Le passage aux transistors optiques, qui utilisent la lumière et même des photons uniques pour la commutation, promet de multiplier par mille la vitesse des processeurs sans augmenter la consommation électrique. Aujourd'hui, les scientifiques recherchent des conditions optimales pour le fonctionnement de tels transistors. Les scientifiques de Skoltech et d'IBM sont allés assez loin dans cette voie, et ils ont proposé la physique et la technologie pour la commutation d'état des commutateurs optiques.
Par eux-mêmes, les photons interagissent de manière négligeable entre eux et avec la matière. Pour que les photons commutent les états du transistor, il leur faut créer un environnement dans lequel l'interaction avec les photons serait forte. Les chercheurs de Skoltech et d'IBM poursuivent cet objectif depuis des années et ont obtenu des résultats significatifs. Les résultats intermédiaires semblaient modestes, mais aujourd'hui, ils ont contribué à façonner l'idée de ce à quoi pourrait ressembler le transistor optique du futur.
La nouvelle structure du transistor optique est construite autour d'un résonateur optique polymère, serré des deux côtés par un matériau inorganique à hautes propriétés réfléchissantes. La structure est contrôlée par deux faisceaux laser - contrôle et pompe. Le faisceau pilote peut traiter un petit nombre de photons, jusqu'à un, ce qui crée la base d'une efficacité énergétique ultime (quoi de plus économique qu'un seul photon ?). La tâche du faisceau de contrôle est de préparer les conditions dans le résonateur avant de démarrer le faisceau de pompe, qui, à son tour, transférera le transistor à l'état 0 ou 1.
Un faisceau de pompage plus puissant excite les polaritons dits d'excitons dans le résonateur - des états hybrides de lumière et de matière avec une durée de vie très courte. Ce sont des quasiparticules formées par l'interaction de photons et d'autres quasiparticules - les excitons. Les excitons, quant à eux, sont représentés par une excitation électronique dans un milieu, en particulier par des paires liées ordinaires d'un électron et d'un trou. Les quasiparticules composites de photons et d'excitons sont appelées excitons-polaritons. Le lancement d'un faisceau test dans la structure du résonateur fournit plus ou moins d'excitons-polaritons. S'il y a plus de ces quasiparticules composites, le transistor est transféré à l'état 1, si moins, à 0.
Vous pouvez en savoir un peu plus sur le processus dans le communiqué de presse officiel. Un article sur le travail a été publié dans la revue Nature. A terme, les travaux pourraient conduire à l'émergence de processeurs optiques à transistors avec des vitesses de commutation de 100 à 1000 fois plus rapides qu'aujourd'hui. Dans ce cas, le niveau de production de chaleur sera réduit à des valeurs insignifiantes, ce qui ne nécessite aucun système de refroidissement lors du fonctionnement à température ambiante.
2021-09-24 13:06:16
Auteur: Vitalii Babkin