キラル論理ゲートは超高速データ プロセッサを作成します

光ベースの光論理ゲートは、電子的な対応するものよりもはるかに高速に動作し、より効率的で超高速のデータ処理と転送に対する高まる需要を満たすために重要になる可能性があります。 の研究者によって開発された新しいタイプの「光学キラリティー」論理ゲート アールト大学 既存のテクノロジーよりも約 XNUMX 万倍高速に動作します。

電子や分子と同様に、光子にはキラリティー (または利き手) として知られる固有の自由度があります。 左回りおよび右回りの円偏光によって定義される光キラリティは、量子技術、キラル非線形光学、センシング、イメージング、および「バレートロニクス」の新興分野などの基礎研究および応用に大きな可能性を示しています。

非線形光学材料

この新しいデバイスは、異なる波長の 0 つの円偏光ビームをロジック入力信号として使用することによって機能します (特定の光学キラリティに応じて 1 または XNUMX)。 率いる研究者たちは、 李張、結晶性半導体材料MoS の原子的に薄いスラブにこれらのビームを照射しました₂ バルク二酸化ケイ素基板上。 MoS₂ は非線形光学材料です。つまり、入力ビームの周波数とは異なる周波数で光を生成できます。

Zhang と同僚は、新しい波長 (ロジック出力信号) の生成を観察しました。 0,0 つの入力ビームのキラリティーを調整することで、(0,1)、(1,1)、(1,0)、(1) に対応する 0 つの入力の組み合わせが可能です。 非線形光学プロセスでは、生成された出力信号は、この出力信号の有無に基づいて、それぞれ論理 XNUMX または論理 XNUMX と見なされます。

キラル選択規則

このシステムは、結晶材料が入力ビームのキラリティーに敏感で、特定のキラル選択規則に従うという事実のおかげで機能します (MoS₂ 単層の三回回転対称性)。 これらのルールは、非線形出力信号が生成されるかどうかを決定します。

このアプローチを使用して、研究者は超高速 (動作時間 100 fs 未満) の全光 XNOR、NOR、AND、XOR、OR、NAND 論理ゲート、および半加算器を作成することができました。

それだけではありません。チームは、XNUMX つのデバイスに複数のキラリティ ロジック ゲートを同時に並列に動作させることができることも示しました。 これは、通常デバイスごとに XNUMX つのロジック操作を実行する従来の光および電気ロジック デバイスとは根本的に異なります、と Zhang 氏は言います。 このような同時並列論理ゲートを使用して、複雑で多機能な論理回路とネットワークを構築できます。

論理ゲートが速度記録を破る

キラリティ論理ゲートは、電気光学インターフェースで電子的に制御および構成することもできます。 「従来、電子コンピューティングと光/フォトニック コンピューティングとの間の接続は、主に低速で非効率的な光から電気へ、および電気から光への変換によって実現されてきました」と Zhang 氏は語ります。 物理学の世界. 「キラリティー論理ゲートの電気的制御を実証し、電気コンピューティングと光コンピューティングの間の最初の直接相互接続に向けたエキサイティングな展望を開きます。」

「これに基づいて、将来的に全光コンピューティング モダリティが実現できることを期待しています」と Zhang 氏は言います。

で彼らの仕事を報告する研究者 科学の進歩、現在、キラリティー論理ゲートの効率を改善し、消費電力を削減したいと考えています。

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/chiral-logic-gates-create-ultrafast-data-processors/