Οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου Monash ανέπτυξαν ένα μικροσκοπικό νέο κύκλωμα που μπορεί να παράγει, να κατευθύνει και να διαβάζει πληροφορίες που μεταφέρονται από το φως σε ένα τσιπ.
Η πρόοδος σηματοδοτεί ένα σημαντικό ορόσημο για ένα αναπτυσσόμενο πεδίο έρευνας γνωστό ως “valleytronics” που θα μπορούσε να βοηθήσει στην επίτευξη μελλοντικών προόδων στον ταχύτερο υπολογισμό, τη χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας και την κβαντική τεχνολογία.
Αναπτύχθηκε από ερευνητές της Σχολής Φυσικής και Αστρονομίας του Monash, η νέα συσκευή συνδυάζει προηγμένη νανοτεχνολογία με εξελιγμένα υλικά για να λύσει μια πρόκληση που έχει περιορίσει το πεδίο εδώ και χρόνια.
Για πρώτη φορά, η ομάδα ανέπτυξε ένα πλήρως ενσωματωμένο τσιπ ικανό να παράγει ειδικά φωτεινά σήματα, να τα κατευθύνει σε συγκεκριμένες διαδρομές και να τα μετατρέπει σε ηλεκτρικά σήματα στο ίδιο συμπαγές σύστημα.
Αυτά τα σήματα αποθηκεύουν πληροφορίες χρησιμοποιώντας μια κβαντική ιδιότητα που ονομάζεται «βαθμοί ελευθερίας κοιλάδας». Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτό το μοναδικό χαρακτηριστικό θα μπορούσε να παρέχει εντελώς νέους τρόπους κωδικοποίησης, μετάδοσης και επεξεργασίας δεδομένων.
Το ενσωματωμένο τσιπ Valitronics λύνει μια μακροχρόνια πρόκληση
Ο κύριος συγγραφέας Dr. Chi Lee, η ομάδα του οποίου δημοσίευσε τα αποτελέσματα Φωτονική της Φύσηςείπε ότι το επίτευγμα αντιμετωπίζει ένα σημαντικό εμπόδιο στην έρευνα βαλετρονικών.
«Μέχρι τώρα, μπορούμε να δημιουργήσουμε ή να ανιχνεύσουμε αυτά τα σήματα, αλλά όχι όλα σε μία ενσωματωμένη συσκευή», είπε ο Δρ Λι.
“Αυτό που κατασκευάσαμε είναι ένα πλήρες σύστημα on-chip που μπορεί να δημιουργήσει, να δρομολογήσει και να διαβάσει αυτές τις πληροφορίες με πολύ υψηλή ακρίβεια.”
Η συσκευή βασίζεται σε εξαιρετικά λεπτά υλικά με πάχος μόνο μερικών ατόμων. Αυτά τα υλικά συνδυάζονται με ειδικά σχεδιασμένες νανοδομές που έχουν σχεδιαστεί για να ελέγχουν με ακρίβεια το φως σε εξαιρετικά μικρή κλίμακα.
Ο Δρ Kaijian Xing, συν-πρώτος συγγραφέας της μελέτης και ερευνητής στο Πανεπιστήμιο Monash, εξήγησε ότι η ομάδα είχε αναπτύξει έναν πρακτικό τρόπο για να συνδυάσει αυτά τα στοιχεία.
«Χρησιμοποιούμε μια απλή μέθοδο στοίβαξης για να ενσωματώσουμε εξαιρετικά λεπτά υλικά με μεταεπιφάνειες, ξεπερνώντας τις τεχνικές προκλήσεις της άμεσης ανάπτυξης υλικού σε φωτονικές δομές και επιτρέποντας περαιτέρω πρόοδο στη βαλετρονική», είπε ο Δρ.
