Optik Anahtar, Işığı Çipler Arasında Son Derece Hızlı Yönlendirebilir

Araştırmacılar Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) Saniyenin 20 milyarda biri içinde ışığı bilgisayar çipleri arasında yeniden yönlendirebilen bir optik anahtar geliştirdiler. Yeni cihaz, benzer cihazlardan daha hızlı ve düşük voltajları nedeniyle düşük maliyetli silikon çiplere entegre edilebilir. Işığı yönlendirdiğinde, çip çok düşük sinyal kaybına uğrar. 

Potansiyel uygulamalar

Yeni çipin bilgi işlem için büyük etkileri olacak ve bilgileri elektrik yerine ışık kullanarak işleyen bir bilgisayarın geliştirilmesine yardımcı olacak. Daha hızlı seyahat ve enerji verimliliği dahil olmak üzere verileri taşımak için fotonları kullanmanın çeşitli avantajları vardır. Elektrik kullanımı ile bilgisayar bileşenleri ısınarak enerji harcar ve bilgisayar performansını sınırlar. 

Yeni geliştirilen anahtar, nanometre ölçeğinde altın ve silikon optik, elektrik ve mekanik bileşenler kullanıyor. Bunların hepsi yoğun bir şekilde paketlenmiştir ve bir kanalın içine ve dışına ışık gönderirler. Bu, hızını ve seyahat yönünü etkiler. 

Cihaz, NIST liderliğindeki uluslararası ekip tarafından şu tarihte açıklandı: Bilim. 

NIST, ETH Zürih ve Maryland Üniversitesi'nden ortak yazar Christian Haffner'a göre, anahtarın birçok potansiyel uygulaması var. Diğer araçlara ve yayalara olan mesafeyi ölçmek için bir yolu tarayan ışık huzmelerini yeniden yönlendirmek için sürücüsüz araçlarda kullanılabilir. Anahtar, elektrik tabanlı devreler yerine daha güçlü ışık tabanlı devreler kullanılarak sinir ağlarında da kullanılabilir. 

Yeni anahtarın en büyük faydalarından biri, ışık sinyallerini yeniden yönlendirmek için çok az enerji kullanmasıdır ki bu, kuantum hesaplamada son derece önemli olabilir. Bir kuantum bilgisayar, verileri işleyen atom altı parçacık çiftleri arasında kırılgan bir ilişkiye sahiptir. Kırılgan yapıları nedeniyle, bir bilgisayarın parçacık çiftlerinin bozulmaması için son derece düşük sıcaklıklarda ve düşük güçte çalışması gerekir. Yeni geliştirilen anahtar çok daha az enerji gerektirdiğinden, kuantum hesaplamanın önemli bir yönü olabilir. 

Uzun Süredir Tutulan İnançlara Meydan Okumak

Haffner'a göre, meslektaşları Vladimir Akysuk ve NIST'den Henri Lezec ile birlikte, yeni bulgular bilim camiasında uzun süredir devam eden birçok inançla çelişiyor. Birçok araştırmacı, bu tür anahtarların hantal boyutlarından dolayı pratik olmayacağına ve yavaş performansa neden olan yüksek voltajlarda çalışacaklarına inanmaktadır. 

Kurulum, dalga kılavuzu adı verilen tüp şeklinde bir kanal içerir ve bunun içinde bir ışık huzmesi hareket eder. Işığın bir kısmının birkaç nanometre uzaklıktaki bir boşluğa çıktığı bir çıkış rampası vardır. 

Anahtar ayrıca, oyuğun oyulmuş olduğu bir silikon diskin birkaç on nanometre üzerinde asılı duran ince bir altın zar kullanır. Işık etrafta dolaşırken, bir kısmı dışarı sızar ve zara çarpar. Bu aktivite, zarın yüzeyinde bulunan elektron gruplarının salınmasına neden olur. Salınımlara plazmon denir ve bunlar bir ışık dalgası ile bir elektron dalgasının karışımıdır. Salınım yapan elektronlar, araştırmacıların plazmonları nano ölçekli mesafeler üzerinde manipüle etmesine izin veren daha kısa bir dalga boyuna sahiptir. Tüm bunlar, optik anahtarın son derece kompakt kalmasına yardımcı olur. 

Araştırmacılar, silikon disk ile altın üye arasındaki boşluğu birkaç nanometre değiştirirse, hibrit ışık dalgasının fazı gecikir veya ilerletilir. Dalganın fazı, tüp şeklindeki kanalda hareket eden ışıkla yeniden birleştiğinde, iki huzme ışığın ya engellenmesine ya da orijinal yönünde devam etmesine neden olur. Bu, ışığın istendiği zaman başka herhangi bir bilgisayar çipine aktarılmasına izin verir. 

Ekibin sonraki adımları, cihazı küçültmek için silikon disk ile altın zar arasındaki mesafeyi kısaltmayı içeriyor. Bu, sinyal kaybını daha da azaltmaya yardımcı olacak ve geçişi farklı endüstriler için daha da kullanışlı hale getirecektir.