10 GHz optiskais tranzistors, kas izgatavots no silīcija

Elektroni diezgan labi apstrādā informāciju, bet ne tik labi pārnēsā to lielos attālumos. No otras puses, fotoni veic lielisku darbu, pārvietojot datus pa planētu, taču tie nav tik ērti, lai tos apstrādātu.

Tā rezultātā tranzistori ir elektroniski, bet sakaru kabeļi ir optiski. Un pasaule ir noslogota ar ievērojamu daudzumu enerģijas izsalkušas infrastruktūras, lai pārveidotu elektronisko informāciju optiskā daudzveidībā un otrādi.

Tāpēc nav pārsteigums, ka ir liela interese par optiskā tranzistora izstrādi, kas varētu padarīt elektronisko šķirni novecojušu.

Tomēr pastāv būtiska problēma. Lai gan dažādas grupas ir konstruējušas optiskos slēdžus, optiskajiem tranzistoriem ir jābūt arī vairākām citām īpašībām, lai tos varētu savienot tādā veidā, kas spēj apstrādāt informāciju.

Piemēram, to izvadei jāspēj darboties kā ieejai citam tranzistoram — tas nav viegli, ja, piemēram, izvadei ir atšķirīga frekvence no ieejas. Turklāt izvadei ir jāspēj vadīt vismaz divu citu tranzistoru ievadi, lai loģiskie signāli varētu izplatīties. Šo īpašību sauc par fanout. Tas prasa ievērojamu peļņu. Turklāt katram tranzistoram ir jāsaglabā loģiskā signāla kvalitāte, lai kļūdas netiktu izplatītas. Un tā tālāk.

Problēma ir tāda, ka nevienam nav izdevies izgatavot optiskos tranzistorus, kas spēj visu un var būt izgatavoti arī no silīcija.

Šodien Leo Varghese no Purdjū universitātes Indiānā un daži draugi saka, ka ir izveidojuši ierīci, kas sper nozīmīgu soli šajā virzienā.

Viņu optiskais tranzistors sastāv no mikrogredzena rezonatora blakus optiskajai līnijai. Parastos apstākļos gaismas padeve nonāk optiskajā līnijā, iet pa to un pēc tam izvada. Bet noteiktā rezonanses frekvencē gaisma mijiedarbojas ar mikrogredzenu rezonatoru, ievērojami samazinot izvadi. Šajā stāvoklī izeja būtībā ir izslēgta, pat ja barošana ir ieslēgta.

Šo puišu pilnveidotais triks ir izmantot citu optisko līniju, ko sauc par vārtiem, lai uzsildītu mikrogredzenu, tādējādi mainot tā izmēru, rezonanses frekvenci un spēju mijiedarboties ar izvadi.

Tas ļauj vārtiem ieslēgt un izslēgt izeju.

Ir papildu gudrs pagrieziens. Mikrogredzena mijiedarbība ar vārtiem ir spēcīgāka nekā ar padeves-izejas līniju. Tas ir svarīgi, jo tas nozīmē, ka mazs vārtu signāls var kontrolēt daudz lielāku izejas signālu.

Varghese un co saka, ka vārtu signāla attiecība pret padevi ir gandrīz 6 dB. Tas ir pietiekami, lai darbinātu vismaz divus citus tranzistorus, kas ir tieši tas ventilatora īpašība, kas nepieciešama optiskajiem tranzistoriem.

Šie puiši pat ir izveidojuši ierīci no silīcija ar joslas platumu, kas spēj nodrošināt datu pārraides ātrumu līdz 10 GHz.

Tas ir iespaidīgs rezultāts, jo īpaši saderība ar silīciju.

Tomēr priekšā ir ievērojami šķēršļi, pirms pilnībā optiskais dators, kas izgatavots ar šīm ierīcēm, var cerēt konkurēt ar saviem elektroniskajiem brālēniem.

Lielākā problēma ir enerģijas patēriņš. Liela daļa elektronisko tranzistoru enerģijas patēriņa rodas no nepieciešamības uzlādēt līnijas, kas tos savieno ar darba spriegumu.

Teorētiski optiskie tranzistori varētu būt vēl efektīvāki — to līnijām vispār nav nepieciešama uzlāde. Taču praksē lāzeri sadedzina enerģiju tā, it kā tās būtu divdesmit dolāru banknotes. Šī iemesla dēļ nepavisam nav skaidrs, vai optiskie tranzistori var atbilst elektronisko mikroshēmu efektivitātei.

Tā kā datoru industrija tagad ir atbildīga par gandrīz 2 procentiem no globālās oglekļa dioksīda emisijām, gandrīz tikpat daudz kā aviācija, enerģijas patēriņš var izrādīties galvenais faktors informācijas apstrādes turpmākajā virzienā.

Atsauce: arxiv.org/abs/1204.5515 : Silīcija optiskais tranzistors

paslēpties