Forskning giver optiske switches kontrasten mellem elektroniske transistorer

Nuværende computersystemer repræsenterer bits af information, 1'erne og 0'erne af binær kode, med elektricitet. Kredsløbselementer, såsom transistorer, operere på disse elektriske signaler, producere output, der er afhængige af deres input.

Så hurtig og kraftfuld som computere er blevet, Ritesh Agarwal, professor i Institut for Materialevidenskab og Teknik ved University of Pennsylvania's School of Engineering and Applied Science, ved, at de kunne være mere magtfulde. Feltet med fotonisk computing sigter mod at nå dette mål ved at bruge lys som medium.

Agarwals forskning i fotonisk computing har været fokuseret på at finde den rigtige kombination og fysiske konfiguration af materialer, der kan forstærke og blande lysbølger på måder, der er analoge med elektroniske computerkomponenter.

I et papir udgivet i Naturkommunikation , han og hans kolleger har taget et vigtigt skridt:præcis styring af blandingen af ​​optiske signaler via skræddersyede elektriske felter, og opnåelse af output med en næsten perfekt kontrast og ekstremt store tænd/sluk-forhold. Disse egenskaber er nøglen til oprettelsen af ​​en fungerende optisk transistor.

"I øjeblikket, at beregne '5+7, 'vi skal sende et elektrisk signal til' 5 'og et elektrisk signal til' 7, 'og transistoren foretager blandingen for at producere et elektrisk signal for '12, "" Sagde Agarwal. "En af forhindringerne ved at gøre dette med lys er, at materialer, der er i stand til at blande optiske signaler, også har en tendens til at have meget stærke baggrundsignaler. Dette baggrundsignal ville drastisk reducere kontrasten og tænd/sluk -forholdet, hvilket ville føre til fejl i output. "

Med baggrundssignaler, der vasker den påtænkte output ud, nødvendigvis beregningsmæssige kvaliteter for optiske transistorer, såsom deres on/off -forhold, modulationsstyrke og signalblandingskontrast har alle været ekstremt dårlige. Elektriske transistorer har høje standarder for disse kvaliteter for at forhindre fejl.

Søgningen efter materialer, der kan tjene i optiske transistorer, kompliceres af yderligere egenskabskrav. Kun "ikke -lineære" materialer er i stand til denne form for optisk signalblanding.

For at løse dette problem, Agarwals forskningsgruppe startede med at finde et system, der ikke har noget baggrundsignal til at starte:et "nanoskala" bælte "lavet af cadmiumsulfid. Derefter, ved at påføre et elektrisk felt hen over nanobåndet, Agarwal og hans kolleger var i stand til at introducere optiske ikke -lineariteter til systemet, der muliggjorde en signalblandingsoutput, der ellers var nul.

"Vores system tænder fra nul til ekstremt store værdier, og har derfor perfekt kontrast, samt stor modulering og tænd/sluk -forhold, " sagde Agarwal. "Derfor, for første gang, vi har en optisk enhed med output, der virkelig ligner en elektronisk transistor. "

Med en af ​​nøglekomponenterne i fokus, de næste trin mod en fotonisk computer vil involvere at integrere dem med optiske forbindelser, modulatorer, og detektorer for at demonstrere faktisk beregning.