IBM wraz z Rosjanami opracował przełączniki optyczne, które są 1000 razy szybsze od tranzystorów

Paweł Czajkowski | 21-10-2021, 15:55 |Źródło: https://spectrum.ieee.org/ | 0

IBM wraz z Rosjanami opracował przełączniki optyczne, które są 1000 razy szybsze od tranzystorów

Współpraca między IBM i rosyjskimi naukowcami zaowocowała opracowaniem przełączników optycznych, które mogą zastąpić tradycyjne przełączniki oparte na tranzystorach. Przełączniki optyczne są nawet 1000 razy szybsze od obecnych rozwiązań.

Prawo Moore'a to obserwacja poczyniona przez współzałożyciela Intela Gordona Moore'a, która początkowo zakładała podwajanie liczby tranzystorów w chipie każdego roku. Moore dokonał tej obserwacji w 1965 roku i poprawił ją w 1975 roku, zmieniając okres, na co 2 lata. Ostatecznie prawo Moore'a przestanie mieć zastosowanie, a tranzystory nie będą mogły być coraz mniejsze. IBM połączył siły z rosyjskimi badaczami i stworzył przełączniki optyczne, które używają światła zamiast elektryczności do włączania i wyłączania przełączników, które działają jak binarne 1 i 0.

Przełączniki optyczne są często wskazywane jako potencjalny następca tranzystorów. W tym przypadku za medium zamiast napięcia wykorzystywany jest foton. Wykorzystanie laserów i luster pozwala stworzyć kondensaty Bosego-Einsteina, których zmiany stanów działają jak binarne 1 i 0. Przełączniki optyczne mogą znaleźć zastosowanie w komputerach kwantowych.

Jeszcze pięć lat temu istniał pogląd, że użycie światła może pomóc rozszerzyć lub nawet wznowić prawo Moore'a. Raport ExtremeTech z lutego 2016 roku twierdził: "Jednak raz stworzony, w pełni optyczny komputer mógłby umożliwić nam ponowne uruchomienie prawa Moore'a. Komputer optyczny jest jednym z naszych najlepszych sposobów na ponowne przyspieszenie wykładniczego wzrostu mocy obliczeniowej". Współpraca między IBM i rosyjskimi naukowcami zaowocowała opracowaniem przełączników optycznych, które mogą przewyższać tradycyjne przełączniki oparte na tranzystorach, pracując nawet 1000 razy szybciej.

Światło to najszybsze medium, ale również znacznie efektywniejsze niż tranzystory elektroniczne. Podczas gdy tradycyjne tranzystory elektroniczne reprezentują jedną z wartości binarnych – 1 lub 0 – poprzez "przełączanie" między tymi stanami binarnymi przy użyciu napięcia, przełącznik optyczny może przełączać stany z najmniejszą i najbardziej wydajną jednostką - pojedynczym fotonem. Podstawą działania przełączników są lasery i lustra. Nowe urządzenie opiera się na warstwie polimerowego półprzewodnika organicznego o szerokości 35 nanometrów umieszczonego pomiędzy dwoma wysoce odblaskowymi lustrami. Rezultatem jest mikroskopijna wnęka - można ją sobie wyobrazić jako pułapkę na światło - zaprojektowana tak, aby jak najdłużej zatrzymywać wpadające światło w środku i pomóc mu połączyć się z materiałem wnęki.

Działanie lasera pompującego na polimer sprawia, że fotony dużej mocy sprzęgają się z ekscytonami (forma elektronu), tworząc skupiska quasicząstek znanych jako polaryton ekscytonowy. Gromada polarytonów ekscytonowych może tworzyć tak zwane kondensaty Bosego-Einsteina, zbiory cząstek, z których każda zachowuje się jak pojedynczy atom. Kolejny laser o słabej mocy oddziałuje z kondensatami Bosego-Einsteina, umożliwiają im przełączanie się między dwoma mierzalnymi stanami, które działają jak binarne 1 i 0.

"Najbardziej zaskakującym odkryciem było to, że możemy uruchomić przełącznik optyczny przy najmniejszej ilości światła, pojedynczym fotonie" - powiedział Pavlos Lagoudakis, fizyk z Instytutu Nauki i Technologii Skolkovo w Moskwie. Ma to oczywiście wpływ zarówno na wydajność energetyczną, jak i temperatury robocze, co może umożliwić zastąpienie systemów opartych na tranzystorach nie tylko wtedy, gdy wymagane są większe prędkości, ale także w przypadku ograniczeń związanych z chłodzeniem, szumami energetycznymi lub szumami elektronicznymi podczas wdrażania systemu. Przełączniki optyczne mogą się świetnie sprawdzić w komputerach kwantowych.

Zobacz także: