سوئیچ پلاریزاسیون کامپیوتر فوتونیک فوق سریع می سازد

به گفته محققان دانشگاه آکسفورد، موادی که از یک فاز به فاز دیگر تغییر می‌کنند، وقتی توسط نور با قطبش‌های مختلف روشن می‌شوند، می‌توانند بستری برای محاسبات فوتونیک فوق سریع و ذخیره اطلاعات تشکیل دهند. این مواد به شکل ساختارهایی به نام نانوسیم های دی الکتریک هیبرید شده-فعال-دی الکتریک شناخته می شوند و محققان می گویند که می توانند بخشی از یک سیستم چند سیمی برای ذخیره سازی داده ها، ارتباطات و محاسبات موازی شوند.

از آنجایی که طول موج های مختلف نور با یکدیگر تعامل ندارند، کابل های فیبر نوری می توانند نور را در طول موج های متعدد منتقل کنند و جریان های داده را به صورت موازی حمل کنند. قطبش های مختلف نور نیز با یکدیگر برهمکنش ندارند، بنابراین در اصل هر قطبش می تواند به طور مشابه به عنوان یک کانال اطلاعاتی مستقل استفاده شود. این اجازه می دهد تا اطلاعات بیشتری ذخیره شود و تراکم اطلاعات به طور چشمگیری افزایش یابد.

نویسنده ارشد مطالعه توضیح می‌دهد که در حالی که سیستم‌های انتخابی طول موج برای انتقال داده‌ها رایج هستند، گزینه‌های انتخابی قطبی به طور گسترده مورد بررسی قرار نگرفته‌اند. جون سانگ لی. او می گوید: "کار ما اولین نمونه اولیه دستگاه قابل برنامه ریزی را با استفاده از قطبش نشان می دهد و تراکم پردازش اطلاعات را به حداکثر می رساند." دنیای فیزیک. او اضافه می کند که فوتونیک از این نظر نسبت به الکترونیک مزیت بزرگی دارد، زیرا نور سریعتر از الکترون ها حرکت می کند و در پهنای باند بزرگ عمل می کند. "در واقع، چگالی محاسباتی دستگاه ما چندین مرتبه بزرگتر از چگالی محاسباتی الکترونیکی معمولی است."

نانوسیم های کاربردی

پردازنده جدید محاسباتی فوتونیک متشکل از نانوسیم های کاربردی است که از یک ماده تغییر فاز به نام Ge₂Sb₂Te₅(GST) و سیلیکون که به عنوان دی الکتریک عمل می کند. محققان این نانوسیم ها را به هم متصل کردند که هر کدام 15 عدد است µمتر طول و 180 نانومتر عرض، به دو الکترود فلزی. این تنظیمات به آنها اجازه می داد تا جریان الکتریکی را از طریق GST اندازه گیری کنند در حالی که آنها آن را با پالس های نور لیزری با طول موج 638 نانومتر روشن می کردند.

هنگامی که با این نور روشن می شود، فاز ماده فعال به طور برگشت پذیر از حالت بسیار مقاومتی (بی شکل) به حالت رسانا (کریستالی) تغییر می کند. بنابراین محققان می توانند از قطبش نور ورودی برای تنظیم جذب نور توسط لایه فعال استفاده کنند.

لی می‌گوید: «نکته جالب این است که هر نانوسیم یک پاسخ سوئیچینگ انتخابی را به جهت قطبش خاصی از پالس‌های نوری نشان می‌دهد. با استفاده از این مفهوم، ما پردازنده محاسباتی فوتونیک را با چندین نانوسیم پیاده‌سازی کرده‌ایم تا پلاریزاسیون‌های متعدد نور بتوانند به طور مستقل با نانوسیم‌های مختلف تعامل داشته باشند و محاسبات موازی انجام دهند.

محققان این مطالعه را توصیف می کنند که در منتشر شده است با پیشرفتهای علمی, به عنوان کار در مراحل اولیه به سمت یک دستگاه محاسباتی فوتونیک در مقیاس بزرگ. لی می گوید: «ما می خواهیم چنین عملکردی را با تغییر پیکربندی دستگاه یا با استفاده از مدارهای فوتونیک یکپارچه افزایش دهیم. ما همچنین می‌خواهیم نانوساختارهای دیگری را که می‌توانند از خواص قطبش بهره‌برداری کنند، بیشتر بررسی کنیم.»