Interruttore Ottico in Grado di Riroutare la Luce tra i Chip Estremamente Velocemente

I ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno sviluppato un interruttore ottico in grado di riroutare la luce tra i chip dei computer in 20 miliardesimi di secondo. Il nuovo dispositivo è più veloce di qualsiasi dispositivo simile e potrebbe essere integrato in chip di silicio a basso costo a causa delle sue basse tensioni. Quando ridireziona la luce, il chip subisce una perdita di segnale molto bassa.

Applicazioni Potenziali

Il nuovo chip avrà grandi implicazioni per l’elaborazione dei dati e aiuterà a sviluppare un computer che elabora le informazioni utilizzando la luce anziché l’elettricità. Ci sono diversi vantaggi nell’utilizzare i fotoni per trasportare i dati, tra cui una velocità di trasporto più rapida e un’efficienza energetica maggiore. L’utilizzo dell’elettricità riscalda i componenti del computer, il che spreca energia e limita le prestazioni del computer.

L’interruttore appena sviluppato utilizza componenti ottici, elettrici e meccanici in scala nanometrica di oro e silicio. Sono tutti densamente impacchettati e inviano la luce all’interno e all’esterno di un canale. Ciò influisce sulla sua velocità e direzione di viaggio.

Il dispositivo è stato descritto dal team internazionale guidato dal NIST in Science.

Secondo il coautore Christian Haffner del NIST, ETH Zurich e dell’Università del Maryland, l’interruttore ha molte applicazioni potenziali. Potrebbe essere utilizzato in veicoli autonomi per ridirezionare i fasci di luce che scansionano la strada per misurare la distanza da altri veicoli e pedoni. L’interruttore potrebbe anche essere utilizzato all’interno di reti neurali, utilizzando circuiti più potenti basati sulla luce anziché sull’elettricità.

Uno dei principali vantaggi del nuovo interruttore è che utilizza molto poca energia per ridirezionare i segnali di luce, il che potrebbe essere estremamente importante nel calcolo quantistico. Un computer quantistico ha una relazione fragile tra coppie di particelle subatomiche, che elabora i dati. A causa della loro natura fragile, un computer deve funzionare a temperature e potenze estremamente basse in modo che le coppie di particelle non vengano disturbate. Poiché l’interruttore appena sviluppato richiede molta meno energia, potrebbe rivelarsi un aspetto importante del calcolo quantistico.

Sfidando le Vecchie Credenze

Secondo Haffner, insieme ai suoi colleghi Vladimir Akysuk e Henri Lezec del NIST, le nuove scoperte contraddicono molte credenze radicate nella comunità scientifica. Molti ricercatori ritengono che questo tipo di interruttori non sarebbe pratico a causa delle loro dimensioni ingombranti e funzionerebbero a tensioni elevate che causano prestazioni lente.

L’impostazione include un canale a forma di tubo chiamato waveguide, e un fascio di luce viaggia all’interno di esso. C’è un’uscita laterale dove parte della luce esce in una cavità che si trova a pochi nanometri di distanza.

L’interruttore utilizza anche una sottile membrana d’oro sospesa a pochi decine di nanometri sopra un disco di silicio, che ha la cavità incisa. Quando la luce viaggia intorno, parte di essa fuoriesce e colpisce la membrana. Questa attività induce gruppi di elettroni che si trovano sulla superficie della membrana a oscillare. Le oscillazioni sono chiamate plasmoni e sono una miscela di un’onda di luce e un’onda di elettroni. Le oscillazioni degli elettroni hanno una lunghezza d’onda più corta che consente ai ricercatori di manipolare i plasmoni su distanze nanometriche. Tutto ciò aiuta l’interruttore ottico a rimanere estremamente compatto.

Se i ricercatori cambiano il gap tra il disco di silicio e la membrana d’oro di pochi nanometri, la fase dell’onda di luce ibrida è ritardata o anticipata. Quando la fase dell’onda si ricombina con la luce che viaggia nel canale a forma di tubo, i due fasci di luce causano la luce di essere ostruita o di continuare nella sua direzione originale. Ciò consente di trasferire la luce su qualsiasi altro chip del computer a piacimento.

I prossimi passi del team consistono nel ridurre la distanza tra il disco di silicio e la membrana d’oro per rendere il dispositivo più piccolo. Ciò aiuterebbe a ridurre ulteriormente la perdita di segnale, rendendo l’interruttore ancora più utile per diverse industrie.