211service.com
Ātrāka optiskā pārslēgšana
Datori kļūst ātrāki un sakaru signāli kļūst ātrāki, taču saskarne starp tiem, kur elektroni datora shēmās tiek pārveidoti optiskās šķiedras kabeļa fotonos, joprojām ir neveikla un lēna. Tiek saukti jauni tranzistori, kas balstās uz virtuālajām daļiņām eksitoni varētu to mainīt. Eksitons ir elektriskā uzbudinājuma stāvoklis, kas var pāriet no viena atoma uz otru, līdzīgi kā to dara elektriskā strāva. Kad eksitons zaudē enerģiju, tas izstaro fotonu, tāpēc eksitoni labi pārvēršas starp elektriskajiem un optiskajiem signāliem.
Uzbudināmā ķēde: Kalifornijas universitātes sistēmas pētnieku izstrādātā jaunā mikroshēma pārvērš optiskos signālus virtuālo daļiņu plūsmās, ko sauc par eksitoniem, kas reaģē uz elektriskajiem laukiem, bet ir viegli pārvēršami fotonos. Šeit no mikroshēmas centra izplūst trīs eksitonu plūsmas.
Problēma esošajās sistēmās ir šķērslis starpsavienojumā starp optisko signālu un elektrisko signālu, saka Alekss Augstais , Kalifornijas Universitātes Sandjego (UCSD) absolvents, kurš veica pētījumu kopā ar kolēģiem tur un Kalifornijas Universitātē Santa Barbarā. Tas izslēdz šo papildu soli. Tā kā eksitoni ir gaismas nesēji, jūs varat ar tiem manipulēt, veikt loģiskus procesus ar gaismu eksitona formā un pēc tam atbrīvot šo gaismu citā vietā.
Pētnieki ir izveidojuši nelielas, pārdzesētas integrētās shēmas, kas izgatavotas no gallija arsenīda, kas var nosūtīt eksitona signālus dažādos virzienos vai apvienot divus signālus vienā darbā, kas ir nepieciešams, lai apstrādātu datora loģikas pamatus tāpat kā elektroniskās shēmas. Aprēķinu ātrums pats par sevi var nebūt daudz ātrāks par parasto mikroshēmu, saka Leonīds Butovs , kurš vadīja pētījumu. Kur mēs varam iegūt ātrumu, ir fotonu transformācija. Butovs līdz šim ir demonstrējis pārslēgšanās ātrumu 200 pikosekundes, kas ietver gan aprēķina laiku, gan fotonu pārveidošanu eksitonos. Parastās pārveidošanas un pārslēgšanas ātrums atšķiras atkarībā no materiāla, taču tas ir apmēram par vienu pakāpi lēnāks nekā Butova slēdzis. (Tirgū ir arī pilnībā optisks slēdzis, kuram nav jāpārvērš optiskie signāli elektriskos. Tā pārslēgšanas ātrums ir 50 pikosekundes, bet tā lielā izmēra dēļ tas spēj veikt tikai elementāras darbības.) Un 200 pikosekundes vēl nav pat galīgā atbilde, saka Butovs. Mēs, iespējams, spēsim to padarīt ievērojami ātrāku.
Vienmērīgākam optiski elektroniskajam interfeisam ir plaša nozīme. Šķiedru optika ir visefektīvākais veids, kā pārsūtīt lielus datu apjomus ar gaismas ātrumu, un to izmanto neskaitāmās lietojumprogrammās, sākot no telekomunikācijām līdz temperatūras noteikšanai un vienkārši informācijas pārnešanai no vienas datora mikroshēmas uz citu. Bet kādā brīdī optiskie signāli gandrīz vienmēr ir jāpārvērš elektriskos signālos — neatkarīgi no tā, vai jūsu galddators tos var saprast vai arī lai tie varētu tikt pastiprināti ilga ceļojuma laikā. Pārveidošana ir ne tikai lēna, bet arī tradicionālie pārveidotāji ir dārgi, salīdzinoši lieli un tērē enerģiju.
Elektriski kontrolējot eksitonus, Kalifornijas pētnieki var radīt digitālo loģikas vārtu pamatus. Šeit viena un tā pati mikroshēma liek eksitonu plūsmai pagriezties pa kreisi, pagriezties pa labi vai vienlaikus sazaroties diviem ceļiem.
Jaunā integrētā mikroshēma tomēr uztver gaismu tādu, kāda tā ir, darbojas ar to pēc vajadzības un izspiež gaismu no otras puses. Ikreiz, kad fotons ietriecas mikroshēmā, tas izspiež negatīvi lādētu elektronu no pusvadītāja atoma, atstājot aiz sevis pozitīvi lādētu caurumu. Bez iejaukšanās elektrons un caurums vienkārši apvienojas. Bet UCSD komanda izmanto tā sauktās kvantu akas, lai elektrons un caurums būtu atsevišķi, taču pietiekami tuvu, lai paliktu saistīti vienā vienībā. Šo rūpīgi saistīto daļiņu sauc par netiešo eksitonu, un tai ir nepāra īpašība, ka tā pārvietosies, kad tā atrodas elektriskā laukā, pat ja tā ir neitrāli uzlādēta. Elektrisko lauku iedarbināti eksitoni traucas cauri mikroshēmai pa noteikto ceļu, līdz tiek atļauts rekombinēties. Tad viņi atbrīvo savu enerģiju gaismas zibspuldzē, kas nosūta sakaru signālu uz nākamo galamērķi.
Prototipa mikroshēmas ir jāatdzesē līdz temperatūrai, kas zemāka par -234 ºC. Taču pētnieki ir pārliecināti, ka viņi varēs no jauna izveidot savas smalkās kvantu akas pusvadītāju materiālos, kas ļauj eksitoniem veidoties istabas temperatūrā.
Mikroshēmas izveidošana tā, lai elektriskie lauki nesaplēstu eksitonus, bija viens no galvenajiem šķēršļiem zinātniekiem. Ja šis lauks kļūst pārāk spēcīgs, tas var saplēst elektronu un caurumu. Izstrādājot vārtus, kas nosaka eksitonu shēmas, bija vajadzīgas jaunas dizaina idejas un īpaša piesardzība to īstenošanā, saka Leonīds Ļevitovs , MIT zinātnieks. Es uzskatu, ka tas ir būtisks sasniegums eksitona fizikā, kam var būt arī ļoti praktiskas sekas un tas var novest pie pielietojumiem.
Butovs un viņa kolēģi piekrīt. Viņu krāsainajos mikroshēmu attēlos ir redzamas eksitonu plūsmas, kuras var piespiest pagriezties pa kreisi vai pa labi, kuras var sadalīt, lai dotos gan pa kreisi, gan pa labi, vai otrādi, kas var pārvietoties pa diviem ceļiem un apvienoties. vienā straumē. Lai gan komanda vēlētos demonstrēt papildu trikus, piemēram, signāla pastiprināšanu, fotoattēli liecina, ka to shēmas var tikt veidotas tā, lai tās veiktu jebkuru loģisku darbību, ko spēj veikt tradicionālā elektroniskā mikroshēma. Un, kā saka pētnieki, viņu mikroshēma to darīs labāk.