Przełącznik polaryzacji sprawia, że ​​ultraszybki komputer fotoniczny

Materiały, które przełączają się z jednej fazy na drugą po oświetleniu światłem o różnej polaryzacji, mogą stworzyć platformę do ultraszybkich obliczeń fotonicznych i przechowywania informacji - twierdzą naukowcy z Uniwersytetu Oksfordzkiego w Wielkiej Brytanii. Materiały przybierają formę struktur znanych jako nanoprzewody zhybrydyzowane-aktywne-dielektryczne, a naukowcy twierdzą, że mogą stać się częścią wieloprzewodowego systemu do równoległego przechowywania danych, komunikacji i obliczeń.

Ponieważ różne długości fal światła nie oddziałują ze sobą, kable światłowodowe mogą przesyłać światło na wielu długościach fal, przenosząc równolegle strumienie danych. Różne polaryzacje światła również nie oddziałują ze sobą, więc w zasadzie każda polaryzacja mogłaby być podobnie wykorzystana jako niezależny kanał informacyjny. Pozwoliłoby to na przechowywanie większej ilości informacji, radykalnie zwiększając gęstość informacji.

Ale chociaż systemy selektywne pod względem długości fali do przesyłania danych są powszechne, alternatywy selektywne pod względem polaryzacji nie zostały szeroko zbadane, wyjaśnia główny autor badania Czerwiec Sang Lee. „Nasza praca pokazuje pierwszy prototyp programowalnego urządzenia wykorzystującego polaryzacje i maksymalizującego gęstość przetwarzania informacji” – mówi Świat Fizyki. Dodaje, że fotonika ma pod tym względem ogromną przewagę nad elektroniką, ponieważ światło porusza się szybciej niż elektrony i działa w dużych szerokościach pasma. „W rzeczywistości gęstość obliczeniowa naszego urządzenia jest o kilka rzędów wielkości większa niż w przypadku konwencjonalnej elektroniki”.

Funkcjonalne nanodruty

Nowy fotoniczny procesor obliczeniowy składa się z funkcjonalnych nanodrutów wykonanych z materiału o przemianie fazowej Ge₂Sb₂Te₅(GST) oraz krzem, który działa jak dielektryk. Naukowcy połączyli nanoprzewody, z których każdy ma 15 µm długości i 180 nm szerokości, do dwóch metalowych elektrod. Ta konfiguracja pozwoliła im zmierzyć prąd elektryczny przez GST, oświetlając go impulsami świetlnymi z lasera o długości fali 638 nm.

Po oświetleniu tym światłem faza aktywnego materiału przełącza się odwracalnie ze stanu o wysokiej rezystancji (amorficznego) do stanu przewodzącego (krystalicznego). Naukowcy mogą zatem wykorzystać polaryzację wpadającego światła do dostrojenia absorpcji światła przez warstwę aktywną.

„Ciekawe jest to, że każdy nanodrut wykazuje selektywną reakcję przełączania na określony kierunek polaryzacji impulsów optycznych” – mówi Lee. „Korzystając z tej koncepcji, wdrożyliśmy fotoniczny procesor obliczeniowy z wieloma nanoprzewodami, dzięki czemu wiele polaryzacji światła może niezależnie oddziaływać z różnymi nanoprzewodami i wykonywać obliczenia równoległe”.

Naukowcy opisują badanie, które zostało opublikowane w: Postępy nauki, na wczesnym etapie prac nad wielkoskalowym fotonicznym urządzeniem obliczeniowym. „Chcielibyśmy zwiększyć taką funkcjonalność, zmieniając konfigurację urządzenia lub wykorzystując zintegrowane obwody fotoniczne” – ujawnia Lee. „Chcielibyśmy również dalej badać inne nanostruktury, które mogą wykorzystywać właściwości polaryzacji”.