Materialen die overschakelen van de ene fase naar de andere wanneer ze worden verlicht door licht met verschillende polarisaties, kunnen een platform vormen voor ultrasnel fotonisch computergebruik en informatieopslag, zeggen onderzoekers van de Universiteit van Oxford, VK. De materialen nemen de vorm aan van structuren die bekend staan als gehybridiseerde-actieve-diëlektrische nanodraden, en de onderzoekers zeggen dat ze deel kunnen gaan uitmaken van een meerdraadssysteem voor parallelle gegevensopslag, communicatie en computergebruik.
Omdat verschillende golflengten van licht geen interactie met elkaar hebben, kunnen glasvezelkabels licht op meerdere golflengten doorlaten, waardoor gegevensstromen parallel lopen. Verschillende polarisaties van licht hebben ook geen interactie met elkaar, dus in principe zou elke polarisatie op dezelfde manier kunnen worden gebruikt als een onafhankelijk informatiekanaal. Hierdoor zou meer informatie kunnen worden opgeslagen, waardoor de informatiedichtheid drastisch zou toenemen.
Maar hoewel golflengte-selectieve systemen voor het verzenden van gegevens gebruikelijk zijn, zijn polarisatie-selectieve alternatieven niet uitgebreid onderzocht, legt de hoofdauteur van het onderzoek uit. Juni zong Lee. "Ons werk toont het eerste prototype van een programmeerbaar apparaat dat polarisaties gebruikt en het maximaliseert de dichtheid van informatieverwerking", vertelt hij Natuurkunde wereld. In dit opzicht heeft fotonica een enorm voordeel ten opzichte van elektronica, voegt hij eraan toe, omdat licht sneller reist dan elektronen en over grote bandbreedten functioneert. "Inderdaad, de rekendichtheid van ons apparaat is enkele ordes van grootte groter dan die van conventionele elektronica."
Functionele nanodraden
De nieuwe fotonische computerprocessor bestaat uit functionele nanodraden gemaakt van een faseovergangsmateriaal, Ge2Sb2Te5(GST) en silicium, dat werkt als een diëlektricum. De onderzoekers verbonden de nanodraden, die elk 15 . zijn, met elkaar verbonden µm lang en 180 nm breed, tot twee metalen elektroden. Met deze opstelling konden ze de elektrische stroom door de GST meten terwijl ze deze verlichtten met lichtpulsen van een laser met een golflengte van 638 nm.
Wanneer verlicht met dit licht, schakelt de fase van het actieve materiaal omkeerbaar over van een zeer resistieve (amorfe) toestand naar een geleidende (kristallijne) toestand. De onderzoekers kunnen dus de polarisatie van het invallende licht gebruiken om de absorptie van licht door de actieve laag af te stemmen.
Ultradunne nanodraden kunnen een zegen zijn voor foutbestendige kwantumcomputers
"Het interessante punt is dat elke nanodraad een selectieve schakelrespons vertoont op een specifieke polarisatierichting van optische pulsen", zegt Lee. "Met behulp van dit concept hebben we de fotonische computerprocessor geïmplementeerd met meerdere nanodraden, zodat meerdere polarisaties van licht onafhankelijk kunnen interageren met verschillende nanodraden en parallelle berekeningen kunnen uitvoeren."
De onderzoekers beschrijven de studie, die is gepubliceerd in Wetenschap Advances, als een vroeg stadium van werken aan een grootschalig fotonisch computerapparaat. "We zouden dergelijke functionaliteit willen opschalen door de apparaatconfiguratie te wijzigen of door geïntegreerde fotonische schakelingen te gebruiken", onthult Lee. "We willen ook andere nanostructuren die de eigenschappen van polarisatie kunnen benutten verder onderzoeken."
