Построение оптических компьютеров – важнейшая задача современной электроники. В отличие от квантовых вычислительных систем, фотонные устройства уже существуют и постоянно совершенствуются. На днях швейцарский ученые представили новый оптический транзистор, состоящий лишь из одной молекулы. О перспективах развития подобных устройств «Правда.Ру» взяла интервью у члена-корреспондента РАН Сергея Никитова.
Развитие кремниевой электроники приближается к завершению. Сейчас лидеры среди производителей полупроводниковых элементов осваивают 18-нанометровую технологию, а там уже близко до рубежа в 10 нанометров, где начинают преобладать квантово-механические эффекты. В такой ситуации разработка принципиально новых технологий жизненно необходима для отрасли.
Основа оптоинформатики была заложена в середине 80-х целой плеядой советских и американских физиков. Они предлагали использовать вместо электрических сигналов световой луч, который будет передавать бинарную информацию – логические «нули» и «единицы» - посредством включения/выключения. В 1989 году был создан первый оптический транзистор, который позволял производить достаточно быстрое переключение режимов для передачи информации.
Позднее, по мере развития теории науки о свете – фотоники, ученые установили, что можно использовать для передачи информации все цвета видимого спектра, где в зависимости от внутренней энергии фотоны могут принимать до 123 миллиардов комбинаций. Достаточно сравнить эту цифру с современными кремниевыми процессорами, которые используют всего лишь 128-битную логику, чтобы осознать перспективы оптической информатики.
Главной проблемой для фотоники оставались транзисторы, скорость переключения и чувствительность которых оставляла желать лучшего. Решение нашли физики из Швейцарской высшей технической школы Цюриха. Они использовали в качестве переключателя сигнала одну единственную молекулу тетрадекана – углеводородного красителя, обладающего высокой теплоемкостью.
Тетрадекан может принимать два состояния – «стабильное» и «возбужденное». Достигая последнего, он испускает фотон и вновь возвращается в обычное состояние. Этим свойством и воспользовались ученые. Они направили на молекулу тетрадекана, суспендированную в органическую жидкость, лазерный луч, несущий информацию, и при помощи второй лазерной установки возбудили транзистор.
В результате, при прохождении через тетрадекан, мощность информационного луча возросла. Если же отключить источник возбуждения, то и сигнал проходит без изменений. Для предотвращения хаотического движения атомов в структуре швейцарские физики охладили транзистор до температуры 1 градус Кельвина (-273 градусов Цельсия).
Конечно, говорить о промышленном применении такой технологии еще рано, но эксперимент с тетрадеканом задал направление будущих исследований в фотонике и может привести к созданию практичных и эффективных крошечных транзисторов. О том, какое будущее ждет оптоинформатику, мы попросили рассказать зам.директора по науке Института радиотехники и электроники РАН члена-корреспондента РАН доктора физико-математических наук Сергея Никитова.
«Необходимо отметить, что идея создания полностью оптического компьютера существует уже лет двадцать. С последним открытием швейцарских физиков мы приблизились к ее реализации.
Действительно, в настоящее время уже создаются, в том числе и у нас, наноструктурные оптические волокна, способные переносить петабитные (10 в 15-й степени) объемы информации. На основе фотонных кристаллов возможно создание каналов переноса света произвольной формы, в том числе такой, в которой свет (не квантово-механический) обычно распространяться не может.
Так что, если реально оптический транзистор будет создан, то можно говорить и о создании всего компьютера. Однако впереди еще много работы.
В первую очередь должна быть решена задача оптической связи между двумя (и более) транзисторами. Ну, и конечно, проблема существенного повышения температуры работы транзисторов (вплоть до комнатной). Кстати говоря, создание оптического транзистора вселяет надежду и на создание квантового компьютера. Так что впереди у нас новые открытия!»
Павел Урушев
