (0,1), (1,1) és (1,0) – lehetséges. A nemlineáris optikai folyamatban az előállított kimeneti jelet logikai 1-nek vagy logikai 0-nak tekintjük a kimeneti jel megléte vagy hiánya alapján.

Királis szelekciós szabályok

A rendszer annak köszönhető, hogy a kristályos anyag érzékeny a bemeneti nyalábok kiralitására, és betart bizonyos királis szelekciós szabályokat (a MoS-hez kapcsolódóan).₂ egyrétegű háromszoros forgásszimmetria). Ezek a szabályok határozzák meg, hogy létrejön-e a nemlineáris kimeneti jel vagy sem.

Ezzel a megközelítéssel a kutatók ultragyors (100 fs-nál rövidebb működési idővel) teljesen optikai XNOR, NOR, AND, XOR, OR és NAND logikai kapukat, valamint egy félösszeadót tudtak készíteni.

És ez még nem minden: a csapat azt is kimutatta, hogy egyetlen eszköz több, egyidejűleg párhuzamosan működő kiralitási logikai kaput is tartalmazhat. Ez gyökeresen eltér a hagyományos optikai és elektromos logikai eszközöktől, amelyek általában egy logikai műveletet hajtanak végre eszközönként, mondja Zhang. Az ilyen párhuzamos logikai kapuk segítségével összetett, többfunkciós logikai áramkörök és hálózatok hozhatók létre.

A logikai kapu sebességrekordot döntött

A kiralitási logikai kapuk elektronikusan is vezérelhetők és konfigurálhatók egy elektro-optikai interfészen. „Hagyományosan az elektronikus és az optikai/fotonikai számítástechnika közötti kapcsolat főként lassú és nem hatékony optikai-elektromos és elektromos-optikai átalakításon keresztül valósul meg” – mondja Zhang. Fizika Világa. „Bemutatjuk a kiralitási logikai kapuk elektromos vezérlését, izgalmas lehetőséget nyitva az elektromos és az optikai számítástechnika közötti első és közvetlen összekapcsolásra.”

„Ez alapján reméljük, hogy a jövőben megvalósulhatnak a teljesen optikai számítási módok” – mondja Zhang.

A kutatók, akik beszámolnak munkájukról Tudomány előlegek, remélik, hogy javítják kiralitási logikai kapuik hatékonyságát és csökkentik az energiafogyasztásukat.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/chiral-logic-gates-create-ultrafast-data-processors/