Матеріали, які переходять з однієї фази в іншу під час освітлення світлом з різними поляризаціями, можуть сформувати платформу для надшвидких фотонних обчислень і зберігання інформації, кажуть дослідники з Оксфордського університету, Великобританія. Матеріали мають форму структур, відомих як нанодроти з гібридного активного діелектрика, і дослідники кажуть, що вони можуть стати частиною багатопровідної системи для паралельного зберігання даних, комунікацій та обчислень.
Оскільки різні довжини хвилі світла не взаємодіють між собою, волоконно-оптичні кабелі можуть передавати світло на кількох довжинах хвилі, переносячи потоки даних паралельно. Різні поляризації світла також не взаємодіють одна з одною, тому в принципі кожна поляризація може так само використовуватися як незалежний інформаційний канал. Це дозволить зберігати більше інформації, різко підвищуючи щільність інформації.
Але хоча селективні за довжиною хвилі системи для передачі даних є звичайними, поляризаційно-селективні альтернативи не були широко досліджені, пояснює провідний автор дослідження Джун Санг Лі. «Наша робота демонструє перший прототип програмованого пристрою, що використовує поляризації, і він максимізує щільність обробки інформації», — розповідає він. Світ фізики. У цьому відношенні фотоніка має величезну перевагу перед електронікою, додає він, оскільки світло поширюється швидше, ніж електрони, і функціонує у великій смузі пропускання. «Справді, обчислювальна щільність нашого пристрою на кілька порядків більша, ніж у звичайної електроніки».
Функціональні нанодроти
Новий фотонний обчислювальний процесор складається з функціональних нанодротів, виготовлених із фазоперемінного матеріалу Ge2Sb2Te5(GST), і кремній, який діє як діелектрик. Дослідники з'єднали нанодроти, кожен з яких по 15 µм завдовжки і 180 нм завширшки, до двох металевих електродів. Ця установка дозволила їм вимірювати електричний струм через GST, коли вони освітлювали його світловими імпульсами від лазера з довжиною хвилі 638 нм.
При освітленні цим світлом фаза активного матеріалу оборотно переходить із високоомного (аморфного) стану в провідний (кристалічний). Таким чином, дослідники можуть використовувати поляризацію вхідного світла, щоб налаштувати поглинання світла активним шаром.
Ультратонкі нанодроти можуть стати благом для стійких до помилок квантових обчислень
«Цікавим моментом є те, що кожен нанодрот демонструє вибіркову реакцію перемикання на певний напрямок поляризації оптичних імпульсів», — говорить Лі. «Використовуючи цю концепцію, ми реалізували фотонний обчислювальний процесор із кількома нанодротами, щоб кілька поляризацій світла могли незалежно взаємодіяти з різними нанодротами та виконувати паралельні обчислення».
Дослідники описують дослідження, яке опубліковано в Наука розвивається, як рання стадія роботи над великомасштабним фотонним обчислювальним пристроєм. «Ми хотіли б розширити таку функціональність, змінивши конфігурацію пристрою або використовуючи інтегровані фотонні схеми», — розповідає Лі. «Ми також хотіли б продовжити дослідження інших наноструктур, які можуть використовувати властивості поляризації».
