Хиральные логические вентили создают сверхбыстрые процессоры данных

Оптические логические элементы на основе света работают намного быстрее, чем их электронные аналоги, и могут иметь решающее значение для удовлетворения постоянно растущего спроса на более эффективную и сверхбыструю обработку и передачу данных. Новый тип логических вентилей «оптической хиральности», разработанный исследователями из Университет Аалто работает примерно в миллион раз быстрее существующих технологий.

Подобно электронам и молекулам, фотоны обладают так называемой внутренней степенью свободы, известной как хиральность (или хиральность). Оптическая хиральность, которая определяется лево- и правосторонней круговой поляризацией света, открывает большие перспективы для фундаментальных исследований и приложений, таких как квантовые технологии, хиральная нелинейная оптика, зондирование, визуализация и развивающаяся область «валлейтроники».

Нелинейный оптический материал

Новое устройство работает, используя два световых луча с круговой поляризацией с разными длинами волн в качестве логических входных сигналов (0 или 1, в зависимости от их конкретной оптической хиральности). Исследователи под руководством Йи Чжан, направил эти лучи на атомарно тонкие пластины кристаллического полупроводникового материала MoS₂ на объемной подложке из диоксида кремния. MoS₂ является нелинейно-оптическим материалом, то есть он может генерировать свет на частоте, отличной от частоты входного луча.

Чжан и его коллеги наблюдали генерацию новой длины волны (логический выходной сигнал). Путем регулировки хиральности двух входных лучей возможны четыре входные комбинации, соответствующие (0,0), (0,1), (1,1) и (1,0). В нелинейно-оптическом процессе генерируемый выходной сигнал рассматривается как логическая 1 или логический 0 в зависимости от наличия или отсутствия, соответственно, этого выходного сигнала.

Хиральные правила отбора

Система работает благодаря тому, что кристаллический материал чувствителен к хиральности входных лучей и подчиняется определенным правилам хирального отбора (связанным с MoS₂ трехкратная вращательная симметрия монослоя). Эти правила определяют, генерируется ли нелинейный выходной сигнал.

Используя этот подход, исследователи смогли создать сверхбыстрые (время работы менее 100 фс) полностью оптические логические элементы XNOR, NOR, AND, XOR, OR и NAND, а также полусумматор.

И это еще не все: команда также показала, что одно устройство может содержать несколько хиральных логических вентилей, работающих одновременно параллельно. По словам Чжана, это радикально отличается от обычных оптических и электрических логических устройств, которые обычно выполняют одну логическую операцию на устройство. Такие одновременные параллельные логические элементы можно использовать для создания сложных многофункциональных логических схем и сетей.

Логические ворота бьют рекорд скорости

Логические вентили хиральности также могут управляться и конфигурироваться электронным способом через электрооптический интерфейс. «Традиционно связь между электронными и оптическими/фотонными вычислениями в основном реализовывалась посредством медленного и неэффективного преобразования оптики в электрическую и электрическую в оптическую», — говорит Чжан. Мир физики. «Мы демонстрируем электрическое управление логическими вентилями хиральности, открывая захватывающую перспективу для первой и прямой взаимосвязи между электрическими и оптическими вычислениями».

«Основываясь на этом, мы надеемся, что полностью оптические вычислительные методы могут быть реализованы в будущем», — говорит Чжан.

Исследователи, сообщающие о своей работе в Наука развивается, теперь надеются повысить эффективность своих хиральных логических элементов и снизить их энергопотребление.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/chiral-logic-gates-create-ultrafast-data-processors/