Материалы, которые переходят из одной фазы в другую при освещении светом с разной поляризацией, могут стать платформой для сверхбыстрых фотонных вычислений и хранения информации, говорят исследователи из Оксфордского университета, Великобритания. Материалы принимают форму структур, известных как гибридизированные активные диэлектрические нанопровода, и исследователи говорят, что они могут стать частью многопроводной системы для параллельного хранения данных, связи и вычислений.
Поскольку разные длины волн света не взаимодействуют друг с другом, оптоволоконные кабели могут передавать свет с несколькими длинами волн, передавая потоки данных параллельно. Различные поляризации света также не взаимодействуют друг с другом, поэтому в принципе каждая поляризация может аналогичным образом использоваться как независимый информационный канал. Это позволило бы хранить больше информации, резко увеличивая плотность информации.
Но в то время как системы передачи данных, избирательные по длине волны, широко распространены, альтернативы, селективные по поляризации, широко не исследовались, объясняет ведущий автор исследования. Джун Сан Ли. «Наша работа показывает первый прототип программируемого устройства с использованием поляризации, что максимально увеличивает плотность обработки информации», — говорит он. Мир физики. Он добавляет, что в этом отношении фотоника имеет огромное преимущество перед электроникой, поскольку свет движется быстрее, чем электроны, и работает в больших полосах пропускания. «Действительно, вычислительная плотность нашего устройства на несколько порядков больше, чем у обычной электроники».
Функциональные нанопроволоки
Новый процессор для фотонных вычислений состоит из функциональных нанопроволок из материала Ge с фазовым переходом.2Sb2Te5(GST) и кремний, выступающий в роли диэлектрика. Исследователи соединили нанопроволоки, каждая из которых составляет 15 µм в длину и 180 нм в ширину, к двум металлическим электродам. Эта установка позволила им измерить электрический ток через GST, когда они освещали его световыми импульсами от лазера с длиной волны 638 нм.
При освещении этим светом фаза активного материала обратимо переключается из высокоомного (аморфного) состояния в проводящее (кристаллическое). Таким образом, исследователи могут использовать поляризацию входящего света для настройки поглощения света активным слоем.
Ультратонкие нанопроволоки могут стать благом для устойчивых к ошибкам квантовых вычислений
«Интересно, что каждая нанопроволока показывает выборочную реакцию переключения на определенное направление поляризации оптических импульсов», — говорит Ли. «Используя эту концепцию, мы реализовали процессор фотонных вычислений с несколькими нанопроволоками, чтобы несколько поляризаций света могли независимо взаимодействовать с разными нанопроволоками и выполнять параллельные вычисления».
Исследователи описывают исследование, которое опубликовано в Наука развивается, в качестве ранней стадии работы над крупномасштабным фотонным вычислительным устройством. «Мы хотели бы расширить эту функциональность, изменив конфигурацию устройства или используя интегральные фотонные схемы», — говорит Ли. «Мы также хотели бы дополнительно исследовать другие наноструктуры, которые могут использовать свойства поляризации».