Τεχνολογία φωτονικής θερμοκρασίας δωματίου
Ένα από τα βασικά πλεονεκτήματα της τεχνολογίας είναι ότι λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου. Πολλά κβαντικά συστήματα απαιτούν εξαιρετικά ψυχρά περιβάλλοντα, καθιστώντας τα πιο δύσκολα και δαπανηρά στη χρήση τους σε πραγματικές εφαρμογές.
Ο ανώτερος συγγραφέας Δρ. Hauran Ren, Μελλοντικός συνεργάτης του ARC και επικεφαλής της Ομάδας Monash Nanometa, είπε ότι η εργασία θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για μια νέα γενιά συμπαγών φωτονικών συσκευών που είναι προγραμματιζόμενες και εξαιρετικά αποδοτικές.
Σύμφωνα με τον Δρ Ρεν, η τεχνολογία θα μπορούσε να υποστηρίξει ταχύτερα υπολογιστικά συστήματα, να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας και να επιτρέψει νέες μεθόδους για ασφαλή επικοινωνία και βελτιωμένη επεξεργασία δεδομένων.
«Αυτό είναι ένα σημαντικό βήμα προς την επεκτάσιμη τεχνολογία που βασίζεται σε τσιπ που χρησιμοποιεί φως αντί για ηλεκτρισμό για την επεξεργασία πληροφοριών», είπε ο Δρ Ρεν.
«Οι φωτονικές συσκευές χρησιμοποιούν το φως για να επιτύχουν μεγάλο εύρος ζώνης, εξαιρετικά γρήγορες ταχύτητες μετάδοσης δεδομένων και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, επομένως αυτό που πετύχαμε έχει ισχυρές δυνατότητες για εφαρμογές στον κβαντικό υπολογισμό, την προηγμένη απεικόνιση και τα συστήματα οπτικών επικοινωνιών επόμενης γενιάς».
Επεξεργασία πολλαπλών ροών πληροφοριών
Για να δείξουν τις δυνατότητες του τσιπ, οι ερευνητές κωδικοποίησαν και επεξεργάστηκαν με επιτυχία δύο ξεχωριστές εικόνες ταυτόχρονα. Οι δοκιμές έχουν δείξει ότι η συσκευή μπορεί να χειριστεί πολλές ροές πληροφοριών ταυτόχρονα, ένα σημαντικό χαρακτηριστικό για τις μελλοντικές τεχνολογίες υπολογιστών.
Ο καθηγητής Stefan A. Maier, επικεφαλής της Σχολής Φυσικής και Αστρονομίας και του Εργαστηρίου Νανοφωτονικών του Πανεπιστημίου Monash, είπε ότι η ανάπτυξη συμβάλλει στη γεφύρωση του χάσματος μεταξύ βασικών επιστημονικών ανακαλύψεων και πρακτικών τεχνολογιών.
«Αυτό είναι ένα σημαντικό βήμα προς ένα πλήρως ολοκληρωμένο σύστημα Valitronic», δήλωσε ο καθηγητής Mayer. «Συνδυάζοντας φως και κβαντικά υλικά σε ένα μόνο τσιπ, μπορούμε να έχουμε πρόσβαση σε νέους τρόπους κωδικοποίησης και επεξεργασίας πληροφοριών».
Το διεθνές έργο συγκεντρώνει ερευνητές από την Αυστραλία, την Κίνα, τη Σιγκαπούρη, τη Γερμανία και την Ιαπωνία, συνδυάζοντας την τεχνογνωσία στη νανοφωτονική, τα δισδιάστατα υλικά και την οπτοηλεκτρονική.
Ομάδα του Πανεπιστημίου Dr. Monash. Συμπεριλήφθηκαν οι Chi Li, ο Dr. Kaijian Jing, ο καθηγητής Michael S. Fuhrer, ο καθηγητής Stefan A. Mayer και ο Dr. Haoran Ren. Πρόσθετες συνεισφορές προήλθαν από το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας και Σχεδίου της Σιγκαπούρης, το LMU Μονάχου και το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Σίδνεϊ.
