Будущее оптических компьютеров стало менее туманным: ученые Массачусетского технологического института и Венского технического университета независимо друг от друга объявили о значительном приближении к разработке полностью оптических транзисторов.
Австрийцы сообщили о важном достижении в этой области, а ученые на другом берегу Атлантического океана — о создании оптического переключателя, срабатывающего от одиночного фотона.
.jpg) |
|
Австрийским ученым удалось добиться изменения поляризации света с помощью электрического тока. |
Исследователи уже много лет пытаются заменить кремниевые транзисторы на что-то иное по ряду причин, и важнейшей из них является необходимость ограничить потребление электроэнергии компьютерами и микросхемами, из которых они состоят. Работающие на электричестве транзисторы выделяют тепло, и оно может повредить сам чип, если его специально не охлаждать.
Сегодня оптика используется в основе высокоскоростных межсоединений для передачи больших объемов данных на короткие дистанции. В Intel, например, реализовали возможность соединения оптическими кабелями электронных плат внутри серверов, но оптические чипы пока остаются лишь лабораторными экспериментами. Опытные разработки в этой области осуществляются, в частности, в IBM.
Именно такую цель — создать оптический чип — поставили перед собой исследователи из США и Австрии, которые недавно опубликовали научные доклады о своих последних достижениях.
Австрийские ученые, в частности, сообщили, что им удалось добиться изменения поляризации света с помощью электрического тока. В оптическом чипе разная поляризация света могла бы соответствовать двоичным нулям и единицам. Как указывают исследователи, они используют излучение терагерцевой частоты, то есть будущий оптический компьютер потенциально смог бы работать примерно в 250 раз быстрее, чем нынешние процессоры на 4 ГГц.
«Мы реализовали базовый принцип работы транзистора, — заявляет Андрей Пименов, профессор Института физики твердого тела Венского технического университета. — В созданной нами системе наличие или отсутствие внешнего электрического напряжения определяет, может ли свет проходить через преграду».
Но, как и в любых исследовательских проектах, на пути к конечной цели еще есть существенные препятствия. Например, как указывают австрийские ученые, они манипулируют с «лучами света», а не со светом, распространяющимся по оптическим волокнам. В обычном электронном чипе электроны проходят через миллиарды транзисторов, вытравленных в кремнии, а не через один. Более того, управление поляризацией света было реализовано при прохождении его через «особый материал». Два года назад сообщалось, что этот материал — пластинки теллурида ртути, а кроме того, требовалась электрическая обмотка. Теперь же исследователи объявили, что сделали грандиозный шаг вперед, добившись снижения рабочего напряжения конструкции меньше чем до вольта.
Ученые также отметили, что изменить поляризацию света без ощутимых его потерь трудно, но не уточнили, есть ли такие потери при использовании их метода.
В МТИ контролируют свет с помощью... света
В МТИ применили другой подход: ученые разработали экспериментальный оптический переключатель, которым можно управлять при помощи одиночного фотона, то есть свет контролируется с помощью света, а не электричества, как у австрийских исследователей.
В МТИ сконструировали пару зеркал, которые при «включенном» состоянии переключателя прозрачны для света с определенной длиной волны. При выключении они должны препятствовать прохождению фотонов, но около 20% света все же проходит. Однако, если заполнить пространство между зеркалами переохлажденными атомами цезия, прохождение света блокируется полностью.
Ученые МТИ считают, что их разработка пригодится для развития квантовых вычислений, чье главное преимущество — возможность параллельно выполнять операции благодаря использованию состояния суперпозиции частиц, когда те одновременно могут быть и во «включенном», и в «выключенном» состоянии.
«При переносе нашего переключателя на чип конструкция будет точно такая же, только переохлажденные атомы надо будет поместить в полость, вытравленную в полупроводнике, — объяснила Елена Вукович, профессор электронного машиностроения Стэнфордского университета. — Понадобятся кое-какие дополнительные меры, но сам принцип вполне можно использовать для создания интегрированной многоэлементной платформы».
Между тем о создании первого в мире квантового компьютера уже объявляла коммерческая компания D-Wave Systems, чем вызвала сомнения в научном мире. Этот компьютер у нее приобрела Google, и он установлен в Лаборатории квантовых вычислений и искусственного интеллекта, созданной компанией совместно с Исследовательским центром НАСА им. Эймса. В D-Wave Systems тем временем уже создали новый «кубитовый процессор», охлаждаемый с помощью криогенной системы, занимающей герметичное помещение площадью 10 кв. м.