Ηλεκτρο-οπτική συσκευή δίνει λύση για ταχύτερες υπολογιστικές μνήμες και επεξεργαστές

Η πρώτη ενσωματωμένη συσκευή νανοκλίμακας που μπορεί να προγραμματιστεί είτε με φωτόνια είτε με ηλεκτρόνια έχει αναπτυχθεί από επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης.  Σε συνεργασία με τους ερευνητές των πανεπιστημίων του Münster και του Exeter, οι επιστήμονες δημιούργησαν μια πρώτη ηλεκτροοπτική συσκευή που γεφυρώνει τα πεδία των οπτικών και ηλεκτρονικών υπολογιστών. Παρέχει έτσι μια κομψή λύση για την επίτευξη ταχύτερων και πιο ενεργειακά αποδοτικών μνημών και επεξεργαστών. 

 

Ο υπολογισμός με την ταχύτητα του φωτός ήταν μια δελεαστική αλλά αόριστη προοπτική μέχρι τώρα, αλλά με αυτήν την εξέλιξη βρίσκεται τώρα πολύ κοντά. Η χρήση του φωτός για την κωδικοποίηση καθώς και οι πληροφορίες μεταφοράς επιτρέπουν αυτές τις διαδικασίες να εμφανίζονται στο τελικό όριο ταχύτητας – το όριο του φωτός. Ενώ μέχρι πρόσφατα, η χρήση του φωτός για ορισμένες διεργασίες είχε αποδειχθεί πειραματικά, έλειπε μια συμπαγής συσκευή για τη διασύνδεση με την ηλεκτρονική αρχιτεκτονική των παραδοσιακών υπολογιστών. Η ασυμβατότητα του ηλεκτρικού και του φωτιστικού computing, βασικά πηγάζει από τους διαφορετικούς όγκους αλληλεπίδρασης που λειτουργούν τα ηλεκτρόνια και τα φωτόνια. Τα ηλεκτρονικά τσιπ πρέπει να είναι μικρά για να λειτουργούν αποτελεσματικά, ενώ τα οπτικά τσιπ πρέπει να είναι μεγάλα, καθώς το μήκος κύματος του φωτός είναι μεγαλύτερο από αυτό των ηλεκτρονίων. 

 

Για να ξεπεραστεί αυτό το δύσκολο πρόβλημα, οι επιστήμονες κατέληξαν σε μια λύση για να περιορίσουν το φως σε νανοσκοπικές διαστάσεις, όπως αναλύονται στην εργασία τους.

 

Δημιούργησαν ένα σχέδιο τους επέτρεψε να συμπιέσουν το φως σε όγκο νανο-μεγέθους μέσω αυτού που είναι γνωστό ως πολαριτόνιο επιφανειακού πλασμονίου. Η δραματική μείωση του μεγέθους σε συνδυασμό με τη σημαντικά αυξημένη πυκνότητα ενέργειας είναι αυτό που τους επέτρεψε να γεφυρώσουν την προφανή ασυμβατότητα των φωτονίων και των ηλεκτρονίων για την αποθήκευση και τον υπολογισμό των δεδομένων.

 

Ειδικότερα, αποδείχθηκε ότι με την αποστολή είτε ηλεκτρικών είτε οπτικών σημάτων, η κατάσταση ενός ευαίσθητου σε φωτο-και ηλεκτρο-ευαίσθητου υλικού μετασχηματίστηκε μεταξύ δύο διαφορετικών καταστάσεων μοριακής τάξης. Περαιτέρω, η κατάσταση αυτού του υλικού μετασχηματισμού φάσης αναγνωρίστηκε είτε από το φως είτε από τα ηλεκτρόνια, κάνοντας έτσι τη συσκευή το πρώτο ηλεκτροοπτικό κύτταρο μνήμης νανοκλίμακας με μη πτητικά χαρακτηριστικά.
 

“Πρόκειται για μια πολύ υποσχόμενη πορεία προς τα εμπρός στον υπολογισμό και ειδικά σε τομείς όπου απαιτείται υψηλή απόδοση επεξεργασίας”.

 

«Κατασκευάσαμε και δείξαμε πειραματικά ότι μπορούμε να αποθηκεύσουμε δεδομένα και να πραγματοποιήσουμε υπολογισμούς όχι μόνο με ηλεκτρόνια όπως είθισται αλλά και με φωτόνια σε όγκο που δεν ξεπερνά το 1 ατολίτρο. Η πραγματοποίηση υπολογισμών με την ταχύτητα του φωτός, με ταυτόχρονα τη δυνατότητα ενσωμάτωσης με ολοκληρωμένα ηλεκτρικά κυκλώματα, μπορεί δυνητικά να είναι ο δρόμος για να ξεπεραστούν οι δυσκολίες πάνω στην κατασκευή μικρότερων ημιαγωγών και να παραχθούν υπολογιστές και συσκευές νέας γενιάς με ασύλληπτες δυνατότητες».
 

Ο συν-συγγραφέας Nathan Youngblood συνεχίζει: “Αυτό περιλαμβάνει φυσικά εφαρμογές τεχνητής νοημοσύνης, όπου σε πολλές περιπτώσεις οι ανάγκες για υπολογιστές υψηλής απόδοσης και χαμηλής ισχύος ξεπερνούν κατά πολύ τις σημερινές δυνατότητές μας. Πιστεύεται ότι η διασύνδεση των φωτονικών υπολογιστικών με βάση το φως με το ηλεκτρικό τους αντίστοιχο είναι το κλειδί για το επόμενο κεφάλαιο στις τεχνολογίες CMOS.”