Хіральні логічні вентилі створюють надшвидкісні процесори даних

Оптичні логічні вентилі на основі світла працюють набагато швидше, ніж їхні електронні аналоги, і можуть мати вирішальне значення для задоволення постійно зростаючого попиту на більш ефективну та надшвидку обробку та передачу даних. Новий тип логічних воріт «оптичної хіральності», розроблений дослідниками в Університет Аалто працює приблизно в мільйон разів швидше, ніж існуючі технології.

Подібно до електронів і молекул, фотони мають так звану внутрішню ступінь свободи, відому як хіральність (або ручність). Оптична хіральність, яка визначається лівостороннім і правостороннім циркулярно поляризованим світлом, демонструє великі перспективи для фундаментальних досліджень і застосувань, таких як квантові технології, хіральна нелінійна оптика, зондування, візуалізація та нова область «валейтроніки».

Нелінійно-оптичний матеріал

Новий пристрій працює за допомогою двох циркулярно поляризованих світлових променів різних довжин хвиль як логічних вхідних сигналів (0 або 1, відповідно до їхньої специфічної оптичної хіральності). Дослідники під керівництвом Yi Zhang, направив ці промені на атомарно тонкі пластини кристалічного напівпровідникового матеріалу MoS₂ на об’ємній підкладці з діоксиду кремнію. MoS₂ є нелінійним оптичним матеріалом, тобто він може генерувати світло на частоті, відмінній від частоти вхідного променя.

Чжан і його колеги спостерігали генерацію нової довжини хвилі (логічний вихідний сигнал). Регулюючи хіральність двох вхідних променів, можна отримати чотири вхідні комбінації, що відповідають (0,0), (0,1), (1,1) і (1,0). У нелінійно-оптичному процесі згенерований вихідний сигнал вважається логічною 1 або логічним 0 на основі наявності або відсутності, відповідно, цього вихідного сигналу.

Хіральні правила відбору

Система працює завдяки тому факту, що кристалічний матеріал чутливий до хіральності вхідних пучків і підкоряється певним хіральним правилам відбору (пов’язаним з MoS₂ потрійна обертальна симетрія моношару). Ці правила визначають, чи генерується нелінійний вихідний сигнал.

Використовуючи цей підхід, дослідники змогли створити надшвидкісні (час роботи менше 100 фс) повністю оптичні логічні елементи XNOR, NOR, AND, XOR, OR і NAND, а також напівсуматор.

І це ще не все: команда також показала, що один пристрій може містити декілька логічних вентилів хіральності, які працюють одночасно і паралельно. Це радикально відрізняється від звичайних оптичних і електричних логічних пристроїв, які зазвичай виконують одну логічну операцію на пристрій, говорить Чжан. Такі одночасні паралельні логічні елементи можна використовувати для побудови складних багатофункціональних логічних схем і мереж.

Логічні ворота б'ють рекорд швидкості

Логічні вентилі хіральності також можна контролювати та налаштовувати електронним способом в електрооптичному інтерфейсі. «Традиційно зв’язок між електронними й оптичними/фотонними обчисленнями в основному реалізовувався через повільне й неефективне оптико-електричне й електрично-оптичне перетворення», — розповідає Чжан. Світ фізики. «Ми демонструємо електричне керування логічними воротами хіральності, відкриваючи захоплюючу перспективу для першого прямого взаємозв’язку між електричними та оптичними обчисленнями».

«Виходячи з цього, ми сподіваємося, що в майбутньому можна буде реалізувати повністю оптичні обчислювальні модальності», — говорить Чжан.

Дослідники, які звітують про свою роботу в Наука розвивається, тепер сподіваються підвищити ефективність своїх логічних вентилів хіральності та зменшити споживання електроенергії.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/chiral-logic-gates-create-ultrafast-data-processors/