שערים לוגיים כיראליים יוצרים מעבדי נתונים מהירים במיוחד

שערים לוגיים אופטיים מבוססי אור פועלים הרבה יותר מהר מעמיתיהם האלקטרוניים ויכולים להיות חיוניים לעמידה בדרישה ההולכת וגוברת לעיבוד והעברת נתונים יעילים ומהירים יותר. סוג חדש של שער לוגי "כיראליות אופטית" שפותח על ידי חוקרים ב אוניברסיטת אלטו עובד בערך פי מיליון מהר יותר מהטכנולוגיות הקיימות.

כמו אלקטרונים ומולקולות, לפוטונים יש מה שנקרא דרגת חופש פנימית המכונה כיראליות (או ידידות). כיראליות אופטית, המוגדרת על ידי אור מקוטב מעגלי ימני ושמאלי, מראה הבטחה גדולה למחקר ויישומים בסיסיים כגון טכנולוגיות קוונטיות, אופטיקה כיראלית לא-לינארית, חישה, הדמיה והתחום המתפתח של "וואליטרוניקה".

חומר אופטי לא ליניארי

המכשיר החדש פועל על ידי שימוש בשתי קרני אור מקוטבות מעגליות באורכי גל שונים כאותות הכניסה הלוגיים (0 או 1, בהתאם לכיראליות האופטית הספציפית שלהן). החוקרים, בראשות יי ג'אנג, האיר את הקורות הללו על גבי לוחות אטומיים דקים מחומר המוליך למחצה הגבישי MoS₂ על מצע דו תחמוצת סיליקון בתפזורת. MoS₂ הוא חומר אופטי לא ליניארי, כלומר, הוא יכול ליצור אור בתדר שונה מזה של אלומת הכניסה.

ג'אנג ועמיתיו צפו ביצירת אורך גל חדש (אות הפלט הלוגי). על ידי התאמת הקיראליות של שתי אלומות הקלט, ארבעה שילובי קלט - התואמים ל-(0,0), (0,1), (1,1) ו-(1,0) - אפשריים. בתהליך האופטי הלא ליניארי, אות הפלט שנוצר נחשב לוגי 1 או לוגי 0 בהתבסס על נוכחות או היעדר, בהתאמה, של אות פלט זה.

כללי בחירה כיראלית

המערכת פועלת הודות לעובדה שהחומר הגבישי רגיש לכיראליות של אלומות הקלט ומציית לכללי בחירה כיראליים מסוימים (קשורים ל-MoS₂ סימטריה סיבובית משולשת של חד-שכבה). כללים אלה קובעים אם אות הפלט הלא ליניארי נוצר או לא.

באמצעות גישה זו, החוקרים הצליחו ליצור שערים לוגיים XNOR, NOR, AND, XOR, OR ו-NAND אופטיים לחלוטין (פחות מ-100 fs זמן פעולה), כמו גם חצי מוסיף.

וזה לא הכל: הצוות גם הראה שמכשיר בודד יכול להכיל מספר שערים לוגיים כיראליות הפועלים בו-זמנית במקביל. זה שונה בתכלית ממכשירי לוגיקה אופטיים וחשמליים קונבנציונליים שבדרך כלל מבצעים פעולה לוגית אחת לכל מכשיר, אומר ג'אנג. שערים לוגיים מקבילים מקבילים כאלה יכולים לשמש לבניית מעגלים ורשתות לוגיים מורכבים ורב-תכליתיים.

שער לוגי שובר שיא מהירות

ניתן לשלוט ולהגדיר את שערי הלוגיקה הכירליות גם באופן אלקטרוני בממשק אלקטרו-אופטי. "באופן מסורתי, הקשר בין מחשוב אלקטרוני למחשוב אופטי/פוטוני התממש בעיקר באמצעות המרה אופטית לחשמלית וחשמלית לאופטית איטית ולא יעילה", אומר ג'אנג. עולם הפיזיקה. "אנו מדגימים שליטה חשמלית על השערים הלוגיים של הכיראליות, פותחים סיכוי מרגש לחיבור הגומלין הראשון והישיר בין מחשוב חשמלי לאופטי."

"בהתבסס על זה, אנו מקווים שניתן יהיה לממש אופני מחשוב אופטי שלם בעתיד", אומר ג'אנג.

החוקרים המדווחים על עבודתם ב התקדמות מדע, מקווים כעת לשפר את היעילות של שערי הלוגיקה הכיראליות שלהם ולהפחית את צריכת החשמל שלהם.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/chiral-logic-gates-create-ultrafast-data-processors/