光スイッチは、20億分の1秒でチップ間の光を再ルーティングできる

アメリカ国立標準技術研究所（NIST）の研究者は、コンピュータチップ間で光を再ルーティングできる光スイッチを開発しました。この新しいデバイスは、20億分の1秒で光を再ルーティングできます。これは、同様のデバイスよりも速く、低電圧であるため、低コストのシリコンチップに統合できます。光を再ルーティングするとき、チップは非常に低い信号損失を発生させます。

潜在的な応用

新しいチップは、コンピューティングに大きな影響を与え、光を使用して情報を処理するコンピュータの開発に役立ちます。データを伝送するために光子を使用することには、高速な伝送とエネルギー効率の向上などの利点があります。電気を使用すると、コンピュータコンポーネントが熱くなり、エネルギーが浪費され、コンピュータのパフォーマンスが制限されます。

新しく開発されたスイッチは、ナノメートルスケールの金とシリコンの光学、電気、機械的コンポーネントを使用しています。これらはすべて密にパッケージ化されており、チャネルに入って出る光を送信します。これにより、光の速度と方向が制御されます。

このデバイスは、NISTが主導する国際チームによって、Science誌に記述されました。

NIST、ETHチューリッヒ、メリーランド大学の共同著者クリスチャン・ハフナーによると、このスイッチには多くの潜在的な応用があります。例えば、ドライバーなしの車両で道路をスキャンするために光ビームを再ルーティングするために使用できます。また、ニューラルネットワーク内で使用されることができ、より強力な光ベースの回路を使用して電気ベースの回路を置き換えることができます。

新しいスイッチの最大の利点の1つは、光信号を再ルーティングするために非常に少ないエネルギーを使用することです。これは、量子コンピューティングでは非常に重要です。量子コンピュータは、データを処理するために使用されるサブアトミック粒子のペア間の繊細な関係を持っています。したがって、コンピュータは非常に低い温度と低い電力で動作する必要があります。新しく開発されたスイッチは、必要なエネルギーが少ないため、量子コンピューティングにおいて重要な役割を果たす可能性があります。

長期にわたる信念に挑戦する

ハフナーによると、彼の同僚であるNISTのウラディミール・アキスックとアンリ・レゼックとともに、新しい発見は科学界の長期にわたる信念に挑戦しています。多くの研究者は、このようなスイッチは、サイズが大きく、高電圧で動作し、パフォーマンスが遅いという理由で実用的ではないと考えていました。

セットアップには、光が内部を通過するチューブ状のチャネルであるウェーブガイドと、光の一部がキャビティに出るオフランプがあります。キャビティは、数ナノメートル離れたところにあります。

スイッチはまた、シリコンディスクにエッチングされたキャビティの上に、数十ナノメートルの距離で浮かんでいる薄い金膜を使用しています。光が周りを回ると、一部が漏れ出て膜に当たります。これにより、膜の表面にある電子のグループが振動し始めます。これらの振動は、光波と電子波の混合物であるプラズモンと呼ばれます。振動する電子は、より短い波長を持つため、研究者はナノスケール距離でプラズモンを操作できます。これにより、光スイッチは非常にコンパクトなままです。

研究者がシリコンディスクと金膜の間の距離を数ナノメートル変えると、混合光波の位相が遅れたり早まったりします。位相がチューブ状のチャネルを通過する光と再結合すると、2つのビームが光を遮断または元の方向に継続させることになります。これにより、光を任意のコンピュータチップに転送できます。

チームの次のステップは、デバイスを小さくするためにシリコンディスクと金膜の間の距離を短くすることです。これにより、信号損失をさらに減らし、スイッチをより有用なものにします。