Optik Switch Hızla Çipler Arasında Işığı Yönledirebiliyor

Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) araştırmacıları, 20 milyar saniye içinde bilgisayar çipleri arasında ışığı yönlendirebilen bir optik anahtar geliştirdiler. Yeni cihaz, benzer cihazlardan daha hızlı ve düşük voltajları nedeniyle ucuz silikon çiplere entegre edilebilir. Işığı yönlendirdiğinde, çip çok düşük sinyal kaybı yaşar.

Potansiyel Uygulamalar

Yeni çip, bilgisayarlar için büyük etkileri olacak ve ışığı elektrik yerine veri işlemede kullanmak için bir bilgisayar geliştirmeye yardımcı olacak. Verileri ışığın taşıması beberapa avantajı vardır, bunlar arasında daha hızlı seyahat ve enerji verimliliği bulunur. Elektrikle çalışan bilgisayar bileşenleri ısınır, bu da enerjiyi boşa harcar ve bilgisayar performansını sınırlar.

Yeni geliştirilen anahtar, nanometre ölçekli altın ve silikon optik, elektrik ve mekanik bileşenleri kullanır. Bunlar yoğun bir şekilde paketlenmiştir ve ışığı bir kanala sokar ve çıkarır. Bu, ışığın hızını ve seyahat yönünü etkiler.

Cihaz, NIST liderliğindeki uluslararası bir ekip tarafından Science dergisinde tanıtıldı.

NIST, ETH Zürih ve Maryland Üniversitesi’nden Christian Haffner’e göre, anahtarın birçok potansiyel uygulaması vardır. Sürücüsüz araçlarda, ışığı yöneltmek için kullanılabilecek bir ışık demeti yönlendirmek için kullanılabilir. Anahtar, daha güçlü ışık tabanlı devreler kullanarak sinir ağlarında da kullanılabilir.

Yeni anahtarın önemli avantajlarından biri, ışığı yöneltmek için çok az enerji kullanmasıdır, bu da kuantum bilgisayarlar için çok önemli olabilir. Bir kuantum bilgisayarın, veri işlerken çok hassas bir ilişkiye sahip olan alt atomik parçacıklar vardır. Bu parçacıkların hassas doğası nedeniyle, bilgisayarın çok düşük sıcaklık ve düşük güçte çalışması gerekir, böylece parçacık çiftleri bozulmaz. Yeni geliştirilen anahtarın daha az enerji gerektirmesi, kuantum bilgisayarlar için önemli bir unsur olabilir.

Uzun Süreli İnançları Sorgulama

Haffner ve NIST’ten Vladimir Akysuk ve Henri Lezec’e göre, yeni bulgular, bilim topluluğunda uzun süredir var olan birçok inancı sorgulamaktadır. Birçok araştırmacı, bu tür anahtarların pratik olmayacağına, büyük boyutları ve yüksek voltajları nedeniyle yavaş performans göstereceğine inanmaktadır.

Kurulum, ışığın içinde seyahat ettiği bir tüpten oluşan bir kanal ve ışığın bir kaviteye girdiği bir çıkış içerir.

Anahtar, silikon bir diskten birkaç on nanometre uzakta asılı duran ince bir altın membran kullanır. Işık seyahat ettiğinde, bazıları membrana çarpar ve membran yüzeyindeki elektron gruplarını titreşime geçirir. Bu titreşimler plazonlardır ve bir ışık dalgası ile bir elektron dalgasının karışımıdır. Titreşen elektronların daha kısa bir dalga boyu vardır, bu da araştırmacıların nanometre ölçekli mesafelerde plazonları manipüle etmesine olanak tanır. Tüm bunlar, optik anahtarın çok kompakt kalmasına yardımcı olur.

Araştırmacılar, silikon diski ve altın üyesi arasındaki aralığı birkaç nanometre değiştirdiklerinde, hibrit ışık dalgasının fazı gecikir veya ilerler. Dalga fazı, tüpten şekillenmiş kanalla seyahat eden ışıkla yeniden birleştirdiğinde, iki ışın ışığın engellenmesine veya orijinal yönünde devam etmesine neden olur. Bu, ışığın diğer bilgisayar çiplerine istenildiği gibi yönlendirilmesine olanak tanır.

Ekibin sonraki adımları, cihazı daha da küçültmek için silikon diski ve altın membran arasındaki mesafeyi kısaltmayı içerir. Bu, sinyal kaybını daha da azaltmaya yardımcı olacak ve anahtarı farklı endüstrilere daha da faydalı hale getirecektir.