Новый чип на световой энергии способен ускорить развитие искусственного интеллекта и квантовых компьютеров

Учёные из Университета Монош создали миниатюрную новую схему. Она может генерировать, направлять и считывать информацию, переносимую светом, — и всё это в пределах одного чипа. Данное достижение знаменует собой важную веху для развивающейся области исследований, известной как «валлейтроника». В свою очередь, эта область способна обеспечить будущие прорывы в ускорении вычислений, снижении энергопотребления и развитии квантовых технологий.

Интегрированный валлейтронный чип решает давнюю проблему

Разработка выполнена исследователями из Школы физики и астрономии Университета Монош. Новое устройство объединяет передовую нанотехнологию с современными материалами. Таким образом, удалось решить задачу, которая долгие годы ограничивала развитие этой сферы.

Впервые команда создала полностью интегрированный чип на световой энергии. Он способен производить специализированные световые сигналы, направлять их по заданным траекториям и преобразовывать в электрические сигналы — всё в пределах одной компактной системы. Эти сигналы хранят информацию с помощью квантового свойства, называемого «степенью свободы долины». Учёные полагают, что данная уникальная характеристика может открыть совершенно новые способы кодирования, передачи и обработки данных.

Ведущий автор исследования доктор Чи Ли, чьи выводы были опубликованы в журнале Nature Photonics, пояснил, что достижение устраняет серьёзное препятствие в исследованиях валлейтроники. «До сих пор мы могли либо генерировать, либо обнаруживать такие сигналы, — говорит доктор Ли. — Однако сделать всё это в одном интегрированном устройстве не удавалось никому». «То, что мы создали, — это полноценная система на кристалле. Она может создавать, маршрутизировать и считывать эту информацию с очень высокой точностью».

Как работает устройство и почему это важно

Устройство основано на сверхтонких материалах толщиной всего в несколько атомов. Эти материалы сочетаются со специально разработанными наноструктурами. Их задача — точно управлять светом на предельно малых масштабах. Доктор Кайджан Син, соавтор исследования и научный сотрудник Университета Монош, объяснил, что команда разработала практический способ объединения этих компонентов. «Мы применяем простой подход послойного соединения сверхтонких материалов с метаповерхностями, — отметил доктор Син. — Это позволяет преодолеть технические трудности прямого выращивания материала на фотонных структурах и открывает путь к дальнейшему прогрессу в валлейтронике».

Фотонная технология, работающая при комнатной температуре

Одним из важнейших преимуществ этой технологии является её работа при комнатной температуре. Многие квантовые системы требуют экстремально холодной среды. Следовательно, их использование в реальных приложениях становится более сложным и дорогим. Новый чип на световой энергии лишён этого недостатка.

Старший автор исследования доктор Хаоран Жэнь, научный сотрудник ARC Future Fellow и руководитель группы NanoMeta в Университете Монош, заявил, что эта работа может проложить путь к созданию нового поколения компактных фотонных устройств. Такие устройства будут программируемыми и высокоэффективными. По словам доктора Жэня, технология способна поддерживать более быстрые вычислительные системы, снижать энергопотребление и обеспечивать новые методы безопасной связи и передовой обработки данных. «Это важный шаг к масштабируемым чиповым технологиям, которые используют свет вместо электричества для обработки информации», — подчеркнул доктор Жэнь.

«Фотонные устройства используют свет для достижения огромной пропускной способности, сверхвысокой скорости передачи данных и более низкого энергопотребления, — добавил он. — Так что наше достижение обладает большим потенциалом для применения в квантовых вычислениях, передовой визуализации и оптических коммуникационных системах следующего поколения».

Одновременная обработка нескольких потоков информации

Чтобы продемонстрировать возможности чипа, исследователи успешно закодировали и обработали два отдельных изображения одновременно. Этот эксперимент показал, что устройство может управлять несколькими потоками информации параллельно. Такая способность крайне важна для будущих вычислительных технологий.

Профессор Стефан А. Майер, глава Школы физики и астрономии и Лаборатории нанофотоники Университета Монош, отметил, что эта разработка помогает преодолеть разрыв между фундаментальными научными открытиями и практическими технологиями. «Это важный шаг на пути к полностью интегрированным валлейтронным системам, — сказал профессор Майер. — Объединяя свет и квантовые материалы на одном кристалле, мы можем получить доступ к новым способам кодирования и обработки информации».

По материалам www.siencedaily.com (университет Монош)