Optisk Switch Kan Omringe Lyset Mellem Chip Extremely Hurtigt

Forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) har udviklet en optisk switch, der kan omringe lyset mellem computerchips inden for 20 milliarderdel af en sekund. Den nye enhed er hurtigere end lignende enheder og kan integreres i billige siliciumchips på grund af dens lave spænding. Når den omdirigerer lyset, lider chippen meget lavt signaltab. 

Potentielle Anvendelser

Den nye chip vil have store implikationer for computing, og den vil hjælpe med at udvikle en computer, der behandler informationer ved hjælp af lyset i stedet for elektricitet. Der er flere fordele ved at bruge fotoner til at transportere data, herunder hurtigere rejse og energibesparelse. Ved brug af elektricitet opvarmes computerkomponenter, hvilket spilder energi og begrænser computerens ydelse. 

Den nyligt udviklede switch bruger nanometer-skala guld og silicium optiske, elektriske og mekaniske komponenter. Disse er alle tæt pakket, og de sender lyset ind og ud af en kanal. Dette påvirker dens hastighed og retning. 

Enhedens beskrevet af NIST-ledede internationale hold i Science. 

Ifølge medforfatter Christian Haffner fra NIST, ETH Zurich og University of Maryland, har switchen mange potentielle anvendelser. Den kan bruges i selvkørende køretøjer til at omdirigere lysstråler, der scanner en vej for at måle afstanden til andre køretøjer og fodgængere. Switchen kan også bruges inden for neurale netværk, der udnytter mere kraftfulde lysets kredsløb i stedet for elektricitetsbaserede. 

En af de største fordele ved den nye switch er, at den bruger meget lidt energi til at omdirigere lys-signaler, hvilket kan være ekstremt vigtigt i kvantecomputering. En kvantecomputer har en skrøbelig relation mellem par af subatomare partikler, der behandler data. På grund af deres skrøbelige natur skal en computer operere ved ekstremt lave temperaturer og lav effekt, så partikelpar ikke forstyrres. Da den nyligt udviklede switch kræver meget mindre energi, kan den vise sig at være en vigtig del af kvantecomputering. 

Udfordrer Langt Holdte Overbevisninger

Ifølge Haffner og hans kolleger Vladimir Akysuk og Henri Lezec fra NIST, modsiger de nye resultater mange langt holdte overbevisninger inden for det videnskabelige samfund. Mange forskere tror, at disse typer af switch ikke vil være praktiske på grund af deres bulke størrelse, og de vil operere ved høje spændinger, der forårsager langsom ydelse. 

Opsætningen inkluderer en rørformet kanal kaldet en waveguide, og en lysstråle rejser inden for den. Der er en afkørsel, hvor noget af lyset forlader en hulrum, der er få nanometer væk. 

Switchen bruger også en tynd guldmembran, der er ophængt få titals nanometer over en siliciumskive, der har hulrummet indgraveret i den. Når lyset rejser rundt, lækker noget af det ud og rammer membranen. Dette inducerer grupper af elektroner, der er på membranens overflade, til at oscillere. Oscillationerne kaldes plasmoner, og de er en blanding af lysbølge og elektronbølge. De oscillerende elektroner har en kortere bølgelængde, der tillader forskerne at manipulere plasmonerne over nanoskala afstande. Alt dette hjælper den optiske switch med at forblive ekstremt kompakt. 

Hvis forskerne ændrer afstanden mellem siliciumskiven og guldmedlemmet med få nanometer, forsinkes eller fremskynder fasen af den hybride lysbølge. Når fasen af bølgen genforenes med lyset, der rejser i den rørformede kanal, forårsager de to stråler, at lyset enten blokeres eller fortsætter i dens oprindelige retning. Dette tillader lyset at overføres til enhver anden computerchip, som ønsket. 

Holdets næste skridt indebærer at forkorte afstanden mellem siliciumskiven og guldmembranen for at gøre enheden mindre. Dette ville hjælpe med at yderligere reducere signaltab, hvilket gør switchen endnu mere nyttig for forskellige industrier.