Porțile logice chirale creează procesoare de date ultrarapide

Porțile logice optice bazate pe lumină funcționează mult mai rapid decât omologii lor electronici și ar putea fi cruciale pentru satisfacerea cererii tot mai mari de procesare și transfer de date mai eficiente și ultrarapide. Un nou tip de poartă logică „chiralitate optică” dezvoltat de cercetătorii de la Universitatea Aalto funcționează de aproximativ un milion de ori mai rapid decât tehnologiile existente.

La fel ca electronii și moleculele, fotonii au un așa-numit grad intrinsec de libertate cunoscut sub numele de chiralitate (sau handedness). Chiralitatea optică, care este definită de lumina polarizată circular pentru stânga și dreapta, arată o mare promisiune pentru cercetarea fundamentală și aplicații, cum ar fi tehnologiile cuantice, optica chirală neliniară, detectarea, imagistica și domeniul emergent al „valleytronics”.

Material optic neliniar

Noul dispozitiv funcționează prin utilizarea a două fascicule de lumină polarizate circular de lungimi de undă diferite ca semnale de intrare logice (0 sau 1, în funcție de chiralitate optică specifică). Cercetătorii, conduși de Yi Zhang, a strălucit aceste fascicule pe plăci subțiri atomic din materialul semiconductor cristalin MoS₂ pe un substrat de dioxid de siliciu în vrac. MoS₂ este un material optic neliniar, adică poate genera lumină la o frecvență diferită de cea a fasciculului de intrare.

Zhang și colegii au observat generarea unei noi lungimi de undă (semnalul logic de ieșire). Prin ajustarea chiralității celor două fascicule de intrare, sunt posibile patru combinații de intrare – corespunzătoare (0,0), (0,1), (1,1) și (1,0) –. În procesul optic neliniar, semnalul de ieșire generat este considerat 1 logic sau 0 logic pe baza prezenței sau, respectiv, absenței acestui semnal de ieșire.

Reguli de selecție chirale

Sistemul funcționează datorită faptului că materialul cristalin este sensibil la chiralitatea fasciculelor de intrare și respectă anumite reguli de selecție chirală (referite de MoS₂ simetria rotațională triplă a monostratului). Aceste reguli determină dacă semnalul de ieșire neliniar este generat sau nu.

Folosind această abordare, cercetătorii au reușit să realizeze porți logice XNOR, NOR, AND, XOR, OR și NAND ultrarapide (mai puțin de 100 fs), precum și un semi-adunator.

Și asta nu este tot: echipa a mai arătat că un singur dispozitiv ar putea conține mai multe porți logice de chiralitate care funcționează în același timp în paralel. Acest lucru este radical diferit de dispozitivele logice optice și electrice convenționale care efectuează de obicei o operație logică pe dispozitiv, spune Zhang. Astfel de porți logice paralele simultane ar putea fi utilizate pentru a construi circuite și rețele logice complexe, multifuncționale.

Poarta logica bate recordul de viteza

Porțile logice de chiralitate pot fi, de asemenea, controlate și configurate electronic într-o interfață electro-optică. „În mod tradițional, conexiunea dintre calcularea electronică și cea optică/fotonică a fost realizată în principal prin conversie lentă și ineficientă optic-electrică și electric-optică”, spune Zhang. Lumea fizicii. „Demonstrăm controlul electric al porților logice de chiralitate, deschizând o perspectivă interesantă pentru prima interconectare directă între calculul electric și cel optic.”

„Pe baza acestui fapt, sperăm că modalitățile de calcul integral optice vor putea fi realizate în viitor”, spune Zhang.

Cercetătorii, care își raportează munca în Avansuri de știință, acum speră să îmbunătățească eficiența porților lor logice de chiralitate și să le reducă consumul de energie.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/chiral-logic-gates-create-ultrafast-data-processors/