Решена важная проблема фотонной электроники. Найден способ передачи оптических сигналов на большие расстояния

Волноводы для оптических вычислительных схем

Ученые из МФТИ вместе с коллегами из ОАЭ разработали новый тип V-образных волноводов, которые приблизят создание первых эффективных фотонных интегральных систем, пишет ТАСС.

Волноводы обладают оптимальными свойствами для обработки и передачи сигналов на большие расстояния внутри оптических вычислительных схем. На их основе, по словам разработчиков, можно создавать целый ряд устройств нового поколения — миниатюрные интерферометры для модуляции сигнала, датчики, сенсоры, резонаторы и другие фотонные приборы.

Разработка решает одну из проблем замены электронных логических цепочек на их более миниатюрные световые аналоги, управлять движением света в которых крайне сложно.

Способ управлять излучением

Волноводы представляют собой V-образные каналы, сформированные в толще материала, который состоит из нескольких прослоек оксихлорида молибдена (MoOCl2), уложенных друг поверх друга, пояснили исследователи.

Фотонные чипы могут стать основой электроники нового поколения

Материал обладает необычными физическими свойствами благодаря особой структуре. При движении фотонов под одним углом «стопка» из слоев оксихлорида молибдена ведет себя как металл, а в другом — как диэлектрик. Внутри возникают особые квазичастицы, гиперболические плазмон-поляритоны, которые позволяют точечно локализовать излучение и управлять его движением и свойствами.

Такие волноводы могут сохранять сигнал на больших расстояниях — порядка нескольких десятков микрон. Устройства с ними можно значительно уменьшить в размерах по сравнению с устройствами, в которых используются волноводы из золота.

Еще одна проблема в развитии фотонной электроники

Интерес к фотонным интегральным схемам (ФИС) в мире бурно растет. По прогнозам многих мировых экспертов, интегральная фотоника сегодня может сыграть ключевую роль в формировании инфраструктуры будущих систем искусственного интеллекта, глобальной связи, гибридных и квантовых вычислений, сенсорики и транспорта.

В последние годы темпы развития полупроводниковой электроники значительно замедлились, так как транзисторы по размерам уже приближаются к атомам. Исследователи всего мира вступили в квантовую гонку, в которой участвуют четыре ключевых платформы: сверхпроводники, ионы, нейтральные атомы и фотоны.

Фотоны могут поддерживать стабильные квантовые состояния при комнатной температуре. Это свойство позволяет снизить затраты энергии в сравнении с другими типами квантовых компьютеров, кубиты в которых очень чувствительны к внешним воздействиям и легко теряют свою суперпозицию.

Еще одно препятствие на пути развития фотонной электроники — отсутствие надежных систем хранения информации в световом виде. Сегодня свет быстро передает большие объемы данных, но внутри компьютеров информация по-прежнему обрабатывается и хранится преимущественно в электронной форме. Поэтому световой сигнал приходится преобразовывать в электрический, а затем обратно, что создает задержки и требует энергии. Чтобы сократить число таких преобразований, оптическим чипам необходима собственная память, способная сохранять заданное состояние света.