Наука и Техника

Наука И Техника
4 июня 2015

Самый маленький в мире светорасщепитель открывает путь вычислениям, выполняющимся со скоростью света

Кремниевая фотоника является относительно молодой и бурно развивающейся областью, в чем-то родственной электронике. Только вместо электронов, в кремниевой фотонике используются фотоны лазерного света, при помощи которых происходит передача, хранение и обработка цифровой информации. В теории кремниево-фотонный процессор, лишенный задержек, возникающих при распространении электрического сигнала через традиционные транзисторы и другие электронные компоненты, может обрабатывать данные буквально со скоростью света, в миллионы раз быстрее, нежели чем самые быстрые современные компьютеры. В направлении создания кремний-фотонных устройств работает группа исследователей из университета Юты (University of Utah) и недавно им удалось создать самый маленький на сегодняшний день фотонный светорасщепитель, настолько маленький, что миллионы таких устройств могут быть размещены на поверхности кристалла обычного кремниевого чипа.

Созданный исследователями светорасщепитель имеет размеры 2.4 на 2.4 микрона, что равно приблизительно пятидесятой части от толщины человеческого волоса, и он является огромным рывком в миниатюризации подобных устройств, ведь размеры самого маленького расщепителя, созданного до этого момента были равны 100 на 100 микрон. Функция светорасщепителя заключается в разделении поступающего луча света на два, что позволяет создать в пределах одного луча два независимых коммуникационных канала, отличающиеся показателем поляризации света. Объединенный с другими фотонными компонентами, заменяющими их электронные эквиваленты, такие, как транзисторы, диоды и другие полупроводниковые устройства, новый светорасщепитель может стать одним из основных компонентов будущих фотонных цифровых устройств.

"Свет - это самая быстрая вещь, которую можно использовать для передачи и обработки информации" - рассказывает профессор Раджеш Менон (Rajesh Menon) из университета Юты, - "Но, оптическая информация, прежде чем попасть в ваш компьютер или смартфон, должна быть преобразована к электрическому виду. Это преобразование замедляет дальнейшую обработку информации, но если у нас появится возможность избежать этого, то вычисления могут делаться в миллионы раз быстрее, чем сейчас".

Мало того, что новый светорасщепитель позволит в будущем обмениваться информацией на световых скоростях, он имеет структуру, полностью изготовленную из кремния. Это, в свою очередь, означает, что производство таких устройств будет недорогим, а существующие методы производства полупроводниковых кремниевых устройств позволят создавать на кристаллах чипов множество идентичных светорасщепителей, имеющих допустимые разбросы их основных характеристик. Поскольку фотонные схемы не будут использовать движение электронов, сталкивающееся с таким явлением, как электрическое сопротивление, то фотонным устройствам для их работы будет требоваться меньшее количество энергии, они будут вырабатывать меньше паразитного тепла, что избавит инженеров от необходимости использования дополнительных систем охлаждения.

В настоящее время специалисты таких известных компаний, как Intel и IBM, разрабатывают свои первые кремний-фотонные компоненты, предназначенные для высокопроизводительных суперкомпьютерных вычислительных систем. Светорасщепитель, разработанный исследователями из университета Юты, уже практически готов к использованию в подобных системах, для доработки технологии до полностью законченного уровня исследователям потребуется не так ужи и много времени.