Οπτικός Διακόπτης Μπορεί Να Ανακατευθύνει Το Φως Μεταξύ Chips Πολύ Γρήγορα

Ερευνητές στο Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) έχουν αναπτύξει έναν οπτικό διακόπτη που είναι ικανός να ανακατευθύνει το φως μεταξύ των chip υπολογιστών μέσα σε 20 δισεκατομμύρια του δευτερολέπτου. Η νέα συσκευή είναι ταχύτερη από οποιαδήποτε παρόμοια συσκευή και μπορεί να ενσωματωθεί σε φθηνές σιλικονικές πλάκες λόγω των χαμηλών τάσεων της. Όταν ανακατευθύνει το φως, το chip υποφέρει από πολύ χαμηλή απώλεια σήματος.

Πιθανές Εφαρμογές

Η νέα πλάκα θα έχει μεγάλες επιπτώσεις στην υπολογιστική και θα βοηθήσει στην ανάπτυξη ενός υπολογιστή που επεξεργάζεται πληροφορίες χρησιμοποιώντας φως αντί για ηλεκτρισμό. Υπάρχουν πολλά πλεονεκτήματα στο να χρησιμοποιούνται φωτόνια για τη μεταφορά δεδομένων, συμπεριλαμβανομένης της ταχύτερης μεταφοράς και της ενεργειακής απόδοσης. Με τη χρήση ηλεκτρισμού, τα компонента του υπολογιστή θερμαίνονται, το οποίο σπαταλά ενέργεια και περιορίζει την απόδοση του υπολογιστή.

Ο καινούριος διακόπτης χρησιμοποιεί νανομετρικές χρυσές και σιλικονικές οπτικές, ηλεκτρικές και μηχανικές компоненты. Αυτές είναι όλες πυκνοπακτωμένες και στέλνουν φως μέσα και έξω από ένα κανάλι. Αυτό επηρεάζει την ταχύτητά του και την κατεύθυνση της μεταφοράς.

Η συσκευή περιγράφηκε από την NIST-ηγεμονευμένη διεθνή ομάδα στο Επιστήμη.

Σύμφωνα με τον συν-συγγραφέα Christian Haffner του NIST, ETH Zurich και του Πανεπιστημίου του Maryland, ο διακόπτης έχει πολλές πιθανές εφαρμογές. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε αυτονομούς οχήματα για την ανακατεύθυνση των δέσμων φωτός που σκανάρουν einen δρόμο για να μετρήσουν την απόσταση σε άλλα οχήματα και πεζούς. Ο διακόπτης μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί μέσα σε νευρωνικά δίκτυα, χρησιμοποιώντας πιο ισχυρά κυκλώματα φωτός αντί για ηλεκτρικά.

Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα του καινούριου διακόπτη είναι ότι χρησιμοποιεί πολύ λίγη ενέργεια για την ανακατεύθυνση των σημάτων φωτός, το οποίο θα μπορούσε να είναι εξαιρετικά σημαντικό στην κβαντική υπολογιστική. Ένας κβαντικός υπολογιστής έχει μια εύθραυστη σχέση μεταξύ ζευγών υποατομικών σωματιδίων, η οποία επεξεργάζεται δεδομένα. Λόγω της εύθραυστης φύσης τους, ένας υπολογιστής πρέπει να λειτουργεί σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες και χαμηλή ισχύ, ώστε τα ζευγάρια των σωματιδίων να μην διαταραχθούν.既然 ο καινούριος διακόπτης απαιτεί πολύ λιγότερη ενέργεια, θα μπορούσε να αποδειχθεί ένας σημαντικός παράγοντας στην κβαντική υπολογιστική.

Αντιμετωπίζοντας Μακροχρόνιες Πιστεύω

Σύμφωνα με τον Haffner, μαζί με τους συναδέλφους του Vladimir Akysuk και Henri Lezec του NIST, οι νέες ανακαλύψεις αντικρούουν πολλά μακροχρόνια πιστεύω μέσα στην επιστημονική κοινότητα. Πολλοί ερευνητές πιστεύουν ότι αυτού του είδους οι διακόπτες δεν θα ήταν πρακτικοί λόγω του βολβώδους μεγέθους τους και θα λειτουργούσαν σε υψηλές τάσεις που προκαλούν αργή απόδοση.

Η εγκατάσταση περιλαμβάνει ένα σωληνοειδές κανάλι που ονομάζεται οδηγός κυμάτων, και μια δέσμη φωτός ταξιδεύει μέσα σε αυτό. Υπάρχει μια έξοδος όπου κάποιο από το φως εξέρχεται σε μια κοιλότητα που είναι quelques νανομέτρα μακριά.

Ο διακόπτης χρησιμοποιεί επίσης μια λεπτή χρυσή μεμβράνη που είναι αναρτημένη quelques δεκάδες νανομέτρα πάνω από einen σιλικονικό δίσκο, ο οποίος έχει την κοιλότητα που έχει χαραχθεί σε αυτόν. Όταν το φως ταξιδεύει γύρω, κάποιο από αυτό διαρρέει και χτυπάει τη μεμβράνη. Αυτή η δραστηριότητα προκαλεί ομάδες ηλεκτρονίων που είναι στην επιφάνεια της μεμβράνης να ταλαντώνονται. Οι ταλαντώσεις ονομάζονται πλάσμονες και είναι ένα μείγμα μεταξύ μιας δέσμης φωτός και ενός ηλεκτρονικού κύματος. Τα ταλαντούμενα ηλεκτρόνια έχουν ένα μικρότερο μήκος κύματος που επιτρέπει στους ερευνητές να χειρίζονται τους πλάσμονες σε νανομετρικές αποστάσεις. Όλα αυτά βοηθούν τον οπτικό διακόπτη να παραμείνει εξαιρετικά συμπαγής.

Εάν οι ερευνητές αλλάξουν την απόσταση μεταξύ του σιλικονικού δίσκου και της χρυσής μεμβράνης με quelques νανομέτρα, η φάση του υβριδικού κύματος φωτός καθυστερεί ή προηγείται. Όταν η φάση του κύματος ανασυνδυάζεται με το φως που ταξιδεύει στο σωληνοειδές κανάλι, τα δύο σήματα προκαλούν το φως να είτε εμποδιστεί είτε συνεχίσει στην αρχική του κατεύθυνση. Αυτό επιτρέπει στο φως να μεταφερθεί σε οποιοδήποτε άλλο chip υπολογιστή κατά βούληση.

Τα επόμενα βήματα της ομάδας περιλαμβάνουν την缩小 της απόστασης μεταξύ του σιλικονικού δίσκου και της χρυσής μεμβράνης, ώστε να κάνουν τη συσκευή μικρότερη. Αυτό θα βοηθήσει να μειώσει περαιτέρω την απώλεια σήματος, καθιστώντας τον διακόπτη ακόμη πιο χρήσιμο σε διάφορες βιομηχανίες.