Свет заменит электричество: ученые создали уникальный наночип для сверхбыстрых квантовых вычислений
Исследователи разработали уникальную наноразмерную схему, которая способна управлять световыми сигналами на одном чипе. Эта технология может стать основой для создания сверхбыстрых оптических компьютеров будущего, которые заменят традиционные кремниевые процессоры.
Об этом сообщают исследователи из Университета Монаша (Monash University), результаты работы которых опубликовало научное издание Phys.org.
Актуально Компьютеры без перегрева – новый чип из Японии обещает революцию в быстродействии
Разработка описана в журнале Nature Photonics и касается перспективного направления веллитроники (valleytronics) – отрасли, которая исследует использование квантовых свойств материалов для передачи и обработки информации.
Основой технологии стала так называемая "степень свободы valley" – квантовая характеристика некоторых материалов, которая позволяет кодировать данные новыми способами. В отличие от традиционной электроники, где информация передается электронами, здесь для вычислений используют световые сигналы и особенности их взаимодействия с наноматериалами.
Говорится об интегральной нанофотонике. Это создание неких микроскопических "дорог" (волноводов) для частиц света – фотонов – непосредственно на поверхности кремниевого чипа. Это похоже на волоконно-оптический интернет-кабель, но уменьшенный в тысячи раз, вплоть до наноразмеров. Благодаря этому информация может передаваться со скоростью света, практически без потерь энергии и без выделения тепла, что является огромным прорывом для микроэлектроники.
Новый метод создания наноструктур упрощает производство полупроводников / Фото Хорхе Видаль/Университет Райса
По словам ведущего автора работы, доктора Чи Ли (Chi Li), до сих пор ученые могли либо создавать такие сигналы, или считывать их, но не сочетать все процессы в одном устройстве.
До этого момента мы могли генерировать или детектировать эти сигналы, но не делать все сразу в едином интегрированном устройстве,
– прокомментировал открытие исследователь.
По его словам, команда создала полноценную систему на чипе, которая способна создавать, маршрутизировать и считывать информацию с очень высокой точностью.
Как все это вообще работает?
Соавтор исследования доктор Кайцзянь Син (Kaijian Xing) отметил, что команда применила простой метод многослойной сборки материалов с метаповерхностями.
Это позволило обойти сложности прямого выращивания материалов на фотонных структурах и дало возможность развивать веллитронику дальше.
Одним из главных преимуществ системы стала ее работа при комнатной температуре. Многие современные квантовые технологии требуют сверхнизких температур и сложного охлаждения, что существенно усложняет их практическое использование. Новый подход делает технологию значительно ближе к реальным коммерческим применениям.
Это важный шаг к масштабируемым технологиям на чипе, которые используют свет вместо электричества для обработки информации,
– отметил руководитель Monash NanoMeta Group доктор Гаоран Рен (Haoran Ren).
По словам исследователя, технология имеет большой потенциал для квантовых компьютеров, новых систем связи и передовых методов визуализации.
Во время демонстрации команда показала, что устройство способно одновременно кодировать и обрабатывать два разных изображения. Это демонстрирует возможность параллельной работы с несколькими потоками информации – одно из ключевых требований для будущих ИИ-систем и высокопроизводительных вычислений.
Что нам могут дать эти чипы?
Исследователи считают, что подобные чипы в перспективе могут обеспечить более быстрые и энергоэффективные вычисления, а также новые методы защищенной передачи данных. Технология также помогает сократить расстояние между экспериментальной квантовой физикой и практическими электронными устройствами.
Руководитель Школы физики и астрономии Monash University профессор Штефан А. Майер (Stefan A. Maier) отметил, что интеграция света и квантовых материалов на одном чипе открывает совершенно новые методы кодирования и обработки информации.
В исследовании также принимали участие ученые из Singapore University of Technology and Design, LMU Munich и University of Technology Sydney. Проект объединил специалистов в области нанофотоники, двумерных материалов и оптоэлектроники из Австралии, Китая, Сингапура, Германии и Японии.