Вчені зі Сколтеха та Університету Вупперталя в Німеччині визначили, що раніше розроблений ними повністю оптичний універсальний логічний вентиль може працювати на швидкості 240 гігагерц при кімнатній температурі. У статті, опублікованій у журналі Physical Review B, автори також вивчили, що обмежує час між послідовними поляритонними конденсаціями, розглянувши ефект гашення бимолекулярного, який вносить основний внесок в обмеження швидкості роботи транзисторів.
Дослідження підтримано грантом РНФ. У Лабораторії гібридної фотоніки Сколтеха, якою керує старший віце-президент із фундаментальних досліджень Сколтеха Павлос Лагудакіс, заслужений професор та лауреат наукової премії «Виклик», продовжують вивчати, як прискорити обчислення та комп’ютери за допомогою оптики. Щоб виконувати більше завдань, комп’ютерам потрібні швидкі процесори, але напівпровідникова електроніка з цим завданням не справляється – від високих частот тактових вона дуже швидко нагрівається. Альтернативною їй можуть стати оптичні системи, які можуть працювати у тисячу разів швидше, ніж електронні.
У своєму ранньому дослідженні вчені створили універсальний логічний елемент NOR (від англ. NOT – оператор заперечення та OR – оператор логічної суми «або»). Він розроблений на основі поляритонних конденсатів, функціонує при кімнатній температурі, має множинні входи, може працювати в сотні разів швидше за електронні аналоги, а також є повністю оптичним — тобто працює без участі електричного струму. Такі логічні елементи можна відтворювати та з’єднувати у ланцюзі.
Швидкість роботи поляритонних транзисторів визначається тим, як швидко можуть виконуватися послідовні логічні операції. Для цього потрібна достатня кількість поляритонів, що залишилися від попереднього стану «1», щоб забезпечити чітку різницю між логічними станами «1» та «0». У міру збільшення робочої частоти залишкові поляритони від першого імпульсу можуть ненавмисно посилювати другий імпульс, створюючи таким чином паразитне посилення при деякій ненульовій тимчасовій затримці між послідовностями імпульсів.
«У нашій новій роботі ми визначили, з якою швидкістю може працювати наш логічний вентиль — це 240 ГГц . Міско.
Автори дійшли висновку, що й спостереження узгоджуються з теоретичними прогнозами. Дослідники запропонували модель, яка враховує k-залежні втрати, щоб успішно зіставити експериментальні дані із різних випробувань. У дослідженні наголошується, що для досягнення оптимальної продуктивності тривалість імпульсів накачування має бути коротшою, ніж характерний час відповідних процесів, щоб ефективно керувати поляритонною динамікою та розширювати функціональні можливості оптичних логічних пристроїв.
Результати дослідження стали ще одним важливим етапом на шляху до створення оптичних комп’ютерів, які зможуть працювати в сотні разів швидше за традиційні комп’ютери.