Австралійські вчені зробили ще один крок до майбутнього, у якому комп’ютери працюватимуть не на електриці, а на світлі. Дослідники з Університету Монаша створили крихітний чип, здатний генерувати, контролювати та зчитувати світлові сигнали всередині одного компактного пристрою. Науковці вважають, що ця технологія може стати основою для нового покоління надшвидких і енергоефективних комп’ютерів.
Розробка пов’язана з напрямком, який називається valleytronics або «валейтроніка». Це одна з новітніх галузей квантових технологій, де інформація зберігається та передається за допомогою особливих квантових властивостей матеріалів. Якщо звичайна електроніка працює завдяки руху електронів, то валейтроніка використовує так званий «долинний ступінь свободи» — квантову характеристику, що дозволяє кодувати дані принципово новим способом.
Вчені вже давно вважають, що подібні технології можуть забезпечити значно вищу швидкість обробки інформації, менше енергоспоживання та нові можливості для квантових обчислень. Однак досі залишалася серйозна проблема: науковцям не вдавалося об’єднати всі необхідні функції в одному компактному чипі.
Команда з Монаша заявляє, що їй вдалося подолати це обмеження. Новий нанорозмірний пристрій здатний одночасно створювати спеціальні світлові сигнали, точно направляти їх і перетворювати назад в електричні сигнали — і все це на одному чипі.
За словами провідного автора дослідження доктора Чі Лі, раніше вчені могли або генерувати такі сигнали, або зчитувати їх, але не виконувати весь процес у єдиній інтегрованій системі.
«Ми створили повноцінну платформу на чипі, яка може генерувати, маршрутизувати та зчитувати інформацію з дуже високою точністю», — пояснив дослідник.
Основою технології стали ультратонкі матеріали товщиною лише в кілька атомів. Їх поєднали зі спеціальними наноструктурами — так званими метаповерхнями, які дозволяють керувати світлом на масштабах, менших за товщину людської волосини.
Один із авторів роботи, доктор Кайцзянь Сін, зазначив, що команда використала особливий метод багатошарового складання матеріалів. Це дозволило уникнути пошкодження надтонких структур — проблеми, яка довгий час заважала створенню практичних валейтронних пристроїв.
Ще одна важлива перевага нового чипа полягає в тому, що він працює при кімнатній температурі. Багато експериментальних квантових систем потребують надзвичайно складного та дорогого охолодження до температур, близьких до абсолютного нуля. Новий пристрій обходиться без цього, що робить його набагато ближчим до реального використання.
Науковці також продемонстрували можливості системи на практиці. Чип зміг одночасно обробляти два окремі зображення, показавши здатність працювати одразу з кількома потоками інформації.
Дослідники вважають, що подібні технології можуть у майбутньому кардинально змінити сферу обробки даних. Світлові комп’ютери потенційно здатні працювати значно швидше за сучасні електронні системи та при цьому споживати менше енергії. Це особливо важливо для центрів обробки даних, штучного інтелекту та майбутніх мереж зв’язку.
Керівник дослідження доктор Хаорань Жень назвав роботу важливим кроком до створення масштабованих фотонних технологій нового покоління. За його словами, використання світла замість електрики відкриває шлях до надшвидкої передачі даних, величезної пропускної здатності та компактних квантових систем.
Результати дослідження опубліковані в науковому журналі Nature Photonics.