光と単一光子をスイッチングに使用する光トランジスタへの移行により、消費電力を増やすことなく、プロセッサの速度を1000倍に高めることができます。今日、科学者たちはそのようなトランジスタの動作に最適な条件を探しています。 SkoltechとIBMの科学者たちはこの道をかなり進んでおり、光スイッチの状態を切り替えるための物理学と技術を提案しています。
それ自体では、光子は互いに、そして物質と無視できるほど弱く相互作用します。光子がトランジスタの状態を切り替えるためには、光子との相互作用が強い環境を作る必要があります。 SkoltechとIBMの研究者は、この目標を何年にもわたって追求しており、重要な結果を達成しています。中間結果は控えめに見えましたが、今日、それらは将来の光トランジスタがどのように見えるかというアイデアを形作るのに役立ちました。
光トランジスタの新しい構造は、ポリマー光共振器の周りに構築され、高い反射特性を持つ無機材料によって両側がクランプされています。構造は、制御とポンプの2つのレーザービームによって制御されます。パイロットビームは、1つまでの少数の光子を処理できます。これにより、究極のエネルギー効率の基礎が作成されます（単一の光子よりも経済的なものは何でしょうか）。制御ビームのタスクは、ポンプビームを開始する前に共振器の条件を準備することです。これにより、トランジスタが状態0または1に移行します。
より強いポンプビームは、共振器内のいわゆる励起子ポラリトンを励起します。これは、非常に短い寿命の光と物質のハイブリッド状態です。これらは、光子と他の準粒子（励起子）の相互作用によって形成される準粒子です。一方、励起子は、媒体内の電子励起、特に電子と正孔の通常の結合ペアによって表されます。光子と励起子の複合準粒子は、励起子-ポラリトンと呼ばれます。共振器の構造にテストビームを発射すると、多かれ少なかれ励起子ポラリトンが得られます。これらの複合準粒子が多い場合、トランジスタは状態1に移行し、少ない場合は0に移行します。
このプロセスについては、公式のプレスリリースでもう少し読むことができます。作品に関する記事がNature誌に掲載されました。長期的には、この作業により、スイッチング速度が現在の100倍から1000倍のトランジスタを備えた光プロセッサが登場する可能性があります。この場合、発熱量はわずかな値にまで減少し、室温で動作する場合は冷却システムをまったく必要としません。
2021-09-24 13:06:16
著者: Vitalii Babkin