Ved at presse lys ind i en lille kanal bringer optisk computing et skridt nærmere

Ved at tvinge lys til at gå gennem et mindre hul end nogensinde før, forskere har banet vejen for computere baseret på lys i stedet for elektronik.

Lys er ønskeligt til brug i computing, fordi det kan bære en højere tæthed af information og er meget hurtigere og mere effektiv end konventionel elektronik. Imidlertid, lys interagerer ikke let med sig selv, så mens den kan bruges til hurtigt at flytte oplysninger, det er ikke særlig godt til at behandle oplysninger.

For eksempel, lys bruges i øjeblikket til at overføre oplysninger over lange afstande, såsom i transatlantiske kabler og fiberoptik, som leverer hurtigt internet. Imidlertid, når oplysningerne når din computer, elektronik er nødvendig for at konvertere og behandle det.

For at bruge lys til behandling på mikrochips, flere vigtige forhindringer skal overvindes. For eksempel, lys kan fås til at interagere ved hjælp af bestemte materialer, men kun over relativt lange afstande. Nu, imidlertid, et team fra Imperial College London har taget et betydeligt skridt fremad ved at reducere afstanden, som lys kan interagere med 10, 000 gange.

Det betyder, at det, der tidligere ville have taget centimeter at nå, nu kan realiseres på mikrometer (en milliontedel af en meter) skala, bringe optisk behandling ind i området med elektriske transistorer, som i øjeblikket driver personlige computere. Resultaterne offentliggøres i dag i tidsskriftet Videnskab .

Dr. Michael Nielsen, fra Institut for Fysik ved Imperial, sagde:"Denne forskning har markeret en af ​​de felter, der er nødvendige for optisk computing.

"Fordi lys ikke let interagerer med sig selv, oplysninger, der sendes ved hjælp af lys, skal konverteres til et elektronisk signal, og derefter tilbage i lyset. Vores teknologi gør det muligt at opnå behandling udelukkende med lys. "

Normalt når to lysstråler krydser hinanden, interagerer eller ændrer de enkelte fotoner ikke hinanden, som to elektroner gør, når de mødes. Særlige ikke -lineære optiske materialer kan få fotoner til at interagere, men effekten er normalt meget svag. Det betyder, at der er brug for et langt spænd af materialet for gradvist at akkumulere effekten og gøre den nyttig.

Imidlertid, ved at presse lys ind i en kanal, der kun er 25 nanometer (25 milliarddeler af en meter) bred, Det kejserlige hold øgede sin intensitet. Dette tillod fotoner at interagere stærkere over en kort afstand, ændring af lysets egenskab, der kom fra den anden ende af den en-mikrometer lange kanal.

Styring af lys i så lille en skala er et vigtigt skridt er konstruktionen af ​​computere, der bruger lys i stedet for elektronik. Elektronisk databehandling er på grænsen af ​​effektivitet; mens det er muligt at lave en hurtigere elektronisk processor, energiomkostningerne ved at flytte hukommelsesdata hurtigere rundt i computeren er for høje.

For at gøre computere mere kraftfulde, processorer gøres i stedet mindre, så flere kan passe ind i det samme rum, uden at øge behandlingshastigheden. Optisk behandling kan generere lidt eller ingen varme, Det betyder, at brug af lys kan gøre computere meget hurtigere og mere effektive.

Teamet opnåede effekten ved at bruge en metalkanal til at fokusere lyset inde i en polymer, der tidligere blev undersøgt til brug i solpaneler. Metaller er mere effektive til at fokusere lys end traditionelle gennemsigtige materialer, og bruges også til at dirigere elektriske signaler.

Den nye teknologi er derfor ikke kun mere effektiv, men kan integreres med nuværende elektronik.

Rupert Oulton, fra Institut for Fysik ved Imperial sagde:"Brugen af ​​lys til at overføre information er kommet tættere på vores hjem. Det blev først brugt i transatlantiske kabler, hvor kapaciteten var mest afgørende, men nu installeres fiberoptisk bredbånd i flere og flere gader i Storbritannien. Efterhånden som vores sult efter flere data stiger, optik skal komme ind i hjemmet, og til sidst inde i vores computere. "

Ud over at give et vigtigt skridt i retning af optisk computing, holdets præstation løser potentielt et mangeårigt problem inden for ikke -lineær optik. Da interagerende lysstråler med forskellige farver passerer et ulineært optisk materiale med forskellige hastigheder, de kan blive 'ude af trit', og den ønskede effekt kan gå tabt.

I den nye enhed, fordi lyset vandrer så kort, den har ikke tid til at blive ude af trit. Dette eliminerer problemet, og tillader ikke -lineære optiske enheder at være mere alsidige i den type optisk behandling, der kan opnås.

Sidebjælke:Hvad er ikke -lineær optik?

Processen, hvorved fotoner bringes til at interagere, kaldes ikke-lineær optik. Teknologier, der bruger det, er ret almindelige - et simpelt eksempel er en grøn laserpeger. Det er svært at lave en grøn laser direkte, så ikke-lineære optiske krystaller bruges til at konvertere infrarødt lys til grønt.

Usynligt infrarødt lys fra en halvlederlaserdiode, drives af batterier, føres gennem en krystal, der tillader fotoner at interagere med hinanden. Her, to infrarøde (usynlige) fotoner slutter sig til en enkelt foton med dobbelt så stor energi, svarende til grønt lys.