초고속 데이터 프로세서를 만드는 키랄 논리 게이트

광 기반 광학 논리 게이트는 전자 제품보다 훨씬 빠르게 작동하며 보다 효율적이고 초고속 데이터 처리 및 전송에 대한 계속 증가하는 요구를 충족하는 데 중요할 수 있습니다. 서울대 연구진이 개발한 새로운 유형의 '광학 키랄성' 논리 게이트 아 알토 대학 기존 기술보다 약 백만 배 더 빠르게 작동합니다.

전자 및 분자와 마찬가지로 광자도 키랄성(또는 손잡이)으로 알려진 고유한 자유도를 가지고 있습니다. 왼손잡이 및 오른손잡이 원형 편광으로 정의되는 광학 키랄성은 양자 기술, 키랄 비선형 광학, 감지, 이미징 및 "valleytronics"의 신흥 분야와 같은 기본 연구 및 응용 분야에 큰 가능성을 보여줍니다.

비선형 광학 재료

새로운 장치는 논리 입력 신호(특정 광학 키랄성에 따라 0 또는 1)로 서로 다른 파장의 두 개의 원형 편광 광선을 사용하여 작동합니다. 연구팀을 이끈 장이, 이 빔을 결정질 반도체 재료 MoS 의 원자적으로 얇은 슬래브에 비추었습니다.₂ 벌크 이산화규소 기판에. MoS₂ 은 비선형 광학 재료입니다. 즉, 입력 빔의 주파수와 다른 주파수에서 빛을 생성할 수 있습니다.

Zhang과 동료들은 새로운 파장(논리 출력 신호)의 생성을 관찰했습니다. 두 입력 빔의 키랄성을 조정하여 (0,0), (0,1), (1,1) 및 (1,0)에 해당하는 네 가지 입력 조합이 가능합니다. 비선형 광학 과정에서 생성된 출력 신호는 이 출력 신호의 유무에 따라 각각 논리 1 또는 논리 0으로 간주됩니다.

키랄 선택 규칙

이 시스템은 결정질 물질이 입력 빔의 키랄성에 민감하고 특정 키랄 선택 규칙(MoS 관련₂ 단층의 삼중 회전 대칭). 이러한 규칙은 비선형 출력 신호가 생성되는지 여부를 결정합니다.

이 접근 방식을 사용하여 연구원들은 초고속(100fs 미만의 작동 시간) 전광학 XNOR, NOR, AND, XOR, OR 및 NAND 논리 게이트와 반가산기를 만들 수 있었습니다.

그리고 그것이 전부가 아닙니다. 팀은 또한 단일 장치가 병렬로 동시에 작동하는 여러 키랄성 논리 게이트를 포함할 수 있음을 보여주었습니다. 이것은 일반적으로 장치당 하나의 논리 연산을 수행하는 기존의 광학 및 전기 논리 장치와 근본적으로 다르다고 Zhang은 말합니다. 이러한 동시 병렬 논리 게이트는 복잡한 다기능 논리 회로 및 네트워크를 구성하는 데 사용될 수 있습니다.

논리 게이트, 속도 기록 경신

키랄성 논리 게이트는 전기 광학 인터페이스에서 전자적으로 제어 및 구성할 수도 있습니다. "전통적으로 전자 컴퓨팅과 광/광 컴퓨팅 간의 연결은 주로 느리고 비효율적인 광-전기 및 전기-광 변환을 통해 실현되었습니다."라고 Zhang은 말합니다. 물리 세계. "우리는 키랄성 논리 게이트의 전기적 제어를 시연하여 전기 컴퓨팅과 광학 컴퓨팅 간의 최초의 직접적인 상호 연결에 대한 흥미진진한 전망을 열었습니다."

Zhang은 "이를 기반으로 미래에 모든 광학 컴퓨팅 양식이 실현될 수 있기를 바랍니다."라고 말했습니다.

에 그들의 작업을 보고하는 연구원들은 과학의 발전, 이제 키랄성 논리 게이트의 효율성을 개선하고 전력 소비를 줄이기를 희망합니다.

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