Оптические вычисления без электричества: создан сверхбыстрый полностью оптический коммутатор

Преимущества полностью оптических вычислений в энергопотреблении и скорости

Исследователи из Мичиганского университета продемонстрировали сверхбыстрый полностью оптический переключатель, который может управлять световыми сигналами без необходимости электрического преобразования. Этот полностью оптический коммутатор может функционировать как стандартный оптический переключатель или как логический вентиль, называемый переключателем «исключающее ИЛИ» (XOR).

Устройство состоит из оптической полости, покрытой сверхтонким полупроводником, через которую пропускается импульсный циркулярно поляризованный свет. Когда свет проходит через полость, он создаёт псевдомагнитное поле, которое воздействует на электронные полосы полупроводника, временно разделяя их по ориентации спина. Это позволяет управлять световыми сигналами без необходимости электрического преобразования.

Исследователи смогли изменить порядок электронных полос разных спинов, изменив направление закручивания света. Кроме того, они обнаружили, что псевдомагнитное поле нарушает симметрию обращения времени, что открывает новые возможности для фундаментальной науки и технологий.

По словам Линсяо Чжоу, доктора физики в Мичиганском университете и ведущего автора исследования, «поскольку коммутатор является самым элементарным блоком любого устройства обработки информации, полностью оптический коммутатор является первым шагом на пути к полностью оптическим вычислениям или построению оптических нейронных сетей».

Стивен Форрест, заслуженный профессор электротехники имени Питера Франкена в Мичиганском университете и соавтор исследования, отметил, что «крайне низкое энергопотребление является ключом к успеху оптических вычислений. Работа, проделанная нашей командой, решает именно эту проблему, используя необычные двумерные материалы для переключения данных с очень низкой энергией на бит».

Хуэй Дэн, профессор физики, электротехники и вычислительной техники в Мичиганском университете и соавтор исследования, подчеркнул, что результаты открывают двери для множества новых возможностей, как в фундаментальной науке, где контроль симметрии обращения времени является необходимым условием для создания экзотических состояний материи, так и в технологиях, где становится возможным использование столь огромного магнитного поля.