Il passaggio ai transistor ottici, che utilizzano la luce e persino singoli fotoni per la commutazione, promette di aumentare di mille volte la velocità dei processori senza aumentare il consumo di energia. Oggi gli scienziati sono alla ricerca di condizioni ottimali per il funzionamento di tali transistor. Gli scienziati di Skoltech e IBM sono andati abbastanza lontano lungo questo percorso e hanno proposto la fisica e la tecnologia per la commutazione degli stati degli interruttori ottici.
Da soli, i fotoni interagiscono in modo trascurabile debolmente tra loro e con la materia. Affinché i fotoni cambino gli stati del transistor, è necessario che creino un ambiente in cui l'interazione con i fotoni sia forte. I ricercatori di Skoltech e IBM perseguono questo obiettivo da anni e hanno ottenuto risultati significativi. I risultati intermedi sembravano modesti, ma oggi hanno contribuito a plasmare l'idea di come potrebbe essere il transistor ottico del futuro.
La nuova struttura del transistor ottico è costruita attorno a un risonatore ottico polimerico, bloccato su entrambi i lati da un materiale inorganico con elevate proprietà riflettenti. La struttura è controllata da due raggi laser: controllo e pompa. Il raggio pilota può gestire un piccolo numero di fotoni, fino a uno, che crea le basi per la massima efficienza energetica (cosa potrebbe esserci di più economico di un singolo fotone?). Il compito del raggio di controllo è preparare le condizioni nel risonatore prima di avviare il raggio della pompa, che, a sua volta, trasferirà il transistor allo stato 0 o 1.
Un raggio di pompa più forte eccita i cosiddetti polaritoni eccitoni nel risonatore - stati ibridi di luce e materia con una vita molto breve. Queste sono quasiparticelle formate dall'interazione di fotoni e altre quasiparticelle - eccitoni. Gli eccitoni, d'altra parte, sono rappresentati dall'eccitazione elettronica in un mezzo, in particolare, dalle normali coppie legate di un elettrone e di una lacuna. Le quasiparticelle composite di fotoni ed eccitoni sono chiamate eccitoni-polaritoni. Il lancio di un raggio di prova nella struttura del risonatore fornisce più o meno polaritoni eccitoni. Se ci sono più di queste quasiparticelle composite, il transistor viene trasferito allo stato 1, se inferiore, a 0.
Puoi leggere un po' di più sul processo nel comunicato stampa ufficiale. Un articolo sul lavoro è stato pubblicato sulla rivista Nature. A lungo termine, il lavoro potrebbe portare alla nascita di processori ottici con transistor con velocità di commutazione da 100 a 1000 volte più veloci di oggi. In questo caso, il livello di generazione di calore sarà ridotto a valori insignificanti, che non richiedono affatto sistemi di raffreddamento quando si opera a temperatura ambiente.
2021-09-24 13:06:16
Autore: Vitalii Babkin