Компьютер на основе света может превзойти традиционные электрические чипы

Новый тип компьютера, использующий свет, а не электричество, может выполнять вычисления быстрее, потребляя меньше энергии и занимая меньше места.

Компьютерные чипы состоят из миллионов или миллиардов логических вентилей. Эти крошечные компоненты выполняют самые простые операции, например, проверяют, совпадает ли один бит данных с другим. Именно благодаря объединению огромного количества логических вентилей решаются такие задачи, как загрузка файла, воспроизведение видео или запуск компьютерной игры.

Традиционные микросхемы работают за счет переправки электронов, но И Чжан из Университета Аалто (Финляндия) и его коллеги сумели создать оптические логические затворы, которые выполняют те же функции с помощью света.

Оптические компьютеры создавались и раньше, но они требуют сложного оборудования и ограничены определенными областями применения. По словам Чжана, эти новые затворы могут быть созданы из одного слоя кристаллов дисульфида молибдена толщиной всего 0,65 нанометра с использованием существующих технологий производства, и они могут быть разработаны для выполнения универсальных задач в небольшом корпусе.

Поскольку фотоны движутся быстрее, чем электроны в цепи, это может ускорить вычисления, а поскольку они также движутся без сопротивления, они могут выполнять ту же работу, используя меньше энергии.

В своем подходе команда использует циркулярно поляризованный свет. При этом световая волна вращается вокруг своей оси, поворачиваясь либо по часовой, либо против часовой стрелки. Традиционный бит в компьютере состоит из положительного или отрицательного электрического заряда - 0 или 1 - но в новом оптическом компьютере биты представлены либо светом, поляризованным по часовой стрелке, либо светом, поляризованным против часовой стрелки.

В оптическом компьютере логические затворы сделаны из кристаллических материалов, которые чувствительны к направлению вращения этих поляризованных световых лучей. Используя оптические фильтры и другие компоненты, эти затворы могут быть построены таким образом, чтобы воссоздать традиционные затворы.

Команда продемонстрировала работающие оптические ворота, которые воссоздают традиционные ворота, известные как XNOR, NOR, AND, XOR, OR и NAND, которые выполняют различные операции с данными. Исследователи также показали, что эти операции могут выполняться над данными параллельно, а не последовательно, что потенциально может проложить путь к значительному повышению эффективности и скорости вычислений.

"Мы надеемся, что в будущем можно будет создать полностью оптические компьютеры", - говорит Чжан. "Самым большим преимуществом является сверхбыстрая скорость оптических чипов по сравнению с традиционными чипами. Кроме того, свет обладает способностью параллельной обработки и имеет меньшее энергопотребление, в то время как электронные устройства потребляют больше энергии из-за сопротивления".

Чжан говорит, что будущая работа будет посвящена изучению того, как оптические логические затворы могут быть использованы для создания гибридных классических и квантовых компьютеров или для создания оптических квантовых логических затворов. Это связано с тем, что одна из распространенных ветвей исследований в области квантовых вычислений уже использует фотоны для передачи данных.

источник