Сверхбыстрые компьютеры на основе света стали ближе к реальности благодаря новой разработке. Оборудование быстро преобразует электронный сигнал в световой и обратно, потребляя рекордно мало энергии.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature Photonics группой исследователей из корпорации NTT.
В последние полвека компьютеры стремительно становились всё более мощными и компактными. В основном это происходило за счёт уменьшения размеров транзисторов – основных вычислительных элементов в ЭВМ. Однако нынешние кремниевые транзисторы по толщине уже сравнимы с молекулами.
Понятно, что дальнейший прогресс требует смены технологий. Инженеры ищут выход в транзисторах из одной нанотрубки, двумерных материалах, квантовых компьютерах и других экзотических решениях.
Одна из перспективных идей состоит в том, чтобы сменить носитель информации. Сегодня вычисления в "железе" компьютера совершаются благодаря движению электронов и дырок. Оптоэлектроника поручает эту роль фотонам.
Потенциально это поможет сделать куда более быстрые устройства, чем нынешние. Но сегодня для многих электронных компонентов ещё не разработаны фотонные аналоги. Поэтому инженеры вынуждены применять принцип "где можно, используем свет, а во всех остальных частях схемы – обычную электронику".
Для такой гибридной аппаратуры нужны преобразователи электронного сигнала в оптический и обратно. Именно они и являются слабым местом подобных решений. Потребляя слишком много энергии и работая слишком медленно, эти детали мешают внедрению оптоэлектроники. На сегодняшний день, возможно, единственная широко распространённая "световая" технология – передача данных по оптоволокну.
Чтобы решить эту проблему, авторы разработали фотонный кристалл нового типа. Как сообщает ресурс Phys.org, этот кристалл может рассеивать свет таким образом, чтобы он двигался в нужном направлении. Также он может поглощать свет, вырабатывая электрический ток, и наоборот, излучать фотоны под действием тока.
Используя своё детище, инженеры собрали преобразователь "ток – свет", работающий со скоростью 40 гигабит в секунду. Это устройство потребляет всего 42 аттоджоуля (то есть 42×10-18 джоуля) энергии на бит.
Также исследователи создали обратный преобразователь "свет – ток", работающий со скоростью 10 гигабит в секунду и не требующий усилителя. Объединив эти два устройства, специалисты получили транзистор, сопоставимый по быстродействию с кремниевыми аналогами.
Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали об оптической нейронной сети, а также о новом суперкомпьютере, использующем взаимодействие света и вещества.