Наука и Техника

Наука И Техника
28 января 2016

Российские ученые решили одну из основных задач на пути создания фотонных компьютеров

Высокоэффективные микропроцессоры, регулирующие потоки фотонов, а не электронов, обещают повысить производительность компьютеров в тысячу раз, потому что скорость движения электронов несравнимо меньше скорости света. Проблема в том, что в отличие от обычных электронных микропроцессоров, фотонные компоненты трудно сделать миниатюрными из-за сложностей с поворотом светового потока под прямым углом. Учёные решили применить плазмонные компоненты, которые позволяют воспользоваться уникальным колебательным взаимодействием фотонов и электронов на поверхности металла.

К сожалению, плазмонные структуры слишком сильно нагреваются, и для их охлаждения невозможно использовать обычные вентиляторы. Для этого необходима специальная система охлаждения, работающая в масштабах фотонного чипа – имеющего размеры меньше одной миллиардной доли метра. Это одна из причин, по которой оптические транзисторы долгие годы считались непригодными к использованию. Этим также объясняется, почему возник такой ажиотаж вокруг открытия российских учёных, предложивших новый метод охлаждения фотонных компонентов.

Оптоэлектроника уже давно стала важнейшей областью исследований для таких компаний, как Oracle и IBM. Не удивительно, что американское Управление перспективных оборонных исследований DARPA также активно занимается оптоэлектронными исследованиями.

В чём тут проблема? Чтобы смонтированные на чипе оптико-электронные устройства могли работать с потоками световых волн, они должны иметь огромные размеры, что лишает технологию всех преимуществ. Однако, можно заставить свет перемещаться в меньших по размеру волноводах путём преобразования его в поверхностные плазмонные поляритоны — электромагнитные волны, которые распространяются под воздействием фотонов на поверхности металла и диэлектрических слоев чипа. Но это может привести к перегреву. Российские исследователи утверждают, что их метод, опубликованный на этой неделе в журнале ACS Photonics, позволяет значительно ограничить повышение температуры.

Эти технологии «дают возможность создать высокопроизводительные компьютеры, способные анализировать информацию на много порядков быстрее, чем это делается сегодня. Тем не менее, для того, чтобы разработать компьютеры на основе таких технологий, необходимо обеспечит эффективное охлаждение микропроцессоров», — говорит один из авторов исследования Дмитрий Федянин.