Специалисты из Санкт-Петербургского государственного университета создали новую технологию сохранения света, предназначенную для обработки данных с использованием оптического метода. Достижение отечественных ученых может оказаться полезными при создании оптических вычислительных устройств следующего поколения. Информация об этом опубликована на официальном сайте Десятилетия науки и технологий в России.
Объемы информации в современном мире увеличиваются экспоненциально, и для ее цифровой обработки требуются все большие ресурсы. Из-за этого вычислительная мощность нынешних компьютеров приближается к своему пределу. Поэтому ученые активно исследуют новые методы повышения эффективности вычислений. Одним из перспективных направлений выступает разработка компьютеров нового поколения — оптических. В них для передачи и обработки данных используются фотоны (свет), заменяя традиционные электрические сигналы.
Оптические системы выделяют меньше тепла и потребляют меньше энергии по сравнению с традиционными полупроводниками, но их интеграция с электронными компонентами требует разработки принципиально новых решений. Российские ученые предложили инновационный метод хранения света, основанный на явлении трехимпульсного фотонного эха в магнитном поле, что потенциально способно существенно повысить скорость вычислений.
Роман Назаров, один из авторов исследования и аспирант СПбГУ, объяснил, что протокол фотонного эха задействует два лазерных импульса для записи информации и один импульс для считывания. Основная трудность заключается в сохранении когерентности света, то есть фазы световой волны (ее положение в цикле колебаний). Для записи информации применяются специальные состояния в полупроводниковых кристаллах — экситоны. Они обеспечивают запись и считывание данных всего за триллионные доли секунды. Чтобы информация сохранялась дольше, экситоны переводятся в «темное» состояние за счет магнитного поля.
Экситоны представляют собой пары, состоящие из электрона и «дырки», то есть места, где электрона не хватает. Они образуются в полупроводниках или диэлектриках. Их можно рассматривать как временные «атомы» внутри материала: электрон и «дырка» взаимно притягиваются, но не сливаются. Они способны пребывать в «темном» состоянии, когда они не взаимодействуют со светом, не излучают и не поглощают фотоны. Такое состояние позволяет хранить информацию длительное время, ведь в обычном состоянии экситоны быстро объединяются, превращаясь в свет, тогда как в «темном» состоянии этот процесс запрещен, благодаря чему они сохраняются намного дольше.
Эксперт подчеркнул, что свет представляет собой волну, и важно сохранять не только ее амплитуду, но и момент достижения волной своей вершины, то есть фазу света. Предложенный способ позволяет с помощью магнитного поля зафиксировать фазу света в темных экситонах, а затем извлекать ее для последующего считывания. Достигнутые результаты создают предпосылки для разработки устройств нового поколения, предназначенных для хранения оптической информации, отличающихся низким энергопотреблением и широкими возможностями применения.
Ранее Китай представил квантовый чип, который в 1 квадриллион раз быстрее лучшего в мире суперкомпьютера.
